Qu'est-ce qu'un circuit imprimé ? Signification et types

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Actuellement, les circuits imprimés constituent la quasi-totalité des appareils électroniques. Le terme “circuit imprimé” est l'abréviation de "printed circuit board". En servant de base solide aux nouvelles technologies électroniques actuelles, toutes les petites pièces capables de faire fonctionner un appareil se fixeront à ce matériau d'une manière ou d'une autre, et ce matériau créera ainsi les voies électriques nécessaires pour que ces petites pièces communiquent entre elles.

Le PCB et ses utilisations

Le PCB est une carte plate non conductrice fabriquée à partir d'un matériau non conducteur qui contient physiquement les composants. Sur cette carte, il y a une série de minces fils de cuivre appelés traces qui transfèrent les signaux électriques d'un composant à l'autre, de la même manière que les fils transmettent les signaux.

S'il n'y avait pas de PCB, la connexion de tous ces composants individuels créerait des milliers de faisceaux de câbles indépendants ; la production à grande échelle serait donc impossible et non fiable.

Un circuit imprimé résout deux problèmes majeurs :

1. Le montage physique du composant se fera à un endroit spécifique pour faciliter l'assemblage systématique des composants et l'extensibilité de la fabrication.
2. Les traces de cuivre constituent un circuit électrique établi et stable qui permet un transfert électrique cohérent et fiable.

Une carte de circuit imprimé complète, sur laquelle toutes les pièces électroniques ont été soudées, est appelée assemblage de circuits imprimés. Par conséquent, la différence entre le PCB et le PCBA est que le PCB est une carte de circuit imprimé nue et que le PCBA est la carte de circuit imprimé finie et entièrement fonctionnelle.

Comment fonctionne un circuit imprimé ?

Le rôle d'un PCB, ou circuit imprimé, est très simple mais très important : il s'agit de diriger l'énergie à travers les différentes parties du circuit.

La première étape du processus est la conception, c'est-à-dire un schéma du circuit qui indique l'emplacement de chaque pièce et la manière dont l'électricité circulera à travers chacune d'entre elles. Le circuit imprimé lui-même est souvent fabriqué à partir d'un type de composite en fibre de verre appelé FR-4, qui ne conduit pas l'électricité afin d'éviter que les signaux électriques circulant à travers chaque trace n'interfèrent les uns avec les autres.

Conseil : FR-4 est l'abréviation de “Flame Retardant 4”.

Généralement, le circuit imprimé est assemblé en y connectant les composants par soudure. La soudure est un alliage métallique qui fond facilement, formant une connexion électrique et mécanique solide entre les fils des composants et les pastilles du circuit imprimé.

Lorsque l'appareil est alimenté, le circuit imprimé envoie l'électricité à tous les composants par l'intermédiaire de ses pistes, et envoie en même temps des signaux de données par l'intermédiaire de différentes pistes pour fournir aux composants les instructions nécessaires à leur fonctionnement. C'est cette organisation du flux d'électricité qui rend les appareils modernes si fiables et si abordables.

Quels sont les composants d'un circuit imprimé ?

Bien que les circuits imprimés aient l'air identiques, ils sont en fait constitués de plusieurs couches, pressées ensemble pour créer un seul panneau. Les couches suivantes constituent ce que nous appelons un circuit imprimé :

Substrat : Il s'agit de la partie principale d'un circuit imprimé et constitue généralement la plus grande surface du circuit. Généralement fabriqué en matériau FR-4, il sert de structure, assure l'isolation électrique et est ignifugé.

Couche de cuivre : Chaque circuit imprimé possède une couche de cuivre constituée de fines feuilles de cuivre laminées sur le dessus et/ou le dessous du substrat. Les circuits imprimés à couches multiples comportent des couches de cuivre séparées par des couches de substrat, le cuivre étant gravé pour ne laisser que le motif du circuit utilisé pour définir les chemins et les points du circuit.

Masque de soudure : le masque de soudure est appliqué sur une couche de cuivre et fabriqué à l'aide d'un revêtement polymère. Le masque de soudure empêche l'oxydation du cuivre et les “ponts de soudure”, c'est-à-dire une connexion électrique involontaire entre deux points.

La sérigraphie. La couche de sérigraphie est le plus souvent imprimée à l'encre blanche ; elle sert de référence aux ingénieurs et aux assembleurs pour localiser les différents composants sur les circuits imprimés.

Quels sont les types de PCB ?

Les PCB sont classés principalement en fonction du nombre de couches et de leur rigidité.

Il est classé par couches.

Simple face - Il s'agit du type le plus simple et le moins cher. Les composants et les traces se trouvent sur une seule face du circuit imprimé. Ce type de circuit est utilisé dans des appareils tels que les calculatrices.

