Le circuit imprimé (PCB) est l'élément fondamental des appareils modernes. Il sert généralement de support pour connecter et agencer les composants électriques. Il est généralement constitué de différentes couches, chacune ayant une fonction spécifique. Leur surface plane et rigide offre une base stable pour le placement des composants. Leur rôle principal est de garantir une connexion électrique sûre et efficace.
Cet article met principalement en lumière les différents types de couches de circuits imprimés. Il explique leur fonctionnement au sein d'un circuit imprimé.
Qu'est-ce qu'une couche PCB ?
Une carte PCB comporte principalement trois catégories de couches : structurelle, fonctionnelle et conductrice.
Un circuit imprimé comporte différentes couches structurelles, telles que le substrat, le cuivre, le vernis épargne et la sérigraphie. Chaque couche remplit une fonction spécifique essentielle au fonctionnement du circuit imprimé.
Pour fabriquer un circuit imprimé, ces couches sont empilées et maintenues en place par des adhésifs. Les couches de cuivre sont les plus importantes ; elles se trouvent entre les couches isolantes. Ainsi, une couche de circuit imprimé est comme un niveau distinct dans un sandwich.
Concernant les couches conductrices, le nombre de couches d'un circuit imprimé correspond généralement au nombre de couches de cuivre. Plusieurs couches sont nécessaires pour réaliser des circuits complexes.
Il existe cependant huit couches fonctionnelles différentes. Nous aborderons ces couches dans les sections suivantes.
Chaque couche d'un circuit imprimé a une fonction spécifique. La couche de substrat assure la solidité du circuit imprimé. Le cuivre permet de connecter les composants électriques. Le vernis épargne, quant à lui, protège les pistes des dommages. Enfin, la sérigraphie permet d'identifier chaque composant.
Sans ces couches, l'électronique ne fonctionnerait pas correctement. Chaque couche est donc essentielle au bon fonctionnement du circuit imprimé.
4 Structures communes Couches de circuits imprimés
Comme mentionné précédemment, chaque couche d'un circuit imprimé remplit une fonction spécifique. Ensemble, elles confèrent au circuit imprimé robustesse et efficacité. Elles le protègent des situations dangereuses et garantissent son bon fonctionnement. Examinons-les plus en détail.
Couche n° 1 Couche de substrat
La couche de substrat constitue la base d'un circuit imprimé. Elle offre un support solide à tous ses composants. Elle se trouve au bas du circuit imprimé et assure la cohésion de l'ensemble des éléments.
Le substrat est généralement en fibre de verre (FR4). Robuste et rigide, il assure la stabilité du circuit imprimé. Bien que certains circuits imprimés flexibles puissent être en plastique (Kapton), d'autres utilisent des résines époxy. Cependant, la fibre de verre (FR4) reste le matériau idéal pour la fabrication de circuits imprimés de haute qualité.
Couche n° 2 Couche de cuivre
La couche de cuivre est une fine feuille de cuivre chauffée et fixée sur le circuit imprimé. Elle se trouve juste au-dessus du substrat. Cette couche de cuivre est essentielle à la conduction de l'électricité.
Les circuits imprimés comportent un nombre variable de couches de cuivre. Les circuits imprimés simple face ne possèdent qu'une seule couche de cuivre et sont couramment utilisés dans les appareils électroniques les plus simples.
En revanche, les circuits imprimés double face possèdent du cuivre sur les deux faces. Ils utilisent généralement des vias pour connecter les couches supérieure et inférieure. De ce fait, ils permettent un routage plus serré des pistes. Cette caractéristique est pratique pour connecter des circuits sur toute la carte.
Notez que des couches de cuivre plus épaisses sont généralement utilisées pour gérer les hautes puissances.
Couche n° 3 : Masque de soudure, couche de circuit imprimé
La couche de vernis épargne est un revêtement protecteur appliqué à la surface d'un circuit imprimé. Généralement de couleur verte, elle recouvre les pistes de cuivre et agit comme un bouclier, empêchant tout contact avec des éléments susceptibles de les endommager.
Une fois la couche de cuivre en place, vous pouvez ajouter le vernis épargne. Cette couche isole également le cuivre, l'empêchant d'entrer en contact avec d'autres métaux.
