Devre kartı hakkında, Les cartes de circuits imprimés sont omniprésentes dans tous les gadgets que nous utilisons. Qu’il s’agisse d’un smartphone ou d’une simple calculatrice, leur fonctionnement dépend des performances des PCB.
Savez-vous de quoi sont faits les circuits imprimés PCB ? PCB vs. PCBA : quelles sont les différences ? Avez-vous déjà ouvert votre iPhone pour voir ce qu’il contient ? Vous ne trouverez que quelques éléments, du numériseur à la batterie en passant par la soudure et, bien sûr, le PCB. La carte de circuit imprimé est ce qui permet à votre iPhone de fonctionner, et tout dommage qui lui est causé entraîne l’impossibilité pour votre téléphone de se rallumer. La conception compacte du circuit imprimé de l’iPhone X, par exemple, a séduit de nombreux analystes et techniciens. Il s’agit d’un exploit d’ingénierie que peu d’entreprises ont été en mesure de surpasser.
Alors, qu’est-ce qui rend les circuits imprimés si uniques ? Qu’est-ce qui rend une carte de circuit imprimé meilleure qu’une autre ? En quoi consiste un circuit imprimé ?
Nous avons préparé ce guide utile dans lequel vous pourrez découvrir les matériaux utilisés pour fabriquer les circuits imprimés. Vous pourrez également vous faire une idée de la manière dont un fabricant les produit. Commençons par voir de quoi sont faites les cartes de circuits imprimés. Ensuite, nous verrons comment vous pouvez fabriquer vos circuits imprimés.
1、De quoi sont faites les cartes de circuit imprimé
Les circuits imprimés sont également connus sous le nom de cartes de circuits imprimés ou PCB. Ils pilotent les différents équipements et outils électroniques et électriques que nous utilisons tous les jours. La plupart des circuits imprimés sont formés en combinant deux ou plusieurs couches, selon la complexité et la nature de l’appareil dans lequel ils seront utilisés.
Les PCB utilisent une variété de matériaux pour leur composition. Une couche peut être faite de fibre de verre ou de résine dérivée du papier. D’autres matériaux, tels que le cuivre, le masque de soudure et les couches de sérigraphie, sont également utilisés.
Dans le prochain chapitre, nous saurons de quels matériaux sont faits les circuits imprimés PCB.
Image 1 : PCB
2、De quels matériaux les circuits imprimés sont-ils faits ?
Le PCB est généralement fabriqué à partir de quatre couches de matériaux collés ensemble par la chaleur, la pression et d’autres méthodes. Les quatre couches d’un PCB sont constituées du substrat, du cuivre, du masque de soudure et de la sérigraphie.
Le substrat est généralement constitué de fibre de verre, également connue sous le nom de FR4. FR fait référence à l’ignifugation et constitue la base du PCB. La couche de substrat est la plus épaisse de tous les circuits imprimés, bien que son épaisseur puisse varier. C’est la couche qui offre la rigidité au PCB.
Elle peut également être fabriquée à partir de matériaux flexibles qui peuvent parfois être étirés. Récemment, de nombreux matériaux innovants ont été utilisés pour créer le substrat, dont certains sont même à base de plantes.
D’autres matériaux sont également utilisés pour fabriquer le substrat, comme l’époxy ou les phénoliques. Les panneaux fabriqués à partir de résine époxy sont sensibles à la chaleur et le laminage peut s’effacer rapidement dans certains cas. Vous pouvez trouver ces cartes économiques facilement sur le marché et les reconnaître à l’odeur qu’elles dégagent. Le matériau nécessite également que les composants y soient soudés.
Image 2 : Matériau du PCB
Vous pouvez trouver ces matériaux de substrat dans les appareils bon marché et les produits électroniques grand public bas de gamme.
Les substrats fabriqués à partir de matériaux de qualité inférieure, comme les phénoliques, ont une faible décomposition thermique, ce qui entraîne leur délamination. Ils peuvent également produire de la fumée ou de la carbonisation si vous tenez le fer à souder pendant une longue période sur eux.
La couche suivante à appliquer sur la carte est le cuivre, qui est collé avec un adhésif industriel ou par la chaleur. La couche de cuivre peut exister sur une seule face du PCB, ou bien sur les deux faces du substrat. Les appareils électroniques simples utilisent des PCB dont la couche de cuivre ne se trouve que sur une seule face. Les couches de cuivre sont beaucoup plus fines et délicates que le substrat.
