UE2
ER11
IUT de NICE
DPT
GEII 1ère ANNEE
Laboratoire
ER1
Formation CADSTAR
3
ASPECT PCB ET ROUTAGE
P. LAURENT 2002
SOMMAIRE
1. Introduction________________________________________________________________________ 3
2. Ouverture
d’un PCB__________________________________________________________________ 3
2.1. Réglage des couleurs__________________________________________________________________ 3
2.2. Définition du contour de bord de carte______________________________________________________ 4
3. Placement
des composants__________________________________________________________ 5
3.1. Sélectionner un composant______________________________________________________________ 5
3.2. Visualisation des connexions____________________________________________________________ 6
4. Réalisation
des pistes de CI__________________________________________________________ 7
4.1. Utilisation du route editor_______________________________________________________________ 7
4.1.1. Réglage
de la grille sous route editor_________________________________________________ 7
4.2. Configuration de l’outil de traçage________________________________________________________ 8
4.2.1. Définition
des options de routage____________________________________________________ 8
4.2.2. Définition
des tailles de pistes______________________________________________________ 9
4.2.3. Forme
du trait___________________________________________________________________ 9
4.2.4. Angularité
des pistes______________________________________________________________ 9
4.2.5. Choix
de la couche de routage______________________________________________________ 9
4.3. Phases de routage____________________________________________________________________ 10
4.4. Visualisation des pistes à router_________________________________________________________ 11
4.4.1. Nettoyage
des pistes inutiles________________________________________________________ 11
5. Retour vers le PCB.______________________________________________________________________ 12
5.1. Insertion d'un texte sur une couche
électrique______________________________________________ 12
6. Sortie
des typons depuis le PCB_____________________________________________________ 13
6.1. Exemple: Sortie du typon côté inférieur et
supérieur_________________________________________ 13
6.2. Impression des typons_________________________________________________________________ 14
6.2.1. Typon
côté soudure (inférieur)______________________________________________________ 14
6.2.2. Typon
côté composant____________________________________________________________ 15
6.3. Schéma d'implantation des composants____________________________________________________ 15
6.4. Liste des composants_________________________________________________________________ 15
Document de formation à la phase de placement des composants
Utilisation du PCB et Route Editor
1.
Introduction
Ce document correspond à l'apprentissage de la phase de placement des composants sur un circuit imprimé ainsi que l'impression des typons, de l’implantation des composants et de la liste des composants.
On entre en phase de PCB de deux manières:
Soit après une saisie de schéma, après une opération de TRANSFER TO PCB (menu FILE)
Soit pour créer un type de circuit imprimé standard à partir du Design Editor avec l'option PCB Design (menu FILE).
Normalement, si on accède au PCB depuis la saisie de schéma, l’ouverture d'une cession PCB s'effectue automatiquement après une commande de TRANSFER TO PCB. Dans ce cas, le fichier de travail possède toujours l'extension .PCB et a pour nom le nom par défaut du schéma électrique (.SCM).
2.
Ouverture d’Un PCB
Pour ouvrir un PCB existant en vue d'une modification par exemple, il suffit d'activer la commande du menu FILE/Open et de sélectionner un fichier possédant l'extension .PCB.
Les menus de CADSTAR restent identiques à la phase de saisie du schématic.
L'ensemble des composants à placer apparaît en bas à gauche de l'écran, les uns sur les autres.
2.1. Réglage des couleurs
Manipulation:
Sélectionner, dans le menu SETTINGS/Colors, l'option permettant de ne pas faire s'afficher les références constructeur des composants mais uniquement leur nom de symbole:
Ceci permet d’éviter la surcharge de texte lors de la phase de placement.
2.2. Définition du contour de bord de carte
C'est la première opération à effectuer pour savoir où placer nos composants. On peut faire des contours de carte de toutes les formes mais nous nous limiterons à une forme rectangulaire suffisamment grande pour placer facilement tous nos composants. Il sera de toute façon possible de le redimensionner à tout moment par la suite.
La procédure est la suivante : on va ajouter un dessin de rectangle puis lui spécifier qu’il s'agit en fait de notre bord de carte (appelé BOARD).
