Les circuits imprimés (PCB) sont un élément essentiel des appareils électroniques tels que les téléphones portables, les ordinateurs, les radios et les éclairages. Sans leur développement, nous ne pourrions pas profiter du confort offert par ces appareils. Une question me vient alors à l'esprit : quel est l'historique du développement des PCB ? Cet article va vous l'expliquer.
Étapes clés du développement des PCB
Nous pouvons apprendre le processus de développement des PCB en le divisant en plusieurs étapes vitales qui sont énumérées ci-dessous :
Stade de bourgeonnement (années 1900-1920) :
En 1903, un célèbre inventeur allemand, Albert Hanson, déposa un brevet britannique. Il inventa le concept d'utilisation de « fils » utilisés dans les centraux téléphoniques. Une feuille métallique était utilisée pour couper les conducteurs de ligne, puis du papier paraffiné était collé sur leurs faces supérieure et inférieure, et des vias étaient percés aux intersections pour réaliser l'interconnexion électrique entre les différentes couches. Cette méthode diffère de notre méthode moderne de fabrication de circuits imprimés, car la résine phénolique n'existait pas encore à cette époque et la technologie de gravure chimique n'était pas encore au point. La méthode inventée par Albert Hansen peut être considérée comme le prototype de la fabrication moderne de circuits imprimés, qui constitue la base des développements ultérieurs.
Stade de développement (années 1920-1940) :
En 1925, Charles Ducas, originaire des États-Unis, eut l'idée novatrice d'imprimer des motifs de circuits imprimés sur un substrat isolant, puis de les plaquer pour fabriquer des conducteurs. Le terme « PCB » apparut à cette époque. Cette méthode facilita la fabrication d'appareils électriques.
En 1936, le Dr Paul Eisler, autrichien et surnommé « le père du circuit imprimé », publia au Royaume-Uni la technologie du film métallique, développant ainsi le premier circuit imprimé destiné à un poste de radio. La méthode employée par Paul Eisler est très similaire à celle que nous utilisons aujourd'hui pour les circuits imprimés. Appelée soustraction, cette méthode permet de supprimer les parties métalliques inutiles.
Vers 1943, l'invention technique de Paul Eisler fut utilisée à grande échelle par les États-Unis pour fabriquer des fusées de proximité destinées à la Seconde Guerre mondiale. Parallèlement, cette technologie est largement utilisée dans les radios militaires.
Le tournant (1948) :
L'année 1948 marque un tournant dans l'histoire des circuits imprimés : les États-Unis reconnaissent officiellement l'invention des circuits imprimés pour un usage commercial. Bien que peu d'équipements électroniques utilisent des circuits imprimés à cette époque, cette décision a largement favorisé leur développement et leur application.
Étape florissante (années 1950-1990) :
Des années 1950 aux années 1990, l'industrie des PCB s'est formée et a connu une croissance rapide, c'est-à-dire le stade précoce de l'industrialisation des PCB, à partir duquel les PCB sont devenus une industrie.
Dans les années 1950, les transistors sont utilisés sur le marché de l'électronique, ce qui a contribué à réduire efficacement la taille de l'électronique et à faciliter grandement l'intégration des PCB. De plus, la fiabilité électronique a été considérablement améliorée.
En 1953, Motorola a développé une carte double face avec vias électrolytiques. Vers 1955, Toshiba (Japon) a introduit une technologie permettant de générer de l'oxyde de cuivre à la surface d'une feuille de cuivre, donnant naissance au laminé cuivré (CCL). Grâce à ces deux technologies, les circuits imprimés multicouches ont été inventés avec succès et utilisés à grande échelle.
Dans les années 1960, les circuits imprimés étaient largement utilisés à cette époque, la technologie PCB était de plus en plus avancée et, grâce à l'utilisation généralisée de circuits imprimés multicouches, le rapport entre le câblage et la surface du substrat a été augmenté efficacement.
Dans les années 1970, on assiste à un développement rapide de PCB multicouches, aspirant à une précision et une densité supérieures, à des trous fins aux lignes raffinées, à une grande fiabilité, à un coût réduit et à une production automatisée. À cette époque, la conception des circuits imprimés était encore manuelle. Les ingénieurs en conception de circuits imprimés utilisaient des crayons de couleur et des règles pour dessiner les circuits sur un film polyester transparent. Afin d'améliorer l'efficacité du dessin, ils ont créé plusieurs gabarits d'emballage et de circuits imprimés pour certains appareils courants.
