Qu'est-ce qu'une carte PCB?
Une carte PCB fait référence à une carte qui fournit une connexion électrique pour différents composants en utilisant des fils et des conducteurs et offre également un support mécanique pour les composants montés en surface et sur socle.
Elle contient de fines pistes de cuivre, gravées avec précision dans un matériau isolant tel que la fibre de verre ou un composite époxy. Ces pistes de cuivre assurent le câblage entre les composants sur la carte . Le procédé de fabrication des cartes de circuits imprimés utilise la photolithographie pour imprimer avec précision le circuit sur la carte. Une fois la carte fabriquée, les composants électroniques peuvent être soudés sur les pastilles de cuivre pour former un circuit complet. La carte de circuits imprimés assure la connexion entre ces composants et les intègre dans un système électronique fonctionnel.
Bien que les cartes de circuits imprimés soient présentes dans presque tous les équipements électroniques actuels, le terme désigne spécifiquement la carte nue, sans aucun composant. Lorsque des composants sont soudés sur une carte de circuit imprimé, le produit obtenu est plus précisément appelé assemblage de circuit imprimé (PCA) ou assemblage de carte de circuit imprimé (PCBA).
Types de circuits imprimés
Carte PCB simple face
Il s'agit d'une carte de circuit imprimé (PCB) constituée d'un substrat monocouche dont tous les circuits et composants sont montés sur une seule face. Les cartes PCB simple face se caractérisent par une conception et un processus de fabrication simples, une productivité élevée, un faible coût et une large gamme d'applications.
Carte PCB double face
Comme son nom l'indique, une carte PCB double face est une carte sur laquelle sont montés des composants électroniques des deux côtés du substrat. Il existe deux méthodes d'assemblage : la technologie SMT (montage en surface) et la technologie THT (montage traversant). Elle est généralement utilisée pour des applications nécessitant des circuits plus complexes, telles que l'éclairage LED, les distributeurs automatiques, les systèmes de contrôle industriels, etc.
Carte PCB multicouche
Les cartes PCB multicouches sont composées de trois couches de circuits imprimés ou plus, selon l'application et les besoins. Ce type de carte offre aux concepteurs une flexibilité accrue pour les agencements complexes, ce qui explique leur présence dans des applications exigeantes telles que les dispositifs médicaux, les systèmes de stockage de données, les technologies GPS et autres applications de pointe. La présence de plusieurs couches conductrices permet aux composants et aux pistes de se croiser sans risque de court-circuit, autorisant ainsi des conceptions beaucoup plus denses. Par conséquent, lorsqu'une carte haute performance est requise pour gérer des contraintes électriques importantes, les cartes multicouches sont la solution idéale.
Carte PCB rigide
Les circuits imprimés rigides sont un type courant de circuit imprimé , fabriqués à partir d'un substrat robuste. Leur flexibilité et leur résistance à la flexion étant fortement réduites, les composants électroniques utilisés sur ces circuits imprimés bénéficient d'une durée de vie plus longue. De plus, ce type de circuit imprimé génère un faible bruit électronique, contribuant ainsi à réduire l'impact environnemental. Les circuits imprimés rigides sont principalement utilisés dans des applications telles que les satellites, l'automobile et l'aérospatiale.
Carte PCB flexible
Contrairement aux circuits imprimés rigides, les circuits imprimés flexibles sont fabriqués à partir de matériaux qui se plient facilement, mais leur fabrication est généralement plus coûteuse. Les circuits imprimés flexibles présentent de nombreux avantages, le principal étant leur flexibilité. Ils peuvent être repliés sur les bords ou les coins, et grâce à cette flexibilité, un seul circuit imprimé flexible peut couvrir des zones qui nécessiteraient plusieurs circuits imprimés rigides. De plus, les circuits imprimés flexibles nécessitent moins d'espace d'assemblage et conviennent aux applications où le poids et l'encombrement sont des facteurs importants.
PCB Rigid-Flex
Les circuits rigides-flexibles combinent les avantages des circuits imprimés rigides et flexibles. Ils sont réalisés en connectant plusieurs couches de circuits imprimés flexibles à des couches de circuits imprimés rigides. Comparés aux circuits imprimés rigides ou flexibles, les circuits rigides-flexibles comportent moins de composants électroniques et ne nécessitent ni connecteurs, ni embases, ni sertissages, ce qui permet de réduire la taille et le poids du circuit imprimé. On trouve fréquemment des circuits imprimés rigides-flexibles dans des appareils tels que les téléphones portables, les appareils photo numériques et les stimulateurs cardiaques.