Cette commande est accessible par le menu ADD/Rectangle ou par l’icône dédiée 
Avant de commencer à tracer, il faut immédiatement spécifier que la forme constituera notre bord de carte. Ceci s'effectue grâce au menu contextuel (bouton souris droit) avec l'option SHAPE DEFAULT.
Plusieurs options sont accessibles. Celle définissant un bord de carte de circuit imprimé s'appelle BOARD (actuellement sélectionnée) mais on peut définir que la forme dessinée sera un ajourage dans le CI (option CUTOUT) ou bien une zone de cuivre (COPPER, électrique), un plan de masse (TEMPLATE, électrique), une figure géométrique (FIGURE, non électrique) ou une zone possédant un nom sur le circuit imprimé avec des propriétés propres (AREA, non électrique).
Une fois ceci défini, on dessine la forme globale. Pour ce faire, on clique pour indiquer un premier angle de ce rectangle puis on déplace la souris. Enfin, on clique à nouveau pour définir l'angle opposé de cette figure. Il est possible de redimensionner la figure en cliquant sur un côté puis en déplaçant la souris tout en restant appuyé sur le bouton.
ATTENTION : n'oubliez pas de terminer cette phase de dessin avec la commande ESC sinon CADSTAR continuera à essayer de créer de nouvelles formes à chaque sélection de la souris.
3.
Placement des composants
Pour saisir les composants un par un et les placer il y a plusieurs possibilités.
Saisir un composant à l'aide de la souris en cliquant dessus
puis en déplaçant le composant avec l’icône de mouvement 
. Ceci est difficile au début de la phase de placement car
tous les composants sont superposés.
3.1. Sélectionner un composant
en l'appelant par son nom à l'aide du schéma électrique. Par exemple, pour sélectionner le connecteur de bord de carte appelé J,1 on utilise la commande:
S J1 depuis le clavier. Une fois sélectionné, il est possible de le déplacer par l’icône de mouvement. On peut aussi sélectionner son contour avec un C.G. et en maintenant la souris appuyée, faire glisser le composant.
L’autre solution consiste à placer automatiquement les composants sur le circuit imprimé précédemment dessiné. On utilise dans ce cas l'outil du menu AUTO/Placement. Le problème est que les règles de placements automatique ne concerne que la minimisation de la longueur des connexions et la taille du CI finalement requis. Il ne tiendra pas compte de contraintes d’ergonomie ou d’accessibilité du produit final.
Le bon compromis sera de placer manuellement en premier les composants à contraintes (interfaces utilisateurs, composants dissipatifs, borniers et connecteurs…) puis de solliciter le placement automatique pour le reste des composants.
Il faut dans ce cas lui indiquer à quel endroit les placer (Placement Area), selon quelle grille (Placement Grid) en lui laissant ou non la possibilité de tourner les composants ....
Lors du placement, on peut choisir de voir les connexions se déplacer (During Placement) et de faire apparaître les composants en train de se déplacer, ce qui ralentit l'opération. On valide cette opération par la commande PLACE COMPONENTS. Dans cet exemple, on autorise CADSTAR à faire tourner les composants traversant (Trough Hole) et monté en surface (Surface Mounted) pour optimiser son placement.
Remarque: Pour effectuer ce placement, CADSTAR utilise des algorithmes qui n'ont aucune idée de ce que vous cherchez à réaliser. Par exemple, notre testeur de batteries possède trois LEDS de couleur indiquant le niveau de charge, qui devront être disposées si possible ensemble et dans un certain ordre.
De même, notre connecteur de test doit être situé au bord de la carte. CADSTAR ne peut connaître ces contraintes. Il est donc nécessaire de placer manuellement ces composants en premier puis éventuellement, d'avoir recours au placement automatique.
Dans le monde industriel, très peu d’utilisateurs professionnels utilisent le placement automatique afin de garder la maîtrise complète de l'emplacement de chaque composant.