Dans les années 1980, la technologie de montage en surface(SMT) a progressivement remplacé la technologie de montage traversant et s'est imposée comme la norme à cette époque. Elle est également entrée dans l'ère numérique.
Stade de maturité (années 1990 à aujourd'hui) :
Le développement d'appareils électroniques tels que les ordinateurs personnels, les CD, les appareils photo, les consoles de jeux, etc. a entraîné de grands changements. La taille des circuits imprimés doit être réduite pour s'adapter à ces petits appareils électroniques.
L'informatisation a permis d'automatiser de nombreuses étapes de la conception des circuits imprimés et a facilité la conception de composants compacts et légers. Les fournisseurs de composants doivent également améliorer leurs dispositifs en réduisant leur consommation électrique, tout en tenant compte de la réduction des coûts.
Dans les années 2000, les circuits imprimés sont devenus plus complexes, offrant davantage de fonctionnalités et une taille réduite. Les circuits imprimés multicouches et flexibles, en particulier, ont rendu ces appareils électroniques beaucoup plus maniables et fonctionnels, grâce à des circuits imprimés compacts et à un coût réduit.
Au début du XXIe siècle, l'émergence des smartphones a stimulé le développement de la technologie PCB HDI. Tout en conservant les microvias percés au laser, les vias empilés ont commencé à remplacer les vias décalés. Combinés à la technologie de construction « toutes couches », la largeur/l'espacement final des lignes de la carte HDI a atteint 21 µm.
Cette méthode de stratification arbitraire repose toujours sur un procédé soustractif, et il est certain que la plupart des HDI haut de gamme utilisent encore cette technologie pour les produits électroniques mobiles. Cependant, en 2017, le HDI a franchi une nouvelle étape de développement, passant d'un procédé soustractif à un procédé basé sur le placage de motifs.
Les principales tendances qui pourraient avoir un impact sur l'industrie des PCB
De nos jours, différents types de circuits imprimés, notamment PCB rigideLes circuits imprimés rigides-flexibles, multicouches et HDI sont largement utilisés sur le marché et ont connu de nombreuses évolutions. Nous pouvons affirmer que cette évolution se poursuivra à l'avenir, parallèlement à l'amélioration constante des exigences des utilisateurs.
Alors, voici une autre question : avez-vous déjà réfléchi aux tendances futures des PCB ? Avec l'émergence de nouvelles applications électroniques grand public, telles que les appareils électroniques portables, les prothèses auditives électroniques, les glucomètres, les appareils intelligents pour véhicules électriques, l'aérospatiale et d'autres secteurs, les exigences en matière de conception, de matériaux et de fabrication des PCB sont plus élevées. Voici cinq tendances majeures qui influenceront l'industrie des PCB à l'avenir :
Internet des Objets (IoT)
L'Internet des objets (IoT) est un secteur promis à un brillant avenir. Cette technologie connecte chaque objet à Internet, et chaque objet peut communiquer entre eux en partageant des données. Elle rend la vie plus intelligente et plus pratique. Normalement, les appareils IoT doivent être équipés de capteurs et d'une connectivité sans fil. Il est donc nécessaire de faire évoluer les circuits imprimés pour répondre à ces exigences.
Par exemple, les appareils IoT de petite taille, comme les bracelets BLE ou autres appareils portables, nécessitent des composants plus petits offrant les mêmes fonctionnalités. Les circuits imprimés doivent donc être de plus en plus compacts, tout en intégrant des composants encore plus complexes. Cela peut représenter un défi, mais aussi une opportunité pour les fabricants de circuits imprimés qui souhaitent pénétrer le marché de l'IoT et en tirer profit.
PCB flexible
Ces dernières années, PCB flexibles Les fabricants de circuits imprimés flexibles gagnent rapidement des parts de marché dans le développement de circuits imprimés. L'illustration ci-dessous, tirée de https://www.www.grandviewresearch.com, illustre l'évolution du marché des circuits imprimés flexibles en Asie-Pacifique de 2015 à 2025. On constate que le marché est en constante croissance, et les secteurs d'activité concernés par ces circuits imprimés flexibles vont de l'électronique et des télécommunications à l'aérospatiale et à l'automobile. La demande en circuits imprimés flexibles devrait connaître une croissance fulgurante à l'avenir.