Carte PCB avec support en aluminium
Les circuits imprimés à support aluminium utilisent des substrats en aluminium ou en cuivre, contrairement à la plupart des circuits imprimés en fibre de verre. Ils présentent plusieurs avantages : premièrement, une meilleure efficacité thermique, ce qui les rend idéaux pour les projets aux circuits complexes, car ils dissipent efficacement la chaleur même après une utilisation prolongée ; deuxièmement, une plus grande durabilité, les circuits imprimés en aluminium ayant une durée de vie supérieure à ceux en fibre de verre ; troisièmement, ils sont respectueux de l’environnement. Les feuilles d’aluminium sont non toxiques, écologiques et facilement recyclables.
Tles applications des circuits imprimés
Dispositifs médicaux
Des stimulateurs cardiaques aux minuscules caméras utilisées en chirurgie mini-invasive, en passant par les équipements médicaux de grande taille tels que les appareils de radiographie et les scanners, les circuits imprimés jouent un rôle essentiel. Par exemple, les circuits imprimés flexibles et rigides-flexibles, compacts, légers et à haute densité, permettent de fabriquer des dispositifs médicaux plus compacts et plus légers. Pour certains dispositifs médicaux complexes, les circuits imprimés rigides-flexibles constituent un choix particulièrement judicieux.
Industrie aerospatiale
Avec les progrès de la technologie aérospatiale, la demande de circuits imprimés pour les avions, les satellites, les drones et autres équipements avioniques augmente également. Dans ces applications, on utilise souvent des circuits imprimés compacts prenant en charge des circuits complexes. Parmi eux, les plus répandus sont les circuits imprimés rigides, flexibles et rigides-flexibles, utilisés dans les tableaux de bord, les commandes de vol, la gestion de vol et les systèmes de sécurité. Leur conception compacte et légère réduit le poids total des équipements, réduisant ainsi la consommation de carburant.
Electronique
On retrouve des circuits imprimés dans les appareils électroniques couramment utilisés à la maison et au bureau, comme les ordinateurs, les smartphones, les téléviseurs, les appareils électroménagers, les systèmes de divertissement, etc. Ces produits sont soumis à des exigences élevées en matière de fiabilité, de poids et de performances de dissipation thermique.
Équipements industriels
La plupart des équipements industriels actuels sont contrôlés électroniquement, ce qui entraîne une demande croissante de circuits imprimés dans l'ensemble du secteur. Les équipements tels que les équipements de fabrication, de mesure, d'alimentation et les robots nécessitent tous des circuits imprimés. Comme les équipements industriels fonctionnent généralement dans des environnements difficiles, les circuits imprimés utilisés doivent être suffisamment robustes pour résister aux agressions chimiques, aux chocs physiques, aux températures élevées et à d'autres facteurs défavorables.
Éclairage
En raison de leur efficacité énergétique élevée et de leur durée de vie plus longue, les diodes électroluminescentes deviennent de plus en plus populaires sur différents marchés, ce qui conduit à l'utilisation croissante de cartes PCB LED, en particulier de cartes PCB à dos en aluminium avec une meilleure dissipation thermique par rapport aux autres types de cartes PCB.
Militaire et Défense
Les équipements militaires et de défense sont également indissociables des circuits imprimés, indispensables aux véhicules, aux ordinateurs, aux équipements de communication et de surveillance. Les circuits imprimés utilisés dans ce domaine doivent être très durables et fiables, et capables de résister à des températures et des conditions climatiques extrêmes.
Comment fabriquer une carte PCB ?
- Étape 1 – Conception du circuit imprimé
Avant la fabrication, nous devons d'abord concevoir un circuit imprimé en fonction des exigences du projet. Cette conception est généralement réalisée à l'aide de logiciels tels qu'Altium Designer, OrCAD, Pads, etc. Une fois la conception terminée, nous devons la convertir au format Gerber, qui inclut des informations importantes telles que les schémas de perçage, les alésages et les symboles des composants.
- Étape 2 - Impression du dessin
Nous utilisons une imprimante spéciale, appelée traceur, pour imprimer le design du circuit imprimé. Ce traceur, doté d'une haute précision, permet de visualiser les détails et les couches des circuits imprimés, ce qui est très utile aux fabricants pour visualiser les circuits imprimés. Le film est imprimé en deux couleurs : l'encre transparente et l'encre noire. Pour les couches intérieures, l'encre transparente représente les zones non conductrices et l'encre noire les pistes et circuits conducteurs en cuivre. Pour les couches extérieures, la signification est inverse.