3.2. Visualisation des connexions
Après avoir placé vos composants, CADSTAR vous indique les connexions équipotentielles par des lignes droites reliant les différents composants. Ce ne sont pas des pistes de cuivre mais uniquement des connexions qu'il faudra remplacer par des pistes de CI.
Pour les faire apparaître, on utilise le menu SETTINGS/Color et l'option connexion:
Ce réseau de connexions qui se croisent s'appelle communément le "chevelu". Il ressemble à la coiffure de l'étudiant d'IUT à son arrivée en cours d’amphithéâtre à 7h45. Ces connexions devront plus tard être remplacées par des pistes de cuivres (Routes) qui elles ne pourront pas se croiser sur une couche électrique. Toute la difficulté du routage réside dans le cheminement de ces pistes.
Au cours du déplacement des composants, CADSTAR déplace la connexion, mais pour faciliter la lecture du CI, il faut de temps en temps reconnecter les composants entre eux en tirant ces connexions au plus court.
Ceci s'effectue grâce à la commande du menu AUTO/Reconnect.
On lui spécifie ensuite que c'est l'ensemble du design qu il faut reconnecter.
4.
Réalisation des pistes de CI
4.1.
Utilisation du route
editor
Avant de passer à la phase de routage proprement dite, il convient de sauver votre CI avec la commande FILE/Save .
L'outil de routage s'appelle le Route Editor. Il est accessible directement depuis windows avec le programme ROUTE EDITOR ou depuis CADSTAR dans le menu AUTO/Route editor. Si vous avez déjà un PCB en cours, la commande AUTO/Route Editor lancera le route editor avec, comme fichier de départ, votre PCB.
l est impératif de faire une sauvegarde de votre PCB à chaque fois que vous utilisez le route editor. A présent, CADSTAR va ouvrir le route editor en transférant votre PCB non encore routé vers ces nouvelles sections du logiciel. La fenêtre de travail va changer.
4.1.1. Réglage
de la grille sous route editor
La plupart des configurations à effectuer avant de commencer le routage se trouvent dans le menu OPTION du route editor.
On accède aux réglages de la grille par le menu OPTION\Grid. Les valeurs par défaut usuelles sont indiquées ci-dessous. Notez qu’en cas de modifications, la grille de base est la Routing GRID (sa valeur ne doit jamais être inférieure à 10) et toutes les autres grilles doivent être des multiples entiers de cette grille de base. La Screen Grid permet de choisir la grille qui sera effectivement affichée à l’écran.
Nous la choisirons égale à 100mils.
4.2.
Configuration de
l’outil de traçage
4.2.1. Définition
des options de routage
Une fois ceci effectué, il convient de régler l’outil de traçage des pistes. Ceci est toujours obtenu dans le menu Tool OPTIONS. On obtient la fenêtre suivante: les options à cocher sont indiquées ci-dessous.
Cette fenêtre est la plus importante. Avant de tracer quoi que ce soit, il faut toujours en connaître les paramètres. Tout d’abord, en cas de routage, sélectionnez la zone ROUTE.
VIAS ALLOWED: Permet de placer des VIAS sur le circuit en double cliquant. Le route editor changera automatiquement de couche de routage pour router sur la couche associée à celle d’où a été demandé le VIAS.
ERRORS ALLOWED. Possibilité transitoire de router malgré des erreurs d’isolement. A n’utiliser que dans les cas extrêmes....
PUSH ASIDE. Disponible selon la licence en vigueur. Permet de pousser automatiquement des pistes existantes lorsque l’on cherche à en faire passer une nouvelle. Le nombre de pistes pouvant glisser est déterminé par la valeur indiquée dans le champ EFFORT.
Spring Back. Utilisée avec l’option PUSH ASIDE, permet de remettre les pistes poussée à leur place en cas d’échec du routeur.
ON LINE DRC. Permet d’afficher au cours du routage des erreurs électriques ou d’isolement.
CONTOUR FOLLOWING. Utilisé pour le routage automatique, pour obliger le routeur à suivre le contour des composants.
SLIDE ALONG. Permet de faire glisser les angles d’une piste avec la souris.
FREEHAND. Permet de router « les mains libres», c’est-à-dire sans respecter les grilles. Ne jamais utiliser.