Pourquoi les circuits imprimés flexibles sont-ils si populaires ? Voici quelques raisons : d'une part, ils permettent de gagner de la place grâce à leur taille réduite par rapport aux autres types de circuits imprimés. D'autre part, ils résistent aux environnements difficiles grâce à leurs capacités et leur fiabilité accrues.
PCB d'interconnexion haute densité (HDI)
Les PCB d'interconnexion haute densité présentent de nombreux avantages, notamment la fiabilité et la rapidité du signal, la compacité et la légèreté. De plus, la largeur des pistes et la densité de câblage des PCB HDI sont nettement plus réduites, ce qui permet aux ingénieurs d'intégrer davantage de fonctionnalités et de puissance, même dans un espace réduit. Le besoin de superposition est réduit pour les PCB HDI, ce qui permet de réduire d'autant les coûts de production. Grâce à ces excellentes caractéristiques, PCB HDI deviennent des composants essentiels dans de nombreux appareils et applications.
Aujourd'hui, les utilisateurs privilégient les appareils automatiques, disponibles partout, notamment dans les applications aérospatiales, les communications militaires, les outils de diagnostic médical et les technologies portables. Parallèlement, des composants plus petits, offrant des signaux plus rapides, sont devenus de plus en plus nécessaires, d'où l'importance des circuits imprimés à interconnexion haute densité.
PCB haute puissance
Les circuits imprimés haute puissance sont des circuits imprimés capables de gérer une tension supérieure à 48 V. Ils sont de plus en plus fins et légers, avec un rendement accru, une meilleure absorption thermique et une durabilité accrue. Les nouveaux circuits imprimés haute puissance résistent mieux à la chaleur grâce à une meilleure dissipation thermique. Grâce à une batterie améliorée, ce type de circuit imprimé peut fonctionner beaucoup plus longtemps.
L'émergence de cette tendance s'explique par la demande croissante de véhicules électriques, nécessitant des tensions souvent de plusieurs centaines de volts. De plus, l'intérêt croissant pour le développement durable a entraîné une demande croissante de panneaux solaires, nécessitant une tension de 24 ou 28 V. En résumé, les circuits imprimés haute puissance offrent un éventail d'applications plus large, aujourd'hui comme demain.
Solutions commerciales prêtes à l'emploi
Une autre tendance dans l'histoire du secteur des circuits imprimés est l'apparition de solutions commerciales prêtes à l'emploi (COTS), comprenant des modules, des composants et des cartes de circuits imprimés. L'avantage des composants COTS réside dans leur conception facile à installer dans les systèmes existants, ce qui est très pratique. Leur utilisation est considérée comme un moyen de standardiser et de fiabiliser les composants. Vous vous demandez donc certainement à quelles applications les COTS sont utilisés ? L'aérospatiale est d'ailleurs l'un des principaux secteurs où les COTS permettent de réduire les coûts des projets majeurs, de garantir la qualité et la sécurité tout en accélérant l'exécution des projets.
Conclusion
En repensant à son développement, l'industrie des PCB est en constante évolution. Les PCB jouent un rôle important à l'heure actuelle, car la technologie progresse constamment. Quoi qu'il en soit, une chose est sûre : les PCB seront toujours indispensables.
Cependant, l'évolution et le développement de l'industrie des circuits imprimés (PCB) auront un impact considérable sur la conception et la fabrication. Par conséquent, si les fabricants de circuits imprimés souhaitent rester compétitifs, ils doivent innover pour suivre la tendance, notamment en adaptant l'assemblage, la conception et la fabrication des circuits imprimés afin de répondre aux besoins croissants des consommateurs.
MOKO, concepteur et fabricant leader de circuits imprimés en Chine, possède plus de 16 ans d'expérience dans ce secteur et dispose d'une équipe de R&D professionnelle. Nous suivons en permanence les tendances du secteur. Des questions sur les circuits imprimés ? Contactez-nous, plongeons ensemble dans le monde du PCB !