Le cuivre utilisé dans les PCB est désigné par son poids et présenté en onces par pied carré. La plupart des PCB courants ont une teneur en cuivre d’une once de cuivre par pied carré.
La quantité de cuivre présente dans le PCB détermine la quantité de puissance qu’il pourra échanger.
Une couche supérieure verte du PCB est connue sous le nom de masque de soudure et est appliquée sur la couche de cuivre pour entrer en contact avec d’autres pièces électriques. Par-dessus le masque de soudure, une couche de sérigraphie est prévue pour créer des marques et des étiquettes pour le placement de divers composants.
Ensuite, voyons comment vous pouvez développer une carte de circuit imprimé personnalisée à l’aide d’une application informatique.
3、Cartes de circuits imprimés sur mesure
Nous savons que les circuits imprimés sont des éléments complexes, et il peut être un peu difficile pour les amateurs de concevoir eux-mêmes un circuit fonctionnel. La première chose dont vous aurez besoin est un logiciel fiable pour créer le plan de votre circuit imprimé.
Vous pouvez alors utiliser de nombreuses solutions de conception de PCB telles que Eagle de Cadsoft Computer, qui fait un excellent travail de conception de votre PCB.
Préparer la vue schématique
Vous devez préparer la vue schématique pour créer votre PCB personnalisé. Accédez à la bibliothèque de composants qui est présente dans votre logiciel de conception et placez-les sur le canevas. Vous devez maintenant connecter les broches avec les lignes qui symbolisent les connexions électriques dans le logiciel.
Le même numéro de pièce peut vous dérouter un peu car vous trouverez plusieurs options parmi lesquelles choisir. Les différents boîtiers peuvent inclure la puce montée en surface ou un boîtier à double rangée de broches (DIP). Si vous êtes un amateur ou si vous réalisez un projet de bricolage, il est logique d’opter pour des systèmes en boîtier (SIP) ou des DIP significatifs et visibles.
Vous pouvez les trouver rapidement, et les points de vente de loisirs et sont bien plus conviviaux lorsqu’il s’agit de les souder par rapport aux dispositifs montés en surface réservés aux applications commerciales.
Les différentes options de conditionnement peuvent sembler similaires dans la vue schématique. Cependant, les choses commenceront à être différentes lorsque vous passerez à la vue de mise en page pour commencer votre conception.
Vous devrez fournir les signaux de masse et d’alimentation nécessaires en plus de placer vos interconnexions et vos composants。
vous pouvez utiliser les caractéristiques telles que GND, VDD et VCC trouvées dans la bibliothèque Eagle pour ce travail.
Il serait utile que vous n’oubliiez pas d’intégrer les connecteurs sur la carte afin que la terre et l’alimentation puissent être utilisées. À ce stade, vous disposerez également de tous les périphériques externes que vous souhaitez, tels qu’un potentiomètre ou des LED.
Votre conception doit maintenant passer par un contrôle des règles électriques ou ERC après avoir tout mis en place. Ce test est crucial pour s’assurer qu’aucune erreur n’est présente, ce qui entraverait la fonctionnalité de votre circuit imprimé.
Parmi les problèmes courants que vous rencontrez, on trouve des fils qui semblent être connectés mais qui ne le sont pas en réalité. Vous pouvez vérifier la présence de petits points dans votre logiciel Eagle, représentant les intersections de connexion des fils.
D’autres problèmes peuvent inclure des signaux de masse et d’alimentation que vous avez oublié de connecter. Vous devez donc vous rappeler que les tests automatisés ne vous diront pas si votre carte va effectuer l’action souhaitée, mais ils peuvent toujours valider les propriétés électriques de votre conception.
Image 3 : Schéma de principe et vue d’ensemble de l’installation
Accéder à la vue de la disposition de la carte
Après avoir fait tout ce que vous deviez faire dans la vue schématique, vous devez passer à l’activation de la vue de la carte. Vous avez alors fait le changement, et vous trouverez les composants répartis de manière aléatoire dans votre logiciel Eagle. Vous verrez également que les fils s’accrochent directement aux broches.
Pour rendre l’image un peu moins désordonnée, déplacez les composants jusqu’à ce qu’ils aient un sens. Par exemple, vous pouvez déplacer les connecteurs vers les bords pour que les choses aient un sens. Vous avez encore beaucoup de travail à faire pour produire le circuit imprimé. Vous devez donc dédier des signaux aux couches mais n’oubliez pas que les différentes couches présentes dans un même calque ne doivent pas se toucher.