FREEHAND TIDY. Permet de router puis de nettoyer la piste après routage pour la rendre plus présentable.
COMPONENT MOVE/FIX. Permet de déplacer un objet
s’il n’est pas fixé. Pour dé fixer un objet, on utilise l’icône dédiée 
.
4.2.2. Définition
des tailles de pistes
Le menu permettant de régler les pistes est le suivant: Pour notre exemple nous routerons en 15 mils
Width désigne la largeur de la piste.
Cette grandeur est exprimée en fonction du système d’unités en vigueur dans le
PCB, généralement des mils. Trois options sont possibles:
NECKED veut dire qu’il routera avec la taille de piste définie dans les assignements du schéma électrique. La taille est donc automatiquement choisie dès le stade du schéma électrique. Dans le cas où on voudrait faire passer la piste dans un endroit trop étroit, CADSTAR diminuera automatiquement la taille de cette piste à une taille elle aussi prédéfinie.
UN NECKED veut dire qu’il routera avec la taille prédéfinie sans possibilité de la rétrécir en cas de besoin.
TYPE vous propose d’indiquer la taille de la piste avec laquelle vous désirez router actuellement. ATTENTION. On ne peut pas mettre n’importe quelle taille de piste. Il faut que cette taille soit définie dans les assignements du PCB au chapitre SETTINGS/Asssignement/routes sinon il y aura une erreur lorsque vous reviendrez vers le PCB. Les valeurs standards sont 15,16,20,25,30,35,40. Au delà, il faut vérifier si l’assignement existe dans le PCB et au besoin en rajouter un.
4.2.3. Forme
du trait
Ceci définit la forme de la piste aux angles. Généralement, on prend des angles saillants (option STRAIGHT), mais on peut choisir des bords arrondis (option CURVED).
4.2.4. Angularité
des pistes
Ceci définit les angles possibles lorsque une piste
s’incurve. On prend généralement 45°. 0° est à éviter formellement.
4.2.5. Choix
de la couche de routage
Avant de commencer le routage, il faut indiquer sur quelle
couche on désire faire ce routage. Ceci est paramétré dans le menu LAYER.
La colonne CURRENT LAYER indique la couche qui est actuellement active. C’est sur celle-ci que se fera le routage. Bottom est la couche cote soudure, et Top la couche coté composants.
La colonne ACTIVE vous indique les couches susceptibles d’être routées. Par exemple, si on veut poser un via depuis une couche vers sa couche associée, il faut que ces deux couches soient actives.
La colonne DISPLAYED vous indique les couches actuellement affichées.
La colonne BIAS vous indique le sens de polarisation pour le routage sur chacune des couches. La polarisation est un sens préférentiel de routage défini à priori et que le routeur automatique ou certains algorithmes de routage utilisent. Dans notre cas, on ne prévoit pas de polarisation car le routage sera manuel.
4.3.
Phases de routage
Une fois que l’outil est défini et que l’on connaît la couche de travail courante, on peut commencer le routage.
Icône de sélection
Trois méthodes sont possibles :
Routage manuel pur. Vous devez indiquer les points de passage
exacts de la piste que vous créez.
Routage semi-automatique. Vous indiquez des points de passage
obligés et le routeur s’occupe de trouver un passage entre ces deux points.
Routage automatique. Vous devez d’abord sélectionner la zone
dans laquelle il devra trouver les éléments à router (par l’icône de
sélection), puis le routeur essaiera de router en fonction de la configuration
de la fenêtre OPTION/Tool.
Commandes annexes:
Permet de dérouter un segment, une connexion ou un bloc en
fonction de la sélection.
Permet de Fixer/Dé fixer un objet pour pouvoir le déplacer ou
le supprimer.
Permet de changer et
d’adapter la taille de la piste à celle définie dans la fenêtre TOOL.
Peut agir sur un segment, une connexion ou un bloc suivant la sélection
précédente.
permet de définir si
on est en mode segment, connexion depuis le point de départ jusqu’au point
d’arrivée ou sur une équipotentielle complète. Généralement, en phase de
routage, on reste en mode segment.