La couche de vernis épargne est généralement composée de résine époxy liquide. Pour la coloration, ce liquide contient un pigment vert.
Couche n° 4 : Couche de sérigraphie ou couche de superposition
La couche de sérigraphie, également appelée couche de superposition, se trouve sur la couche la plus externe du circuit imprimé. Elle contient des lettres, des chiffres et des symboles, comme les étiquettes d'une carte.
La sérigraphie sert généralement de guide. Elle indique la fonction de chaque composant sur le circuit imprimé. Grâce aux étiquettes et aux symboles, il est plus facile de savoir où connecter les LED ou les broches.
Circuits imprimés monocouches vs multicouches
A PCB monocouche Il ne comporte qu'une seule couche de cuivre conductrice. Sa conception est plus simple et moins coûteuse, mais ses fonctionnalités sont limitées. PCB multicouchesEn revanche, les circuits intégrés à couches minces possèdent davantage de couches de cuivre. Ils peuvent gérer des circuits et des composants plus complexes. Cependant, ils sont plus chers.
Le choix dépend donc de la complexité et du budget du projet.
| Aspect | PCB monocouche | PCB multicouche |
| Nombre de couches | Il ne contient qu'une seule couche conductrice de cuivre. | Il est constitué de plusieurs couches de cuivre conductrices. |
| Densité des composants | Densité de composants réduite en raison de l'espace de routage limité | Densité de composants plus élevée |
| Taille | Souvent plus grand pour accueillir les pistes et les composants. | Il peut être plus petit car les composants et les traces peuvent être répartis sur plusieurs couches. |
| Complexité | Conception moins complexe | Conception plus complexe |
| Prix | Coût généralement inférieur | Coût plus élevé |
| L'intégrité du signal | Plus sensible aux interférences | Meilleure intégrité du signal |
| Application | Convient aux appareils électroniques simples | Idéal pour les appareils électroniques complexes |
Couches fonctionnelles sur une carte PCB
Lorsque vous observez la face supérieure d'une carte de circuit imprimé, vous verrez différentes couches, chacune ayant une fonction spécifique. Examinons de plus près leur rôle.
Couches mécaniques
La couche mécanique d'un circuit imprimé révèle clairement sa structure physique. Elle définit précisément la forme et la taille de la carte. Les fabricants utilisent cette couche pour la fabrication et l'assemblage des circuits imprimés.
Sa fonction principale est de garantir la bonne fabrication du circuit imprimé, conformément aux spécifications. Elle facilite également la découpe et la mise en forme du circuit imprimé lors de sa fabrication. D'autres étapes viennent s'y ajouter : découpes, trous d'outillage et bords sont quelques exemples d'éléments importants.
Gardez les couches à l'écart
Laissez ma zone de sécurité ! Les zones interdites d'accès sont comme des limites qui vous indiquent où vous ne pouvez rien placer. Elles délimitent les zones où vous ne pouvez pas installer de composants ni faire passer de câbles.
Ces compartiments sont très pratiques car ils permettent de bien ranger les appareils électriques. Ils permettent aussi d'éviter de se tromper sur des éléments importants.
Les zones d'exclusion garantissent le respect des règles et empêchent le placement d'éléments là où ils ne devraient pas. Elles permettent ainsi d'optimiser l'espace disponible sur le circuit imprimé.
Couches de routage
Les couches de routage d'un circuit imprimé sont les pistes de cuivre qui relient les composants électroniques. Ces couches assurent la liaison entre les composants en transportant les signaux. C'est comme une route sur une carte.
Un bon routage est essentiel pour de nombreuses raisons. Premièrement, il assure une circulation fluide des signaux et réduit les interférences. Deuxièmement, il contrôle les interférences électromagnétiques. Enfin, il garantit un fonctionnement optimal de l'ensemble du système.
Parfois, des conceptions complexes peuvent nécessiter plusieurs couches de routage. C'est comme ajouter des voies supplémentaires sur une autoroute pour absorber un trafic plus important.
Plans de puissance et de masse
Le plan de masse est une couche spécifique d'un circuit imprimé qui transporte l'électricité. Son rôle principal est de répartir correctement les tensions d'alimentation et de masse sur le circuit imprimé. Techniquement, cela permet de stabiliser l'alimentation des composants électroniques et d'assurer un retour de courant fluide.