La version professionnelle de la solution Eagle est dotée d’une fonction de mise en page automatique qui permet de router les signaux en un seul clic. En revanche, pour les utilisateurs de la version standard, vous devez prendre les choses en main. Vous pouvez également trouver une solution de conception auprès de votre fabricant de PCB pour prendre en charge cette étape.
Après avoir posé les signaux, il est temps d’exécuter la DRC ou le contrôle de conception. Cette vérification permet de s’assurer que les trous percés ne sont pas trop proches d’une ligne de signal. Elle vous avertit également si les traces ne sont pas à une distance optimale les unes des autres ou du bord de la carte.
Vous pouvez personnaliser les règles, et parfois votre fournisseur de circuits imprimés proposera un fichier qui pourra être intégré à la solution Eagle avec des valeurs de DRC spécifiées.
Pouvez alors aller de l’avant et télécharger vos fichiers de conception si votre projet passe la DRC.
Vous devez utiliser une couche particulière pour ajouter des lettres sérigraphiées sur le dessus. L’impression vous aidera à savoir quel composant convient, en présentant les numéros de pièces et les contours. Cela vous permet d’éviter des erreurs comme le placement d’une résistance de 100K au lieu d’une de 1K.
Un fichier Gerber révèle le langage de la conception de PCB, et les 3 cartes peuvent être associées à de nombreux fichiers. Vous aurez un fichier distinct pour les spécifications des pastilles de soudure et des fichiers différents pour chaque couche. Les fichiers de perçage portent également les spécifications du perçage.
Vous pouvez ensuite télécharger la conception avec votre fabricant, qui peut utiliser un autre programme pour présenter l’aspect final des couches, et vous pouvez également savoir si les composants ont la bonne taille pour s’adapter aux trous.
Avec ceci, vous êtes arrivé à la fin de la création d’une carte de circuit imprimé personnalisée à l’aide d’un logiciel de conception. Dans le prochain chapitre, nous verrons comment un fabricant produit des circuits imprimés.
Image 4 : Vue de la disposition
4、Comment les circuits imprimés sont-ils fabriqués ?
A présent, vous savez comment concevoir votre PCB sur mesure en lisant le chapitre précédent. La technologie du PCB est compliquée, et il doit passer par un processus de fabrication en plusieurs étapes. Vous devez également choisir un fabricant qui dispose de tous les équipements de haute précision pour donner vie à votre projet. Nous allons aborder brièvement le processus de fabrication des PCB, juste pour vous.
1. Fabrication du substrat
Vous pouvez considérer les PCB comme des sandwichs composés de plusieurs couches. Le matériau de base qui se trouve au milieu est appelé le substrat. Le matériau du substrat est chargé de donner de la largeur au PCB. En observant un PCB sous un angle latéral, on constate que la couche la plus épaisse est le substrat.
Traditionnellement, les PCB étaient fabriqués avec un substrat en fibre de verre, qui est rigide. Aujourd’hui, vous pouvez trouver des matériaux de substrat flexibles. De nombreux matériaux peuvent l’être, mais une option standard consiste à utiliser un plastique spécial pour le substrat, qui peut tolérer des températures élevées.
Le matériau utilisé pour fabriquer le substrat est généralement étalé ; le fabricant le trempe ensuite ou le pulvérise avec de la résine époxy. Ensuite, le matériau est laminé pour obtenir l’épaisseur souhaitée, tout comme on roule une pâte à tarte avec un rouleau à pâtisserie.
Les rouleaux cessent de rouler lorsque le substrat atteint l’épaisseur souhaitée et passe à l’étape suivante. Le substrat est alors placé dans le four pour qu’il devienne solide et ferme en durcissant. Une fois cette étape terminée, vous avez créé la toute première couche de votre PCB.
2. Les couches de cuivre
Les couches de cuivre sont essentielles pour transporter l’électricité à travers votre PCB. En fonction de leur objectif, les PCB ont un design simple ou complexe. Outre la couche de base du substrat, les couches de cuivre sont un autre composant essentiel.
Votre PCB est livré avec une seule couche de cuivre appliquée sur le dessus ou deux couches sur les deux côtés du substrat. Le PCB peut également comporter de nombreuses couches avec d’autres cuivre et substrat. Certains PCB utilisés dans les appareils de pointe ou les smartphones comportent plus de 12 ou 16 couches de cuivre.
