Travailler avec des keepouts spécifiques à un objet sur une carte

En un coup d'œil

Cet article explique le fonctionnement des zones d’exclusion spécifiques aux objets dans Altium Designer, ce qu’elles empêchent sur un PCB et en quoi leur comportement diffère selon qu’elles sont placées sur la couche d’exclusion ou sur une couche de signal. Il présente également les règles d’espacement utilisées par ces zones, les endroits où elles sont les plus utiles sur une carte et la manière de les configurer pour restreindre certains types d’objets, tels que les vias, les pistes, le cuivre et les pastilles. Vous découvrirez aussi des informations pratiques sur le placement et la modification d’objets d’exclusion, notamment sous forme de pistes et d’arcs, dans l’éditeur PCB et l’éditeur de bibliothèques PCB. Poursuivez votre lecture pour mieux maîtriser vos implantations et gagner en précision.

- Comprenez ce que sont les zones d’exclusion spécifiques aux objets, comment elles se comportent dans Altium Designer et où les utiliser lors de la conception d’un PCB.
- Découvrez comment configurer les zones d’exclusion pour ne restreindre que certains types d’objets et bénéficier ainsi d’un contrôle plus souple sur le routage, le placement du cuivre et le comportement des vias.
- Découvrez les bases du placement et de la modification des objets d’exclusion, notamment sous forme de pistes et d’arcs, dans l’éditeur PCB et l’éditeur de bibliothèques PCB.
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Une Keepout dans la conception de PCB est une zone ou un périmètre défini par l’utilisateur dans le circuit, que les objets en cuivre ne peuvent pas chevaucher. Généralement utilisée pour délimiter la zone exploitée par les opérations de placement automatique du cuivre, telles que les remplissages de polygones et le routage interactif, une zone d’exclusion constitue également un emplacement interdit lors du placement manuel d’objets en cuivre.

Définis comme des zones interdites lors de la conception du circuit, les objets d’exclusion utilisent les règles de contrainte d’espacement existantes pour contrôler le routage et détecter les violations de placement. Toutefois, contrairement aux autres objets placés, ils ne peuvent pas être affectés à un net et n’apparaissent pas dans les fichiers de sortie générés ni dans les impressions. Dans sa forme la plus simple, une zone d’exclusion agit comme un objet « obstacle » qui empêche les autres objets en cuivre de chevaucher sa surface, conformément à la règle globale d’espacement. Les objets d’exclusion peuvent être placés sur la couche Keep-out Layer (où ils s’appliquent à toutes les couches de signal) ou sur une couche de signal (où ils s’appliquent uniquement aux objets de cette couche). 

Altium Designer permet de créer et d’utiliser des zones d’exclusion grâce à sa prise en charge des Object Specific Keepouts. Les objets d’exclusion placés peuvent être configurés pour spécifier les types d’objets auxquels ils s’appliquent, tels que les pistes, les zones de cuivre, les vias et les pastilles, ce qui améliore considérablement la souplesse et l’efficacité des zones d’exclusion.

Objets d’exclusion de différents types placés dans une conception de PCB.
Objets d’exclusion de différents types placés dans une conception de PCB.

Dans l’éditeur de PCB et l’éditeur de bibliothèques PCB, les objets d’exclusion sont affichés avec des hachures croisées. Les objets d’exclusion placés sur la couche Keep-Out Layer (c’est-à-dire ceux qui s’appliquent à toutes les couches de signal) sont affichés dans la couleur de cette couche, tandis que les zones d’exclusion placées sur une couche de signal spécifique (c’est-à-dire celles qui s’appliquent uniquement à cette couche) apparaissent dans la couleur de cette couche de signal.

Les zones d’exclusion sont idéales pour définir des régions de la carte où le routage est interdit (telles que les zones électriquement sensibles ou à haute tension), des emplacements spécifiques où le cuivre est exposé, comme les repères fiduciaires et les points de test, ou des zones présentant des contraintes mécaniques (telles que les trous de fixation ou les coins d’un PCB). Le caractère configurable des zones d’exclusion spécifiques aux objets permet également de les placer sur d’autres objets lorsque des Keepout Restrictions spécifiques ont été attribuées. Lorsqu’elle est configurée pour restreindre uniquement les vias, par exemple, une zone d’exclusion peut être placée sur des régions de cuivre existantes (telles qu’un remplissage de polygone) pour contrôler l’étendue de la couture de vias automatique.