Pour router, il suffit d’indiquer le mode de routage (généralement en manuel) , de cliquer sur le point de départ de la piste puis sur les points de passage jusqu’au point d’arrivée. Pour laisser une piste en attente de fin de connexion, on appuie sur ESC au clavier. Il arrêtera la piste au dernier point de passage enregistré.
Lorsque la connexion arrive à son point d’arrivée, le routeur vous invite à clore le tracé en faisant apparaître une cible ronde avec une croix. Ceci vous indique que vous pouvez clore ce routage en cliquant sur la souris. Tant que cette cible n’apparaît pas, la piste n’est pas totalement routée. Si la piste est correctement routée, elle doit faire disparaître la connexion du chevelu qu'elle vient de remplacer.
Si on désire changer de couches électrique et donc poser un via, il faut double cliquer . Automatiquement une traversée métallisée est posée et on change de couche active
4.4.
Visualisation des
pistes à router
On peut avoir une idée du pourcentage de travail effectué en utilisant le générateur de rapport intégré. Celui-ci s’obtient dans le menu REPORT/Board status. On obtient la fenêtre suivante:
La ligne Routing Completion indique le pourcentage de piste routée. Avant de revenir au PCB, il convient de vérifier qu’il atteint bien les 100%.
Dans le cas où toutes les pistes ne sont pas routées, il est possible de les localiser avec un outil présent dans le menu VIEW/Locate... qui fait apparaître une barre d’outils.
Cet outil est pratique pour localiser les pistes en attente ou les erreurs éventuelles. En plaçant la souris sur l’icône, la fonction associée apparaît dans le cadre des messages en bas à gauche de l’écran.
4.4.1. Nettoyage des pistes inutiles
Avant de revenir au PCB, il est bon de nettoyer la carte des
éventuels débris de pistes inutiles. On commence par sélection la carte (icône
de sélection 
) puis on utilise l’option TOOLS/
TIDY ROUTES. P
5. Retour vers le PCB.
Après avoir routé, il faut sauver son travail et revenir au PCB. Pour ce faire, on utilise la commande du menu FILE/Exit. CADSTAR vous proposera de mettre à jour votre travail dans le PCB. Généralement, on dit oui mais on peut décider de ne pas utiliser les résultats du routeur.
ATTENTION. Lorsque l’on appelle le route editor depuis le PCB, celui ci va automatiquement écraser le dernier fichier RIF créé par le route éditor et les précédents résultats de routage créés dans le Route Editor seront définitivement perdus.
5.1. Insertion d'un texte sur une couche électrique
Cette opération est plus aisée depuis le PCB.
Il peut être utile de repérer les couches électriques ou
même de nommer votre projet directement au moyen du cuivre qui sera gravé. On
utilise la commande ADD/Text ou l’icône dédiée : 
.
Dans ce cas, la fenêtre suivante apparaît:
Dans le champ text string, on peut saisir le texte désiré (par exemple le nom du projet, la date de révision et le nom de l'auteur), on choisit la couche sur laquelle devra apparaître le texte (champ Layer) et enfin le code définissant la taille du texte (ici Text Size 50/10). Ci-dessus un exemple de texte qui apparaîtra sur la couche inférieure coté soudure.
Dans l'exemple ci-dessus, le texte n'apparaîtra que sur la couche électrique côté composant (Bottom Elec) mais il est possible de le faire apparaître sur toutes les couches électriques (on choisira la couche ALL ELECTRICALS LAYERS) ou seulement la couche côté cuivre. Dans ce dernier cas, il faut impérativement choisir l'option MIRRORED pour que l'on puisse plus tard lire votre texte dans le bon sens (à vous de savoir pourquoi...).
Une fois ceci réalisé, on valide avec l’option OK et il suffit de cliquer à l'endroit désiré avec la souris pour placer le texte. Attention: si votre texte est sur une couche électrique, il sera plus tard dessiné en cuivre. Prenez donc garde à l'endroit où il sera placé pour éviter les courts-circuits.
On sort du mode de saisie de texte avec la commande ESC au clavier puis CANCEL.