Les couches de cuivre sont beaucoup moins larges que les couches de substrat, et vous n’aurez pas d’électricité circulant dans votre circuit si elles sont absentes.
Le fabricant peut utiliser une combinaison de différentes méthodes pour coller le cuivre à la surface du substrat. Toutes les méthodes standard impliquent l’utilisation de chaleur, de pression et d’adhésif afin que les couches de cuivre soient fermement fixées sur le substrat. Vous pouvez faire percer votre PCB après avoir collé le cuivre au substrat.
Pour que votre appareil fonctionne, le circuit imprimé doit transmettre la charge aux bons endroits d’une couche à l’autre de la carte.
Vous devrez créer des trous appelés « via » pour que la charge puisse circuler.
Le fabricant dispose de plusieurs options pour percer les trous sur le PCB et peut utiliser un laser CO2, un laser UV ou un autre équipement.
La précision et l’efficacité de la perceuse déterminent la précision et la complexité du PCB.
Vous devez nettoyer les trous de tout débris ou de tout matériau qui pourrait avoir été laissé derrière vous après le processus de perçage. Ils peuvent également être ébavurés pour éliminer tout matériau supplémentaire qui s’accroche au PCB. Ensuite, les côtés intérieurs des vias sont recouverts de cuivre pour transporter la charge d’une couche du circuit imprimé à l’autre.
Ensuite, il faut imprimer le motif du circuit sur le PCB. Le fabricant peut déployer le cuivre en suivant précisément le dessin pour obtenir le chemin sur la carte. Sinon, il peut appliquer le cuivre sur l’ensemble de la carte, puis retirer le cuivre pour graver le motif du circuit.
Le circuit imprimé peut être soumis à un bain alcalin pour éliminer tout cuivre superflu.
Ce que vous devez ajouter maintenant, ce sont les autres composants tels que les transistors, les condensateurs ou les LED sur le PCB. Vous pouvez souder les pièces sur le PCB à l’aide d’un fer à souder. Avant d’ajouter les éléments, le PCB est soumis à une succession de tests électriques à l’aide d’un testeur de grille ou d’une sonde volante pour s’assurer qu’il n’y a pas de court-circuit ou de connexion ouverte.
Votre fabricant peut également utiliser une machine pour pomper les pièces sur votre PCB.
Image 5 : Motifs en cuivre
3. Le masque de soudure final
Les métaux qui restent exposés sur le circuit imprimé ont une chance d’être endommagés. La nature du cuivre est de rouiller, ce qui rendra votre circuit imprimé inutile. Vous pouvez protéger adéquatement le placage de cuivre et les autres composants du circuit imprimé en ajoutant une couche de protection supplémentaire par-dessus.
En général, les fabricants utilisent de l’or, du nickel ou de l’étain-plomb pour plaquer certaines parties vulnérables du circuit imprimé. Pour couronner le tout, le fabricant ajoute une autre couche appelée masque de soudure.
La couleur verte que vous voyez sur les PCB est due à l’application de la couche de masque de soudure ; le masque de soudure a également d’autres fonctions : en plus de couvrir et de protéger toutes les parties métalliques qui n’ont pas besoin de former une connexion avec quoi que ce soit, la couche de masque de soudure garantit également que le courant circule aux bons endroits en suivant des chemins absolus.
Parfois, vous pouvez également trouver une couche de sérigraphie sur le masque de soudure utilisée pour graver des étiquettes sur les pièces nécessaires.
Une fois que tout est terminé, le fabricant coupe et élimine tout matériau supplémentaire ou toute pièce inutile qui n’est pas requise dans votre circuit imprimé.
Image 6 : Masque de soudure vert
5、Conclusion
Les circuits imprimés peuvent être difficiles à créer, notamment parce que de nombreux facteurs entrent en jeu. Par exemple, vous devez vous assurer d’utiliser du cuivre et d’utiliser la soudure appropriée. Savoir de quoi sont faits les circuits imprimés pourrait vous aider à voir le circuit imprimé dont vous avez besoin pour votre entreprise.
La création de cartes de circuits imprimés nécessite des connaissances spécialisées et un équipement de précision. Il serait utile de faire appel à un fabricant fiable et expérimenté, capable de fabriquer des cartes de circuits imprimés avec précision en suivant vos spécifications. Contactez-nous pour une fabrication sur mesure de cartes de circuits imprimés afin de donner vie à votre projet !
