Printed Circuit Board（PCB）

Qu'est-ce que le PCB ?

Un circuit imprimé (PCB) est le composant de base de l'équipement électronique moderne, comme le squelette du corps humain qui supporte tous les composants électroniques. Il se compose d'un substrat isolé, de lignes de feuilles de cuivre et de diverses couches de protection, fabriquées par le biais d'un processus d'impression et de gravure. Il supporte non seulement les divers composants électroniques, mais il est également responsable de la signalisation entre eux.
Qu'il s'agisse de notre utilisation quotidienne de téléphones portables, d'ordinateurs, d'appareils électroménagers, de voitures, d'équipements médicaux ou même de satellites spatiaux, presque tous les produits chargés d'électricité ne peuvent être séparés du circuit imprimé.Imaginez qu'il n'y ait pas de circuit imprimé, nos appareils électroniques auront besoin d'un grand nombre de connexions filaires désordonnées, non seulement le volume est énorme, mais la fiabilité est extrêmement faible, nos smartphones pourraient avoir besoin d'une valise aussi grande que pour contenir tous les fils de connexion.

L'évolution du PCB

Chronologie du développement de la technologie des PCB

1925

• Le concept a germé: L'Américain Charles Ducas imprime pour la première fois des circuits sur des substrats isolés.

1936

• Première application pratique: L'Autrichien Paul Eisler a utilisé des circuits imprimés dans des radios.

1940s–1950s

• Militaire &amp ; Commercialisation: La Seconde Guerre mondiale a accéléré le développement des PCB à des fins militaires.
• Technologie grand public: Les circuits imprimés à panneau unique deviennent prédominants.

1960s

• La course à l'espace: Le programme Apollo a permis de faire progresser le PCB.
• Production de masse: Les panneaux double face entrent dans la production à grande échelle.

1970s

• L'essor des circuits imprimés multicouches: Des conceptions plus complexes ont permis d'augmenter la densité des circuits.

1980s

• Technologie de montage en surface (SMT)Remplace l'insertion traditionnelle dans les trous de passage.
• Révolution PC: Demande croissante de circuits imprimés en raison des ordinateurs personnels.

1990s

• Emballage avancé: Apparition de la technologie Ball Grid Array (BGA).

21e siècle

• Haute densité &amp ; Flexibilité:
• HDI (Interconnexion haute densité): Activation des circuits plus fins.
• Circuits imprimés souplesApplications élargies dans les appareils portables et les appareils compacts.

Today’s Precision

• Largeur de ligneAussi fin que 0,05 mm (half a human hair’s diameter).
• Cartes multicouches: Jusqu'à 30+ couches.
• Micro-Vias: Diamètre des trous de passage aussi petit que 0,1 mm.

Types courants de PCB

1. Se distinguent par leur structure

PCB rigide
Caractéristiques : solide et durable, aussi solide que les fondations d'un bâtiment
Avantage : Abordable, technologie de production mature
Utilisé dans les produits électroniques fixes qui ne nécessitent pas d'être pliés, tels que les cartes mères des ordinateurs de bureau, les cartes de contrôle des téléviseurs et les climatiseurs.
Circuit imprimé flexible
Caractéristiques : mince et flexible, peut être plié et replié
Avantage : gain de place, adaptation aux formes spéciales
S'applique aux produits qui doivent être pliés ou qui ont des contraintes d'espace, tels que les connexions internes des smartphones, les circuits des smartwatches et les dispositifs portables.
Panneau rigide-flexible
Caractéristiques : à la fois la solidité de la zone rigide et la flexibilité de la zone souple
Avantage : conception intégrée pour une plus grande fiabilité
Appliqué aux produits présentant des exigences élevées en matière d'espace et de fiabilité, tels que les modules de caméra haut de gamme, les systèmes de commande de vol des drones et les endoscopes médicaux.

2.Distinguer par couches

Panneau unique
Caractéristiques : un seul côté comporte des lignes et la structure est la plus simple.
Avantage : coût le plus bas, production la plus rapide
S'applique aux produits électroniques simples et bas de gamme, tels que les jouets électroniques simples, les cartes de contrôle des lumières LED, les horloges électroniques de base et les montres.
Panneau double face
Caractéristiques : câblage à l'avant et à l'arrière, connecté par de petits trous
Avantage : abordable et suffisamment fonctionnel
S'applique à la plupart des produits électroniques courants, tels que les contrôleurs de maisons intelligentes, les circuits d'appareils électroménagers courants et les modules électroniques de base des automobiles.
Carte multicouche
Caractéristiques : comme un sandwich avec plusieurs couches de circuits.
Avantage : grand espace de câblage, forte capacité anti-interférence
Appliqué à la fonctionnalité complexe des équipements professionnels, tels que les cartes mères d'ordinateurs, les équipements de contrôle industriel et les stations de base de communication.
Carte HDI
Caractéristiques : lignes extrêmement fines, haute densité
Avantage : petite taille, performances élevées
Utilisé dans la fabrication de produits électroniques haut de gamme fins et légers, tels que les cartes mères de smartphones, les ordinateurs portables ultrafins et les appareils photo numériques haut de gamme.