6.
Sortie des typons depuis le PCB
Cette phase s'effectue
à l'aide de l'outil POST PROCESS/ARTWORK.
Dans le dossier de fabrication, doit figurer le typon du côté composant, du coté cuivre et le schéma d'implantation. CADSTAR est du type WYSIWYG donc ne seront imprimés que ce que vous voyez à l'écran.
D'autre part, dans le menu SETTINGS/COLORS, vous avez la possibilité de rendre visibles ou invisibles des éléments du PCB de manière sélective. Cependant, si on veut rendre invisibles tous les contours et les noms des composants, il faudra rendre sélectivement invisible chacun des éléments distinctement (component, testpoint ...) ce qui est long et fastidieux.
L'autre solution consiste à laisser apparaître tous les éléments du CI, mais à désactiver sélectivement les couches à visualiser grâce à l'option LAYER de ce menu.
6.1.
Exemple: Sortie du
typon côté inférieur et
supérieur
On rend toutes les couches invisibles sauf la couche BOTTOM ELEC qui correspond à la couche côté cuivre. Tous les éléments appartenant à cette couche seront visibles, les autres pas.
configuration des couleurs pour un typon coté inférieur (gauche) et supérieur (droite)
On valide et normalement seules les pistes côté cuivre et le bord de carte (on active bottom elec uniquement).
Pour la sortie typon côté composant (dans le cas d’un routage double face par exemple), on ne validera que la couche TOP ELEC
Pour le schéma d'implantation (position et nom des composants), on ne validera que la couche TOP SILK (sérigraphie). On veillera dans ce dernier cas à rendre visible les composants sans leur part name (trop de surcharge) ainsi que les points test et tous les éléments à souder.
6.2.
Impression des typons
Pour les typons proprement dits, on utilise la commande POST PROCESS/Artwork.
La fenêtre suivante apparaît:
Normalement , la configuration par défaut est celle de l'imprimante windows PostScript
mais on peut la modifier par la commande SETUP DEVICE.
Si tout est correct, on passe à la phase de dimensionnement et de positionnement par la commande SCALE AND POSITION.
6.2.1. Typon
côté soudure (inférieur)
Dans le cas du côté cuivre, la face imprimée du calque sera directement plaquée contre la plaque de CI. La sortie doit donc se faire à l'échelle 1:1 sans miroir d'impression:
Le rectangle rouge vous indique la zone imprimable et le rectangle vert la taille de votre CI dans cet espace imprimable. Pour un typon, l’échelle 1:1 est impérative et doit être configurée dans le champ SCALE.
On valide et on lance l'impression par la commande START PROCESSING.
6.2.2. Typon côté composant
Cette fois, pour plaquer la face imprimée du calque contre la plaque pré sensibilisée, il faut effectuer un miroir avant d’imprimer le calque. On répète donc la même opération en ne sélectionnant que la couche TOP ELEC (menu SETTING/Colors) et cette fois en validant l'option MIRRORED de l'outil ARTWORK . De même, on lance l'impression par la commande START PROCESSING.
6.3.
Schéma d'implantation
des composants
Pour cette dernière impression, on n'affichera que la couche de sérigraphie (couche TOP SILK) et on lancera l'impression depuis ARTWORK. Comme il s'agit d'un schéma à usage de montage, on n'est pas obligé de respecter la taille 1:1. Dans ce cas CADSTAR pourra ajuster la zone d'impression à la zone imprimable grâce à l'option AUTO SCALE de ARTWORK:
Si par contre on désire créer un schéma de sérigraphie destiné au circuit imprimé final, il faudra respecter l’échelle 1:1.
6.4.
Liste des composants
Cette liste des composants ainsi que d'autres informations sont disponibles dans le menu REPORT.
Cette liste se nomme PART LIST mais il est possible d’obtenir plus de détails sur le circuit imprimé réalisé par l’option BOARD STATUS afin de savoir si des erreurs subsistent et si l'ensemble des connexions ont bien été routées. Il est donc intéressant de le visualiser avant de sortir les typons.
Voici le détail de notre liste de composants pour notre projet:
