Qu'est-ce qu'un circuit imprimé ?
Introduction :
La carte de circuit imprimé comprend une plaque de base isolante, des pistes de connexion et des pastilles pour l'assemblage et le soudage des composants électroniques. Elle remplit à la fois les fonctions de pistes conductrices et de plaque de base isolante. Les circuits intégrés et les composants électroniques tels que les résistances et les condensateurs ne peuvent fonctionner individuellement. Ce n'est que lorsqu'ils sont fixés sur la carte de circuit imprimé et reliés par une jonction conductrice qu'ils peuvent assurer leurs fonctions au sein de l'ensemble. La carte de circuit imprimé constitue le support des composants et l'interface qui achemine les signaux électriques. Certaines cartes de circuit imprimé comportent des composants tels que des résistances, des condensateurs et des inductances, qui forment des circuits fonctionnels et agissent comme des dispositifs.
Les influences:
Les cartes de circuits imprimés constituent la base des équipements électroniques. Elles permettent de miniaturiser les circuits et de les rendre plus intuitifs, jouant un rôle essentiel dans la production en série de circuits intégrés et l'optimisation de l'agencement des appareils électriques. Grâce à la sélection précise des composants, ces derniers sont connectés pour assurer le bon fonctionnement des équipements électroniques. Elles remplacent les câblages complexes et réalisent les connexions électriques entre les différents composants du circuit. De plus, elles simplifient l'assemblage et le soudage des produits électroniques, réduisent la charge de travail liée au câblage, diminuent considérablement la pénibilité du travail, réduisent l'encombrement des machines, diminuent le coût des produits et améliorent la qualité et la fiabilité des équipements électroniques.
Développer:
Le niveau technique du circuit imprimé est un indicateur de son origine : il s'agit d'un circuit imprimé métallisé double face à trous multiples, produit en grande série. À l'intersection des pastilles, la grille standard de 2.50 ou 2.54 mm permet de positionner les pistes. Un fil est placé entre deux pastilles, ce qui correspond à un circuit imprimé basse densité avec une largeur de piste supérieure à 0.3 mm. Deux fils sont disposés entre les deux pastilles. Il s'agit d'un circuit imprimé moyenne densité avec une largeur de piste d'environ 0.2 mm. Trois fils sont placés entre les deux pastilles, ce qui correspond à un circuit imprimé haute densité. La largeur de piste est alors d'environ 0.10 à 0.15 mm. Enfin, quatre fils sont disposés entre les deux pastilles, ce qui correspond à un circuit imprimé ultra-haute densité avec une largeur de piste de 0.05 à 0.08 mm.
De quoi est faite la carte de circuit imprimé ?
Le matériau du circuit imprimé
Le matériau principal d'un circuit imprimé (PCB) est un stratifié cuivré, composé d'un substrat, d'une feuille de cuivre et d'un adhésif. Le substrat est une plaque isolante constituée de résine polymère synthétique et de matériaux de renforcement. Sa surface est recouverte d'une couche de cuivre pur, à haute conductivité et bonne soudabilité. L'épaisseur habituelle est de 35 à 50 µm. On distingue deux types de stratifiés cuivrés : le stratifié simple face et le stratifié double face, dont la feuille de cuivre est présente sur les deux faces du substrat. L'adhésif assure une fixation solide de la feuille de cuivre sur le substrat. Les stratifiés cuivrés les plus courants ont trois épaisseurs : 1.0 mm, 1.5 mm et 2.0 mm.
La fabrication de cartes de circuits imprimés est devenue le secteur le plus dynamique de l'industrie des composants électroniques modernes. Son taux de croissance est généralement supérieur d'environ trois points de pourcentage à celui de l'ensemble du secteur. Ces dernières années, le développement de l'électronique a entraîné une augmentation de la demande de cartes de circuits imprimés. Il existe donc de nombreux types de stratifiés cuivrés. Les matériaux isolants se répartissent en différents substrats : papier, tissu de verre et fibres synthétiques. De même, selon le type de résine liante, on distingue les résines phénoliques, époxy, polyester et polytétrafluoroéthylène. Enfin, on distingue les cartes de circuits imprimés standard et les cartes de circuits imprimés spécifiques, en fonction de leur application.
Structure et caractéristiques des stratifiés cuivrés couramment utilisés
- Stratifié papier phénolique cuivré
Un stratifié composé de papier imprégné isolant (TFS-62) ou de papier imprégné de fibres de coton (1TZ-63), imprégné de résine phénolique puis pressé à chaud. Il est constitué d'une seule feuille de tissu de verre imprégné sans alcali, sur laquelle on peut fixer un ruban adhésif sur les deux faces. Une face est recouverte d'une feuille de cuivre. Ce matériau est principalement utilisé comme circuit imprimé dans les équipements radio.
- Stratifié en tissu de verre phénolique plaqué cuivre
Il s'agit d'un stratifié composé de tissu de verre sans alcali imprégné de résine époxy phénolique et pressé à chaud. Une ou deux faces sont recouvertes d'une feuille de cuivre. Ce matériau présente l'avantage d'être léger, d'offrir de bonnes propriétés électriques et mécaniques, et d'être facile à mettre en œuvre. La surface du panneau est jaune clair. Si la mélamine est utilisée comme agent de durcissement, la surface du panneau est vert clair et présente une bonne transparence.
- Stratifié PTFE plaqué cuivre
Il s'agit d'une plaque cuivrée avec un substrat en PTFE, recouverte d'une feuille de cuivre et pressée à chaud. Elle est principalement utilisée pour les circuits imprimés haute et ultra haute fréquence.
- Stratifié en tissu de verre époxy plaqué cuivre
Il s'agit d'un matériau perforé pour les cartes imprimées métallisées, généralement utilisé pour les cartes imprimées métallisées perforées.
- Film souple en polyester cuivré
Il s'agit d'un matériau en forme de ruban, composé d'un film de polyester et de cuivre, obtenu par pressage à chaud. Enroulé en spirale, il est ensuite placé à l'intérieur du dispositif lors de son application. Pour assurer son étanchéité, on le remplit souvent d'une résine époxy. Il est principalement utilisé pour la fabrication de circuits imprimés flexibles et de câbles imprimés, et peut également servir de ligne de transition pour les connecteurs.
Le processus de production des cartes de circuits imprimés
1 : Optimisation des données
L'optimisation des données influe directement sur la facilité de production, le taux d'utilisation des matériaux, le taux de rebut et la charge de travail de la ligne de production. C'est pourquoi l'optimisation des données est un processus fondamental et critique dans une usine de fabrication de cartes électroniques. De plus, il existe une différence majeure entre l'optimisation des matériaux dans une usine de cartes électroniques et celle effectuée par les équipes de conception. Il est essentiel de comprendre les principes fondamentaux des données de conception, de communiquer avec le service de conception et d'éviter toute incohérence entre le produit fini et les exigences de conception. Il convient également de prendre en compte la conception de la mise en page, étroitement liée au fonctionnement d'une usine SMT. Une bonne mise en page permet d'éviter les erreurs de placement et d'améliorer simultanément le taux d'utilisation des matériaux.
2 : Coupe
D'après les données d'ingénierie utilisées pour optimiser la découpe, la taille du panneau de travail et le matériau utilisé varient selon le projet. Les dimensions disponibles diffèrent également selon le matériau. Généralement, deux formats sont proposés : 41 x 49 pouces. Ainsi, si deux matériaux sont disponibles en 43 x 49 pouces, plusieurs options s'offrent à vous : carton, fibre de verre, panneau haute fréquence, panneau à haute TG, etc. Les fabricants varient également. Les plus courants sont Nanya Jiantao Shengyi (Taïwan), PTFE et Rogers. Il est donc essentiel de vérifier les exigences du projet.
3 : Forage
Le perçage a pour but principal de relier les trous de la carte de circuit imprimé nécessitant un connecteur aux trous de via. Une fois les trous requis fixés, on utilise des diamètres de perçage compris entre 0.15 et 6.0 mm, réalisables par CNC. Seul le laser peut être utilisé pour percer de petits trous (attention : ce procédé est très coûteux et l’utilisation de trous de via de 0.1 mm est déconseillée en conception). Les machines de perçage couramment utilisées sont actuellement les machines Huaqiang et les perceuses à système 48/84. La vitesse de perçage se situe entre 160 000 et 200 000 tr/min, voire 220 000 tr/min.
4 : Cuivre d'immersion
Le cuivrage par immersion consiste à recouvrir de cuivre les trous percés. Actuellement, il existe deux procédés de cuivrage par immersion en Chine. Examinons le premier : (1) Cuivrage par immersion en cuivre pur : Il s’agit du procédé ancien encore utilisé et qui peut convenir.
La production de tous les circuits imprimés exige que l'épaisseur du cuivre des trous soit supérieure à 18 µm. L'épaisseur du cuivre des interstices doit également être supérieure à 18 µm, et atteindre 30 µm pour répondre aux exigences de courant élevé du circuit imprimé. La seconde méthode consiste à utiliser un procédé de noircissement (colle conductrice) en raison de son faible coût. Bien que ce procédé puisse également être utilisé, il présente un défaut majeur : l'épaisseur du cuivre des parois des trous est trop faible, seulement comprise entre 12 et 16 µm. De ce fait, il ne permet pas d'obtenir la certification UL et ne peut supporter un courant élevé ni fonctionner durablement.
5 : Gravure
Le rôle de la gravure est de réaliser les pistes du circuit imprimé ; la durée maximale de gravure est de 2 minutes, 3 minutes étant généralement suffisantes ; la plupart des usines de circuits imprimés préfèrent une durée supérieure à 5 minutes ; bien sûr, plus la gravure est précise, plus la valeur est élevée.