3.Comment choisir le bon type de PCB ?

1. Panneaux simple/double face pour les budgets limités.
2. Nécessité d'infléchir la sélection des panneaux flexibles
3. Une fonction complexe choisit une carte multicouche
4. La recherche d'un choix de cartes HDI fines et légères

Les composants de base d'un PCB

Un circuit imprimé complet est comme un gâteau multicouche bien conçu :
1. couche de base
Matériaux couramment utilisés : Plaque de fibre de verre FR4 (similaire au plastique renforcé), les produits électroniques ordinaires choisissent le FR4, les besoins spéciaux peuvent être considérés comme des substrats métalliques ou céramiques.
Rôle : fournir un support solide, isolant, non conducteur pour éviter les courts-circuits, soudage à haute température sans déformation.
2. couche conductrice (ligne de feuilles de cuivre)
Processus de production : formation de circuits de précision par gravure chimique, plus la ligne est large, plus le courant peut passer.
Rôle : excellente conductivité (la deuxième après celle de l'argent), l'épaisseur ne représente généralement qu'un tiers du diamètre de la racine du cheveu et la largeur de la ligne peut être aussi faible que 0,1 mm.
3. masque de soudure
Couleurs courantes : vert (90 %), mais aussi bleu/rouge/noir, etc. Le vert s'est imposé parce que l'armée avait initialement spécifié la couleur standard.
Rôle : éviter les courts-circuits lors de la soudure, protéger les fils de cuivre de la corrosion, fournir une couche d'isolation protectrice.
4. couche de caractères
Instructions relatives à la carte de circuit imprimé : numéro du composant (tel que R1, C2), marquage de la polarité (+ / &#8211 ; pôle), logo du fabricant et informations relatives à la production.
Rôle : faciliter l'assemblage et l'entretien, fournir des avertissements de sécurité et enregistrer des informations sur le produit.
Traitement de surface
Procédés courants : pulvérisation d'étain (le plus économique), immersion dans l'or (haute fiabilité), placage d'or (produits haut de gamme).
Fonction : Prévenir l'oxydation de la feuille de cuivre, améliorer les performances de soudure et prolonger la durée de vie de la carte.

Le rôle du PCB

1.Support mécanique
PCB pour tous les types de composants électroniques afin de fournir une plate-forme de montage solide, permettant de fixer fermement les puces, les résistances, les condensateurs et d'autres composants, de maintenir la position relative précise entre les composants, ainsi que de résister aux vibrations et aux chocs de l'utilisation quotidienne.
Exemple typique : les cartes mères des smartphones doivent pouvoir résister à des centaines de tests de chute.
2.Connexions électriques
Les lignes recouvertes de cuivre sur le circuit imprimé sont comme un réseau routier urbain, reliant des centaines de composants pour assurer une transmission efficace des signaux, avec une division claire du travail entre les différentes lignes (transmission d'énergie, communication de données, etc.). Le câblage d'un circuit imprimé de téléphone portable moderne peut atteindre plusieurs kilomètres de long s'il est déplié.
3. protection de l'isolation
Le circuit imprimé, grâce à une conception soignée, permet d'éviter la confusion des circuits, la disposition raisonnable peut empêcher les signaux d'interférer entre eux (diaphonie), et le masque de soudure peut isoler efficacement les lignes adjacentes afin d'éviter les courts-circuits. Pour les zones dangereuses à haute tension, il est également nécessaire de disposer d'une solution spéciale.
Cas typique : tableaux de commande d'appareils électroménagers pour garantir la sécurité d'utilisation pendant plus de dix ans