- Étape 3 - Retirer le cuivre
Pour poursuivre la fabrication d'un circuit imprimé, il est nécessaire d'éliminer l'excédent de cuivre des couches internes à l'aide d'un solvant de gravure pour cuivre, afin de conserver le cuivre souhaité. La quantité de solvant de gravure pour cuivre utilisée peut varier ; par exemple, un circuit imprimé de grande taille nécessite davantage de cuivre et de temps.
- Étape 4 – Alignement des calques
À cette étape, le circuit imprimé passe à l'étape suivante : l'alignement des couches. Les couches intérieures et extérieures doivent être alignées à l'aide d'une poinçonneuse optique capable d'enfoncer une broche dans les trous pour aligner les couches du circuit imprimé.
- Étape 5 – Inspection
Il est impossible de corriger les erreurs des couches internes si elles sont assemblées ; l'inspection est donc une étape cruciale. Une machine d'inspection optique automatique est utilisée pour vérifier l'absence de défauts sur les cartes. Grâce à un capteur laser, la machine scanne soigneusement les couches et génère une image numérique à comparer avec le fichier Gerber d'origine. En cas d'incohérence, la machine présente la comparaison afin d'obtenir des informations plus détaillées.
- Étape 6 - Laminage des couches
Tout d'abord, les couches sont fixées ensemble à l'aide de pinces métalliques, puis la couche de préimprégné est placée sur le bac d'alignement. Ensuite, la couche de substrat est recouverte de préimprégné avant la pose des feuilles de cuivre. D'autres feuilles de préimprégné sont ensuite déposées sur la couche de cuivre. Enfin, la feuille d'aluminium et la plaque de presse en cuivre complètent l'empilement.
- Étape 7 - Appuyez sur les calques
Pour presser ces couches, des broches doivent être perforées à travers les couches pour les maintenir alignées, puis les machines de pressage appliquent de la chaleur et de la pression sur les couches pour faire fondre l'époxy à l'intérieur du préimprégné afin de fusionner les couches ensemble.
- Étape 8 - Perçage
Avant le perçage, nous utilisons des machines à rayons X pour localiser les points de perçage, puis la perceuse guidée par ordinateur est utilisée pour percer chaque couche. Une fois le perçage terminé, l'excédent de fil de cuivre sur le bord du panneau est retiré par l'outil de contournage.
- Étape 9 - Placage
Après le perçage, le circuit imprimé est plaqué. Le dépôt chimique fusionne toutes les couches, puis le circuit est nettoyé en profondeur à l'aide d'autres solutions chimiques qui recouvrent la surface du panneau d'une fine couche (environ 1 micron) de cuivre, insérée dans les trous percés.
- Étape 10 - Imagerie de la couche externe
À cette étape, nous appliquons une couche de résine photosensible sur la couche externe avant l'imagerie. Lors de cette étape, nous veillons à ce que la résine soit placée dans une pièce stérile afin d'isoler les contaminants de la surface de la couche. Nous utilisons ensuite la lumière ultraviolette pour durcir la résine photosensible, tandis que toute résine photosensible indésirable est éliminée.
- Étape 11 - Placage
Comme à l'étape 9, nous devons plaquer le panneau d'une fine couche de cuivre. Ensuite, le panneau sera plaqué d'étain. Ce processus permet d'éliminer le cuivre indésirable et de protéger le cuivre de la couche extérieure contre toute attaque chimique lors de l'étape suivante.
- Étape 12 - Gravure
L'application de la solution chimique permet d'éliminer le cuivre indésirable, tout en conservant le cuivre souhaité, protégé par l'étain. Cette étape permet d'établir les zones conductrices et les connexions des circuits imprimés.
- Étape 13 - Application du masque de soudure
Avant l'application du masque de soudure, les deux faces du panneau doivent être nettoyées. Une encre époxy est ensuite appliquée pour recouvrir le panneau. Une lampe ultraviolette est ensuite appliquée pour éliminer le masque de soudure indésirable, puis le masque de soudure souhaité est cuit au four pour durcir.
- Étape 14 – Sérigraphie
À cette étape, nous imprimons des informations critiques sur la carte, une étape cruciale. Une fois cette étape terminée, le circuit imprimé passe au dernier processus de revêtement et de durcissement.
- Étape 15 - Finition de surface
Selon différentes exigences, la carte PCB peut être plaquée avec une finition soudable qui peut améliorer la qualité de la soudure.
- Étape 16 - Tests
Avant de livrer la carte PCB aux clients, un test électrique sur la carte est nécessaire pour tester la fonctionnalité des PCB et pour confirmer s'ils ont suivi la conception d'origine.
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