Les plans de masse et d'alimentation répartissent efficacement la chaleur, ce qui peut contribuer à refroidir la carte.
Plans divisés et plans au sol
Un plan de masse divisé sur un circuit imprimé sépare la couche d'alimentation ou de masse en sections distinctes, chacune ayant son propre niveau de tension. Ceci permet de créer des zones distinctes pour les masses analogiques et numériques.
La fonction principale de ce plan est d'isoler les différentes zones de tension. Il empêche techniquement les interférences parasites. Cependant, grâce à une segmentation précise des surfaces, il gère le couplage du bruit. Il fournit également les différents niveaux de tension nécessaires aux divers composants du circuit imprimé.
Couches de masque de soudure
La couche de vernis épargne d'un circuit imprimé est un revêtement protecteur composé de matériaux isolants. Le plus souvent, on utilise une résine époxy liquide comme vernis épargne. Cette couche recouvre la majeure partie du circuit imprimé, laissant toutefois certaines zones exposées pour la soudure.
Sa fonction principale est de protéger le circuit imprimé contre l'oxydation et d'éviter les courts-circuits. De plus, elle permet de délimiter et d'isoler les zones de connexion électrique.
Couches de pâte à souder
Comme son nom l'indique, cette couche est celle sur laquelle on applique la pâte à braser. La pâte à braser améliore la fluidité de la soudure entre les pattes des composants et les pastilles du circuit imprimé. On obtient ainsi une connexion fiable pour un assemblage électronique réussi.
Les couches de pâte à braser garantissent une application correcte de celle-ci. Cette couche est essentielle pour les conceptions utilisant des composants à pas fin ou de petite taille. De manière générale, elle assure un brasage correct et efficace en production.
Calques de superposition
La couche de superposition, également appelée couche de sérigraphie, est celle sur laquelle sont imprimées les informations importantes. Elle est essentielle pour les opérations de production et de réparation.
Ces couches utilisent généralement la couche de masque de soudure comme fond et se trouvent principalement sur les couches externes du circuit imprimé.
Il est essentiel de veiller à ce que l'impression soit parfaitement alignée avec la couche de vernis épargne. Ainsi, la couche de superposition joue le rôle des étiquettes sur une carte, indiquant l'emplacement de chaque élément sur le circuit imprimé.
Nombre de couches de PCB
Il existe différents types de circuits imprimés, chacun utilisant différentes couches de cuivre conductrices. Voici les circuits imprimés les plus courants aujourd'hui.
Carte PCB à 2 couches
Un circuit imprimé double couche est également connu sous le nom de circuit imprimé double face. Il est constitué d'un seul noyau isolant pris en sandwich entre de fines couches de cuivre.
Les cartes PCB à deux couches conviennent aux projets peu coûteux et relativement simples.
Carte PCB à 4 couches
Comme son nom l'indique, une carte PCB à quatre couches possède deux couches de cuivre supplémentaires. Cet espace accru pour le câblage améliore généralement la qualité du signal et réduit le bruit. Elle offre également une densité de composants plus élevée.
Empilage de cartes PCB à 6, 8, 10 et 12 couches
Par conséquent, vous trouverez également des empilements de cartes PCB multicouches. Chaque type est adapté à des applications spécifiques. Cette diversité résulte généralement des besoins distincts des différents secteurs industriels. Ces cartes PCB multicouches sont largement utilisées dans les conceptions industrielles et les agencements complexes.
| Nombre de couches | Configuration des couches |
| Empilement de cartes PCB à 6 couches | Masque de soudure | Couche de signal HS | Préimprégné | Couche de signal HS | Noyau | Couche de signal HS | Préimprégné | Couche de signal HS | Noyau | Couche de signal HS | Préimprégné | Couche de signal HS | Masque de soudure |
| Empilement de cartes PCB à 8 couches | Deux couches de signal HS supplémentaires |
| Empilement de cartes PCB à 10 couches | Couche de signal HS supplémentaire 4 |
| Empilement de cartes PCB à 12 couches | Couche de signal HS supplémentaire 6 |
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