6 : Masque de soudure
Il s'agit de réaliser un masque de soudure. Le rôle de ce masque est de décolorer la zone correspondante et de masquer les fuites aux endroits où une fenêtre doit être ouverte. La difficulté réside dans la nécessité de fabriquer des ponts de masque de soudure pour circuits intégrés (BGA) sur des cartes de haute précision. Ces ponts doivent généralement être espacés de 6 µm. La difficulté des BGA tient au fait que la fenêtre est généralement légèrement plus grande que les points de soudure et ne mesure qu'environ 1 µm de chaque côté. Ceci rend l'impression du masque de soudure difficile et un alignement imprécis est problématique. Si la fenêtre est trop grande, les points de soudure obtenus ne seront pas ronds, et la fenêtre elle-même sera trop large, ce qui entraînera des glissements de soudure et des produits défectueux.
7 : Impression de caractères
Il y a trois points à prendre en compte lors de l'impression de caractères (le premier est la couleur et le type d'encre ; et le second est que l'impression ne doit pas empiéter sur le tampon à imprimer à l'endroit prévu !).
8: traitement de surface
Il existe de nombreux procédés de traitement de surface. (Les plus courants sont la pulvérisation d'étain au plomb, la pulvérisation d'étain sans plomb, l'or par immersion, l'or électrolytique, l'OSP, l'étamage par immersion, etc.)
9 : Traitement des formes
Il existe deux méthodes de mise en forme : l’une est le CNC ; l’autre est le poinçonnage (le CNC donne un aspect lisse ; le poinçonnage donne un aspect rugueux).
10 : Test
On utilise généralement le test sur banc d'essai et le test par sonde volante pour les essais ; l'efficacité du test sur banc d'essai est beaucoup plus élevée.
À quoi sert un circuit imprimé ?
Fonction du circuit imprimé
La carte PCB remplit les fonctions suivantes dans les équipements électroniques.
(1) Fournir un support mécanique pour la fixation et l'assemblage de divers composants électroniques tels que des circuits intégrés, réaliser le câblage et la connexion électrique ou l'isolation électrique entre divers composants électroniques tels que des circuits intégrés, et fournir les caractéristiques électriques requises.
(2) Fournir des graphiques de masque de soudure pour le soudage automatique et identifier les caractères et illustrations pour l'insertion, l'inspection et la maintenance des composants.
(3) L'utilisation de cartes imprimées dans les équipements électroniques permet d'éviter les erreurs de câblage manuel grâce à la standardisation des cartes et à l'insertion ou au montage automatique des composants électroniques, au soudage automatique et à la détection automatique, garantissant ainsi la qualité des produits. Ceci améliore la productivité du travail, réduit les coûts et facilite la maintenance.
(4) Fournir les caractéristiques électriques requises, l'impédance caractéristique et les caractéristiques de compatibilité électromagnétique pour les circuits dans les circuits à haute vitesse ou à haute fréquence.
(5) La carte de circuit imprimé avec des composants passifs intégrés fournit certaines fonctions électriques, simplifie la procédure d'installation électronique et améliore la fiabilité du produit.
(6) Dans les composants d'emballage électronique à grande échelle et à très grande échelle, fournir un support de puce efficace pour l'emballage de puces miniaturisées des composants électroniques.
Caractéristiques des circuits imprimés
La raison pour laquelle les circuits imprimés sont de plus en plus utilisés est qu'ils présentent de nombreux avantages uniques, que l'on peut résumer ainsi :
Haute densité
Au fil des années, la haute densité des cartes imprimées s'est développée parallèlement à l'amélioration de l'intégration des circuits intégrés et aux progrès des technologies de montage.
Grande fiabilité
Grâce à une série d'inspections, de tests et de tests de vieillissement, ainsi qu'à d'autres moyens techniques, nous garantissons le fonctionnement fiable du circuit imprimé pendant une longue période (généralement 20 ans).
Designabilité
Les différentes propriétés des circuits imprimés peuvent répondre aux exigences (électriques, physiques, chimiques, mécaniques, etc.) grâce à la standardisation de leur conception. Ainsi, le temps de conception est réduit et l'efficacité accrue.
Fabrication
PCB adopte une gestion moderne, permettant la standardisation, la mise à l'échelle (quantité) et la production automatisée afin de garantir la constance de la qualité des produits.
Testabilité
Nous avons établi une méthode de test et une norme de test relativement complètes en utilisant divers équipements et instruments de test pour détecter et évaluer l'éligibilité et la durée de vie des produits PCB.
Assemblabilité
Les circuits imprimés sont pratiques pour l'assemblage standardisé de divers composants et la production en série automatisée. De plus, l'assemblage du circuit imprimé et de différents autres éléments permet de constituer des parties et des systèmes plus importants pour la machine complète.
Consommabilité
L'assemblage de ces circuits imprimés et de leurs composants, selon une conception standardisée et une production à grande échelle, permet également de standardiser ces composants. Ainsi, en cas de panne, leur remplacement est rapide, simple et flexible, permettant une remise en service rapide du système.
Le circuit imprimé présente d'autres avantages, tels que la miniaturisation et la légèreté du système, ainsi que la transmission de signaux à haute vitesse.