Les zones d’exclusion spécifiques aux objets peuvent être placées dans l’éditeur de PCB et l’éditeur de bibliothèques PCB.

Pour plus d’informations sur le placement et la modification des objets d’exclusion de PCB, consultez les sections dépliables ci-dessous :

Placement des zones d’exclusion

Une zone d’exclusion se place dans l’espace de conception de l’éditeur à partir du menu Place » Keepout. Le type de zone d’exclusion choisi (piste, remplissage, région ou arc) est placé sur la couche actuellement active. Sélectionnez les propriétés de la zone d’exclusion pour modifier ses caractéristiques physiques, sa couche ou les restrictions par type d’objet. Les propriétés Keepout correspondantes sont :

  • Restricted for Layer – définit la couche de la zone d’exclusion, et donc la couche du circuit imprimé sur laquelle les objets en cuivre seront soumis aux restrictions (exclus). Pour une zone d’exclusion sur toutes les couches, sélectionnez Keep-Out Layer.
  • Keepout Restrictions – détermine les types d’objets auxquels s’appliquent les restrictions de la zone d’exclusion. Si vous désélectionnez un type d’objet, la zone d’exclusion autorisera les objets de ce type à empiéter sur son espace (ils ne seront pas exclus), en n’appliquant pas la règle d’espacement correspondante.
Les zones d’exclusion peuvent être placées sur toutes les couches de signal (en cuivre), à l’exception des plans de cuivre. Lorsque la couche actuellement active du circuit imprimé n’est pas compatible avec les zones d’exclusion, la commande Place » Keepout n’est pas disponible (elle est grisée).

Dans l’image ci-dessous, les deux remplissages d’exclusion présentent des restrictions différentes concernant les couches et les objets. Ces restrictions permettent au remplissage d’exclusion de la couche supérieure (à gauche) d’accepter une pastille traversante (TH) tout en excluant tous les autres types d’objets, et à celui de la couche d’exclusion (à droite) d’accepter uniquement les pistes.

Exemple de deux remplissages d’exclusion placés sur différentes couches d’un circuit imprimé et configurés pour restreindre le placement de différents types d’objets.
Exemple de deux remplissages d’exclusion placés sur différentes couches d’un circuit imprimé et configurés pour restreindre le placement de différents types d’objets.

La souplesse intrinsèque des zones d’exclusion permet de les utiliser pour de nombreuses tâches de contrôle du routage des circuits imprimés. Puisqu’elles peuvent être superposées, affectées à n’importe quelle couche de signal (supérieure ou inférieure, par exemple) et configurées pour exclure des objets spécifiques, elles permettent notamment de contrôler précisément la couture de vias et les remplissages polygonaux.

Contrôle des remplissages polygonaux

Dans l’exemple de circuit imprimé présenté ci-dessous, des remplissages d’exclusion ont été ajoutés autour des pastilles multicouches dans une région susceptible d’être soumise à une tension élevée. Cette région doit disposer d’une isolation électrique suffisante par rapport aux futurs remplissages polygonaux reliés à la masse. Les remplissages d’exclusion sont affectés à la couche supérieure et configurés pour exclure uniquement les objets en cuivre : ils excluent donc les remplissages polygonaux, les remplissages et les régions, tout en acceptant les pistes et les pastilles existantes, etc. – autrement dit, la règle de violation d’espacement ne s’appliquera qu’aux objets classés comme « cuivre ».

Remplissages d’exclusion placés sur la couche d’exclusion et configurés pour s’appliquer uniquement aux objets en cuivre.
Remplissages d’exclusion placés sur la couche d’exclusion et configurés pour s’appliquer uniquement aux objets en cuivre.

La disposition des zones d’exclusion ci-dessus obligera les remplissages polygonaux placés sur les couches de signal (ici, les couches supérieure et inférieure) à éviter les trois zones d’exclusion. Cependant, le pads de la couche supérieure associé à la zone concernée ne bénéficiera pas d’un espacement suffisant par rapport au remplissage de la couche supérieure.

Dans ce cas, des zones d’exclusion supplémentaires peuvent être ajoutées à la couche supérieure afin que son remplissage polygonal reste à une distance suffisante de toutes les pastilles concernées. Dans l’image ci-dessous, deux autres remplissages d’exclusion ont été ajoutés à la couche supérieure, affichée ici en mode monocouche pour plus de clarté. Notez que la zone d’exclusion représentée aurait pu être créée à partir d’une seule région, plutôt que de deux remplissages superposés.

Remplissages d’exclusion placés sur la couche supérieure et configurés pour s’appliquer uniquement aux objets en cuivre.
Remplissages d’exclusion placés sur la couche supérieure et configurés pour s’appliquer uniquement aux objets en cuivre.

Lorsque les remplissages polygonaux seront ajoutés au circuit, l’ensemble des zones d’exclusion les contraindra à former un contour d’espacement différent sur chaque couche autour de la région. Notez que, dans cet exemple, l’espacement associé aux zones d’exclusion est supérieur à celui des objets ordinaires en raison d’une règle d’espacement des zones d’exclusion personnalisée (voir ci-dessous).

Les remplissages polygonaux évitent les objets d’exclusion placés.
Les remplissages polygonaux évitent les objets d’exclusion placés.

L’influence de l’ensemble des zones d’exclusion sur les remplissages polygonaux apparaît clairement lorsque le circuit est affiché en mode 3D monocouche, comme ci-dessous : couche supérieure à gauche et couche inférieure à droite.

La couche supérieure (à gauche) et la couche inférieure (à droite) du circuit imprimé affichées en mode 3D monocouche.
La couche supérieure (à gauche) et la couche inférieure (à droite) du circuit imprimé affichées en mode 3D monocouche.

Notez que cette méthode de contrôle des surfaces de remplissage polygonal sert ici d’exemple pour le placement et la configuration de zones d’exclusion spécifiques à une couche. En pratique, il est préférable de contrôler la surface occupée par un remplissage polygonal à l’aide de découpes de remplissage polygonal.

Contrôle de la couture de vias

L’application de formes d’exclusion configurées pour exclure les vias sur des surfaces de cuivre multicouches permet de contrôler l’étendue de la couture automatique de vias (Tools » Via Stitching/Shielding). Ces formes peuvent être affectées à toutes les couches ou à l’une des couches des surfaces de cuivre, afin d’exclure les vias reliant ces couches.

Dans l’exemple ci-dessous, des formes d’exclusion ont été ajoutées dans les coins supérieur gauche et inférieur gauche du circuit. Elles sont configurées pour exclure les vias, ce qui empêchera la couture automatique de vias de placer des vias à l’intérieur de ces périmètres.

Régions d’exclusion configurées pour s’appliquer uniquement aux vias.
Régions d’exclusion configurées pour s’appliquer uniquement aux vias.

En plus d’éviter les pistes, pastilles et vias existants, comme c’est normalement le cas, la couture de vias évite également les formes d’exclusion conformément à la règle d’espacement applicable.

Le circuit imprimé après l’ajout de la couture de vias.
Le circuit imprimé après l’ajout de la couture de vias.

Zones d’exclusion dans les composants

Les zones d’exclusion sont ajoutées aux empreintes des composants dans l’éditeur de bibliothèques PCB selon la même méthode que dans l’espace de conception de l’éditeur PCB.

La zone d’exclusion ajoutée à l’empreinte du composant ci-dessous est configurée pour exclure tous les objets, mais autoriser les pistes. Elle permet ainsi les connexions des nets dans un circuit utilisant ce composant, tout en empêchant le placement d’autres types d’objets à proximité.

Des objets d’exclusion peuvent également être ajoutés aux empreintes des composants dans l’éditeur de bibliothèques PCB.
Des objets d’exclusion peuvent également être ajoutés aux empreintes des composants dans l’éditeur de bibliothèques PCB.

Notez que les règles de conception ne sont pas appliquées dans l’éditeur de bibliothèques PCB. Dans ce cas, la zone d’exclusion accepte donc les pastilles traversantes situées à l’intérieur de ses limites.

Utilisation des zones d’exclusion

La mise en œuvre des zones d’exclusion spécifiques aux objets dans Altium Designer se retrouve dans toutes les fonctions associées. Elle est notamment compatible avec les requêtes (et donc les règles de conception), le panneau PCB List, ainsi qu’avec les documents de conception PCB importés ou anciens.