Double face - Ce type de circuit comporte des traces de cuivre sur les deux faces du circuit imprimé. Les deux faces sont reliées entre elles par des trous plaqués appelés vias. Ce type de circuit est généralement utilisé dans les commandes industrielles et les circuits d'alimentation.

Trois couches - Utilisé dans les smartphones et les ordinateurs portables. Ce type de circuit est constitué de trois couches de cuivre ou plus qui ont été laminées ensemble pour permettre la densification et l'acheminement complexe des signaux.

Il est classé en fonction de sa rigidité.

Rigide - Fabriqué à partir de matériaux solides, tels que le FR-4. Les rigides ne peuvent pas se plier. Les cartes mères d'ordinateurs en sont un bon exemple.

Circuit flexible - Construit sur un film plastique flexible. Les circuits flexibles peuvent être pliés ou courbés pour s'adapter à des endroits tels que les appareils photo et les vêtements.

Circuit rigide-flexible - Combinaison hybride d'une queue flexible reliant des cartes rigides. Cette combinaison élimine l'utilisation de connecteurs et de câbles lourds et est idéale pour les applications aérospatiales et militaires.

Le processus de conception et de fabrication des circuits imprimés

La création de circuits imprimés fonctionnels nécessite trois étapes essentielles : la conception, la fabrication et l'assemblage.

Au cours de la phase de schématisation, les ingénieurs conçoivent un diagramme logique et définissent le fonctionnement de tous les circuits et connexions d'une carte de circuit imprimé à l'aide d'un logiciel de CAO.

Au stade de l'agencement physique, les concepteurs placent les empreintes numériques sur le circuit imprimé, puis tracent les pistes pour les relier entre elles sans qu'elles n'interfèrent.

Dans le cadre du processus de conception, Contrôle des règles de conception sont effectuées pour valider que la conception répond aux capacités de fabrication requises pour éviter que la carte de circuit imprimé ne tombe en panne à cause de composants hors spécifications.

Fichiers Gerber sont exportés du logiciel de CAO. Les fichiers Gerber contiennent toutes les données nécessaires à l'usine pour fabriquer un PCB, y compris les couches de cuivre, le masque de soudure, etc.

Une fois que l'usine a reçu les fichiers Gerber, elle entame le processus de fabrication en découpant un substrat pour un circuit imprimé, en perçant les trous et en gravant les motifs en cuivre à l'aide d'une résine photosensible et d'une lumière ultraviolette.

Après la fabrication du circuit imprimé nu, l'assemblage commence. Les machines Pick-and-Place placent automatiquement les dispositifs de montage en surface sur les plots. Ensuite, les circuits imprimés passent par les machines de montage en surface. soudure par refusion. La chaleur produite par la refusion fait fondre la pâte à braser pour fixer de manière permanente les composants CMS sur le circuit imprimé.

Enfin, avant d'être expédiées aux clients, les cartes terminées sont testées électriquement à l'aide de sondes pour s'assurer qu'il n'y a pas de circuits ouverts ou de courts-circuits.

Où les PCB sont-ils utilisés ?

Les PCB sont présents dans presque tous les produit électronique, avec des applications dans l'industrie et dans la vie quotidienne.

• Electronique grand public: Les circuits imprimés multicouches denses alimentent les ordinateurs portables, les smartphones et les appareils domestiques intelligents ; l'innovation en matière de circuits imprimés permet d'obtenir des gadgets plus petits et plus puissants.
• Ordinateurs et fournitures de bureau: Les cartes mères des ordinateurs de bureau et les équipements de bureau reposent sur des circuits imprimés.
• Secteur automobile: Un utilisateur de circuits imprimés en forte croissance : les calculateurs des voitures modernes dépendent des circuits imprimés. Les systèmes avancés d'aide à la conduite et les véhicules électriques stimulent la demande de circuits imprimés robustes de qualité automobile.
• Applications industrielles: Les circuits imprimés durables prennent en charge les systèmes de contrôle de la fabrication, la robotique et les technologies intersectorielles (par ex, détection de la composition des engrais ). Ils résistent aux conditions difficiles.
• Domaine médical: Les circuits imprimés spécialisés permettent d'obtenir des dispositifs fiables, souvent en utilisant des conceptions compactes rigides et flexibles.
• Militaire/aérospatial: Les circuits imprimés de pointe fonctionnent parfaitement dans des environnements extrêmes et représentent une technologie de pointe en matière de circuits imprimés.

Conclusion

Les circuits imprimés sont un élément technologique simple mais incroyablement important et puissant. L'utilisation des circuits imprimés prend de nombreuses formes, des simples circuits imprimés à une face aux circuits imprimés plus complexes, rigides et flexibles, qui fournissent un support structurel et les voies électriques qui alimentent notre monde. Les circuits imprimés sont également à la base d'une grande partie de la technologie dont nous disposons aujourd'hui dans les ordinateurs, les appareils mobiles et les automobiles.

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