Avantages des circuits imprimés par rapport au câblage manuel

1. avantages en termes de volume et de poids
Les circuits imprimés modernes permettent d'économiser beaucoup d'espace : à l'origine, les circuits imprimés devaient avoir la taille d'une boîte à chaussures et le câblage manuel était condensé à la taille d'une carte de crédit ; les lignes des circuits imprimés remplacent les centaines de fils indépendants, ce qui réduit considérablement le poids. Sur cette base, ils peuvent contribuer à la conception de produits électroniques plus fins et plus à la mode.
2. avantages de la fiabilité et de la cohérence
Le taux de défaillance des circuits imprimés a été réduit à seulement 1/100 du câblage manuel, la machine a mis en place le programme, la production de masse, chaque circuit imprimé est aussi précis qu'une réplique, et la durabilité est extrêmement forte, même s'il est soumis à plus de 1 000 tests d'insertion et de retrait, il n'y a pas trop d'impact, de sorte que les produits électroniques sont plus durables, le taux de maintenance a chuté de façon spectaculaire, et des économies ont été réalisées.
3. avantages en termes d'efficacité de la production
En termes de vitesse de production, un ensemble de monteurs automatiques peut réaliser l'installation précise de plus de 50 000 composants par heure, et le coût n'est que de 1/10 de celui d'un travail manuel, voire moins. Après l'achèvement de chaque processus, il sera automatisé par le biais d'une variété d'équipements de test, afin de garantir que chaque pièce du circuit imprimé est sans défaut.

Processus de fabrication de base

1.Graphique Transfert
The essence of the process: the circuit diagram designed by the engineer is precisely “copied” onto the copper foil.
Points forts de la technologie : semblable à l'impression photo, mais cent fois plus fine, l'utilisation de la technologie de la photolithographie permet d'atteindre une précision de l'ordre du micron, ce qui détermine la précision du circuit final.
2. le processus de gravure
Principe de fonctionnement : Dissoudre le cuivre indésirable avec une potion spéciale.
Points du processus :Enlever l'excès de feuille de cuivre avec une potion spéciale et conserver le circuit conçu.
3. technologie de laminage
Caractéristiques du procédé : S'assurer que les couches sont parfaitement alignées, puis coller les matériaux multicouches à haute température et sous pression.
Valeur de l'application :Réaliser des circuits multicouches complexes et améliorer la fiabilité des produits.
4. technologie de forage
Évolution technologique : perçage mécanique (0,2 mm), perçage au laser (0,02 mm)
Avancée du processus : précision de positionnement extrêmement élevée, possibilité de percer des centaines de trous dans une zone de la taille d'un ongle, et garantie que la paroi du trou est lisse et sans bavure.
5. traitement de surface
Procédés courants : étain par pulvérisation (le plus économique), or par immersion (haute performance), plaqué or (produits haut de gamme).
Rôle essentiel : assurer une bonne soudabilité, protéger la couche de cuivre de la rouille, prolonger la durée de vie du produit.

Domaines d'application

Électronique grand public
Les circuits imprimés des smartphones sont des œuvres d'art, utilisant la technologie HDI et la conception d'interconnexion de couches arbitraires pour réaliser des fonctions complexes dans un espace de la taille d'un capuchon d'ongle. Les appareils domestiques intelligents accordent une plus grande attention au contrôle des coûts et à la fiabilité des circuits imprimés.
Applications électroniques automobiles
Unité de contrôle du moteur (ECU), systèmes d'infodivertissement embarqués, systèmes avancés d'aide à la conduite ADAS, systèmes de gestion de la batterie des véhicules électriques, etc.
PCB de qualité industrielle
Capacité de fonctionnement à température élevée, grande durabilité (anti-vibration, anti-corrosion), stabilité de l'approvisionnement à long terme (plus de 10 ans).
Équipement médical PCB
Très haute fiabilité (équipements de survie), conception à faible bruit (instruments d'essai de précision), etc.

Tendances futures du développement des PCB

Comme les produits électroniques continuent de se miniaturiser et de devenir intelligents, la technologie des circuits imprimés continue également d'innover, le besoin de lignes plus fines pour s'adapter aux micro-composants, une unité de surface plus dense pour accueillir plus de fonctionnalités, en accord avec les normes environnementales telles que RoHS, une conception plus intelligente, des capteurs intégrés, et d'autres nouvelles caractéristiques.
Des premières cartes monocouches aux cartes d&#8217interconnexion à haute densité d&#8217aujourd&#8217hui, la technologie des circuits imprimés a toujours été le moteur du développement de l&#8217industrie électronique. Les circuits imprimés continueront à jouer un rôle irremplaçable à l'ère de l'intelligence. Que vous soyez un consommateur ordinaire ou un ingénieur, comprendre les bases des circuits imprimés vous aidera à mieux utiliser et entretenir les appareils électroniques.