Règle d’espacement des zones d’exclusion

Comme pour les autres primitives, la règle d’espacement électrique actuelle détermine les contraintes d’espacement des zones d’exclusion – voir Design » Rules. Si une contrainte d’espacement différente est nécessaire pour les zones d’exclusion, créez une règle spécifique en appliquant la vérification d’attribut IsKeepOut sous forme de requête personnalisée.

Assurez-vous que la règle personnalisée d’espacement des zones d’exclusion (Keepout) a une priorité supérieure à celle de la règle d’espacement existante (globale). Dans l’exemple ci-dessous, une règle a été créée pour les zones d’exclusion (Clearance_Keepout) avec une distance d’espacement deux fois supérieure à celle de la règle d’espacement de base (Clearance). Comme le montre l’extrait du routage de la carte, la piste routée entre les deux pastilles contourne la zone d’exclusion (à droite) avec une marge plus importante que celle appliquée à la région de la couche supérieure (à gauche).

Une règle d’espacement supplémentaire peut être créée pour les objets d’exclusion.
Une règle d’espacement supplémentaire peut être créée pour les objets d’exclusion.

Convertir des objets primitifs en objets d’exclusion

Les objets primitifs existants sur les couches de signal peuvent être convertis en objets d’exclusion sur la même couche, à l’aide de la commande Convertir les primitives en objets d’exclusion (Tools » Convert » Convert Selected Primitives to Keepout).

Les objets d’exclusion peuvent être reconvertis en objets primitifs équivalents sans exclusion à l’aide de la commande Tools » Convert » Convert Selected Keepouts to Primitives.

Un objet primitif peut être converti en un objet d’exclusion équivalent (et inversement).
Un objet primitif peut être converti en un objet d’exclusion équivalent (et inversement).

Accès via les panneaux

Les zones d’exclusion spécifiques à certains types d’objets dans une conception de carte sont accessibles via les panneaux Liste PCB et Filtre PCB.

Le panneau PCB Filter permet d’utiliser le mot-clé de requête IsKeepOut pour localiser et, si nécessaire, sélectionner les objets d’exclusion dans la conception.

Le panneau PCB Filter permet de localiser les objets d’exclusion dans la conception.
Le panneau PCB Filter permet de localiser les objets d’exclusion dans la conception.

Le panneau PCB List permet de répertorier, de sélectionner et de modifier les objets d’exclusion du type sélectionné, par exemple les remplissages d’exclusion, comme le montre l’image du panneau Liste ci-dessous. Un remplissage standard sur la couche supérieure (le dernier de la liste) est également présenté à titre de comparaison. Si all les remplissages (ou d’autres types d’objets, tels que les régions) présents dans la conception sont définis comme objets d’exclusion, le panneau PCB List inclut l’ensemble des attributs de restriction des objets d’exclusion.

Le panneau PCB List permet de répertorier, de sélectionner et de modifier les objets d’exclusion du type sélectionné.
Le panneau PCB List permet de répertorier, de sélectionner et de modifier les objets d’exclusion du type sélectionné.

Notez que l’attribut Keepout répertorié dans les panneaux PCB List est en lecture seule, car le remplissage est ici défini comme un objet d’exclusion. De même, l’attribut Net des objets d’exclusion dans le panneau PCB List ne peut pas être modifié, car ces objets ne peuvent, par définition, être affectés à un net.

Importer des conceptions de PCB

Altium Designer peut importer des fichiers de conception provenant d’un large éventail d’autres outils de conception grâce aux fonctions de conversion automatisée de l’Assistant d’importation (File » Import Wizard). Les objets de type exclusion présents dans les fichiers de conception de PCB issus d’autres outils, dont certains sont spécifiques à des types d’objets, sont convertis par l’assistant, lorsque cela est possible, en zones d’exclusion spécifiques à ces types d’objets.

Le processus de conversion des zones d’exclusion de l’assistant est compatible avec les conceptions de cartes provenant de systèmes ECAD courants, tels que Mentor® Graphics Pads™ et Cadence® Allegro™. Les zones d’exclusion sont également interprétées correctement lors de l’exportation au format IDF.

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