▷ Qu'est-ce qu'un PCB ou une carte de circuit imprimé. utiliser, comment il est fait

Avez-vous déjà entendu le terme PCB ou carte de circuit intégré ? Si vous ne savez pas ce que c'est, nous vous l'expliquerons dans cet article. En lisant cet article, vous êtes entouré de PCB; vous en avez plusieurs sur votre PC, moniteur, souris et aussi sur votre mobile. Chaque élément électronique est construit à l'aide d'un PCB, ou du moins de ses "organes internes".

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L'utilisation de PCB a été une étape géante dans l'évolution des appareils électroniques, car elle a fourni une méthode innovante pour connecter des éléments sans utiliser de câbles électriques. Le monde d'aujourd'hui ne serait pas le même sans l'invention des PCB, alors voyons ce qu'ils sont et comment ils sont fabriqués

Qu'est-ce qu'un PCB

PCB est l'acronyme de Printed Circuit Board, mais nous utilisons l'acronyme en anglais (Printed Circuit Board) afin de ne pas le confondre par exemple avec les slots PCI de notre PC.

Eh bien, un PCB est essentiellement un support physique où des composants électroniques et électriques sont installés et interconnectés entre eux. Ces composants peuvent être des puces, des condensateurs, des diodes, des résistances, des connecteurs, etc. Si vous regardez un ordinateur à l'intérieur, vous verrez qu'il y a plusieurs cartes plates avec beaucoup de composants collés dessus, c'est une carte mère et elle est composée d'un PCB et des composants que nous avons mentionnés

Pour connecter chaque élément sur un PCB, nous utilisons une série de pistes conductrices en cuivre extrêmement fines qui génèrent un rail, conducteur, comme s'il s'agissait d'un câble. Dans les circuits les plus simples, nous n'avons que des pistes conductrices sur un ou les deux côtés du PCB, mais dans les circuits plus complets, nous avons des pistes électriques et même des composants empilés en plusieurs couches.

Le support principal de ces rails et composants est une combinaison de fibre de verre renforcée de matériaux céramiques, de résines, de plastique et d'autres éléments non conducteurs. Bien que des composants tels que des pistes de peinture celluloïd et conductrice soient actuellement utilisés pour fabriquer des PCB flexibles.

Le premier circuit imprimé a été construit à la main par l'ingénieur Paul Eisler en 1936 pour être utilisé par une radio. À partir de là, les processus ont été automatisés pour une fabrication à grande échelle, d'abord avec des radios, puis avec toutes sortes de composants.

Que contient un PCB?

Les circuits imprimés sont constitués d'une série de couches conductrices, au moins les plus complexes. Chacune de ces couches conductrices est séparée par un matériau isolant appelé substrat. Des trous appelés vias sont utilisés pour connecter des pistes multicouches , qui peuvent traverser complètement le PCB ou aller jusqu'à une certaine profondeur.

Le substrat peut être de compositions différentes, mais toujours en matériaux non conducteurs afin que chacune des pistes électriques transporte son propre signal et sa tension. Le plus utilisé actuellement est le Pértinax, qui est essentiellement un papier recouvert de résine, très facile à manipuler et à usiner. Mais dans les équipements haute performance, un composé appelé FR-4 est utilisé, qui est un matériau en fibre de verre enduit de résine résistant au feu.

Les composants électroniques, quant à eux, iront presque toujours dans la zone externe des PCB, et installés des deux côtés, afin de profiter pleinement de leur extension. Avant de créer les pistes électriques, les différentes couches du PCB ne sont formées que par le substrat et quelques très fines feuilles de cuivre ou autre matériau conducteur, et ce sera à travers une machine similaire à une imprimante que celles-ci seront créées et à travers un processus équitable longue et complexe.

Processus de création de PCB

Nous savons déjà de quoi sont faites les cartes de circuits intégrés, mais il serait très intéressant de savoir comment elles sont fabriquées. De plus, nous pouvons créer nous-mêmes un circuit intégré de base en achetant l'une de ces cartes, mais bien sûr, le processus sera très différent de ce qui est réellement utilisé.

Conception de PCB à l'aide d'un logiciel

Tout commence par la conception du PCB, le traçage des pistes électriques nécessaires pour connecter les composants, ainsi que la liste du nombre de couches qui seront nécessaires pour pouvoir générer toutes les connexions qui seront nécessaires pour les composants.

Ce processus est effectué à l'aide d' un logiciel informatique FAO tel que TinyCAD ou DesignSpark PCB, largement utilisé dans les carrières d'ingénierie. Non seulement des pistes électriques sont conçues, mais diverses étiquettes sont également créées pour répertorier les composants installés et identifier chaque connecteur.

Toutes les étapes nécessaires du processus de développement seront documentées afin que le fabricant sache exactement quoi faire lorsque le projet vous est expédié.

Sérigraphie et mise en page photographique

Une fois conçu, nous passons maintenant le projet directement au fabricant et ce sera là que la création physique d'un PCB commencera. Le processus suivant est appelé traçage photographique, par lequel une machine semblable à une imprimante (photoplotter) trace un graphique avec les masques de connexion des éléments électroniques.

Pour cela, une fine feuille de métal conducteur d'environ 7 millièmes de pouce est utilisée. Ces masques serviront plus tard à déterminer où les composants électroniques sont collés. Dans les processus plus avancés, ce processus se fait directement sur le PCB avec une imprimante qui grave les masques de connexion avec ce métal.

Impression de la couche intérieure

La prochaine chose qui est faite est l' impression sur le PCB des différentes pistes électriques internes, avec un composé spécial. Cela implique de «peindre» un négatif des pistes électriques sur la feuille pour créer un motif conducteur avec un matériau de film photosensible ou sec. Eh bien, ce film qui a été créé est exposé à un laser ou à une lumière ultraviolette pour éliminer l'excès de matière et créer ainsi un négatif du circuit final.

Ce processus est effectué si le PCB a des couches internes avec des pistes conductrices. De plus, ce processus sera ensuite répété sur les couches externes du PCB pour créer les pistes de cuivre finales et selon la conception du circuit.

Inspection et vérification (AOI)

Une fois les différentes couches de pistes conductrices réalisées, une machine vérifiera qu'elles sont toutes correctes et fonctionnent bien. Cela se fait automatiquement en comparant la conception originale avec l'impression physique, pour rechercher des courts métrages ou des pistes cassées.

Film de rouille et laminage

Chacune des feuilles imprimées avec les pistes conductrices subit un traitement à l' oxyde pour améliorer les capacités et la durabilité des pistes en cuivre de chaque couche.

Grâce au procédé, la délamination des différentes couches et pistes conductrices sur des PCB particulièrement sensibles ou avec un grand nombre de composants tels que ceux des ordinateurs sera évitée.

La prochaine chose à faire est de construire le PCB final, pour cela chacune des couches du circuit sera jointe au moyen de feuilles de fibre de verre avec de la résine époxy, Pértinax ou toute autre méthode utilisée. Tout cela sera parfaitement collé au moyen d'une presse hydraulique et c'est ainsi que nous obtiendrons la carte de circuit intégré.

Perçage de trous

Dans toutes les occasions, nous allons devoir faire une série de trous dans les PCB en forant pour pouvoir joindre les différentes couches et pistes de cuivre. Nous aurons également besoin de perforations complètes pour pouvoir contenir des éléments électroniques ou différents connecteurs ou emplacements d'extension.

Le processus de perçage doit être extrêmement précis, afin de préserver l'intégrité du PCB, de sorte que les têtes en carbure de tungstène sont utilisées pour le matériau le plus dur qui existe.

Trous métalliques

Pour que ces trous établissent une communication avec les différentes pistes internes, un processus de placage avec un film mince de cuivre sera nécessaire pour fournir la conductivité nécessaire. Ces placages seront compris entre 40 et 60 millionièmes de pouce.

Le PCB est maintenant prêt à tracer les traces de cuivre sur ses faces externes.

Film de piste extérieur et galvanoplastie

Nous allons maintenant créer les pistes conductrices externes, et pour cela, nous suivrons la même procédure que pour créer les pistes internes. Nous créons d'abord le film sec comme négatif du circuit final. Ensuite, à l'aide d'un laser, les espaces où le cuivre va être déposé sont créés pour créer les pistes conductrices.

Ensuite, le PCB subira un processus de galvanoplastie, qui consiste à coller le cuivre dans les zones exemptes de feuille sèche et à former ainsi les pistes électriques du PCB. Le PCB est placé dans un bain de cuivre et sera électrolytiquement lié aux motifs conducteurs pour créer des pistes aussi petites que 0, 001 pouces.

Ensuite, une autre couche d'étain sera ajoutée au- dessus du cuivre pour protéger cette attaque chimique lorsque nous passerons au processus SES ou " strip-etch-strip"

Bande etch bande

C'est l'avant-dernière étape, l'excès de cuivre sera retiré du PCB, l'excès sera celui que nous n'avons pas plongé dans l'étain. De cette façon, seul le cuivre protégé par l'étain restera.

Par la suite il faut aussi retirer l'étain par un traitement chimique pour ne laisser finalement que les traces de cuivre qui seront finalement celles qui relieront les composants et transporteront l'électricité.

Maintenant, un autre processus AOI vérifiera que tout est correct pour enfin enregistrer le masque et la légende.

Masque de soudure et légende

Enfin, un masque de soudure sera appliqué sur la carte de circuit électronique afin que plus tard, il soit possible de souder correctement les composants sur les pistes et où ils devraient aller.

Ensuite, la légende composée est également imprimée, les informations que le concepteur a voulu fournir sur le PCB, telles que le nom des connecteurs, le code de l'élément, etc. De plus, la conception finale du PCB sera également faite avec les couleurs que le fabricant veut lui donner, comme on le voit dans les cartes mères de jeu, etc.

Soudage des composants et tests finaux

Le PCB est prêt et seuls les composants seront ajoutés au moyen de bras de robot de haute précision et des emplacements correspondants. De cette façon, la carte est prête à être testée électriquement et à vérifier qu'elle fonctionne correctement.

Nous ajouterons également les masques de connexion pour souder correctement ces éléments.

Conclusion et mots finaux

Eh bien, c'est tout ce qu'est un PCB et comment il est fabriqué. Comme vous pouvez le voir, le processus est assez complexe et nécessite de nombreuses étapes, nous devons garder à l'esprit que la précision doit être maximale pour que plus tard il fonctionne comme prévu.

Les PCB deviennent de plus en plus complexes, avec des pistes plus fines et plus denses, pour pouvoir abriter un très grand nombre de composants dans très peu d'espace.

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