PCB doska
Carte de circuits imprimés (abr. CCI, angl. printed circuit board, abr. PCB; autres noms voir ci-dessous) est carte formée d'un substrat non conducteur, sur lequel, sur la base du schéma d'interconnexion d'un circuit particulier, sont créés des connexions conductrices reliant les différents composants électroniques. Elle sert d'élément porteur et de structure pour les circuits électroniques composés de plusieurs composants électroniques distincts.
Noms
En général, on trouve ces noms :
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Il semble que les noms les plus fréquents soient « carte de circuits imprimés » et « carte avec circuits imprimés ».
Types
Les CCI se divisent selon le nombre de couches en monocouches, bicouches (double face) et multicouches. Les CCI monocouches sont les plus simples, car elles n'ont pas besoin de connexions conductrices entre les différentes couches. Les CCI bicouches contiennent des connexions sur les deux côtés du matériau de base, les connexions entre elles sont formées par des trous traversants (appelés via). Les CCI multicouches contiennent des couches conductrices également à l'intérieur du matériau et sont fabriquées en assemblant plusieurs CCI monocouches et bicouches avec des couches isolantes intermédiaires. Bien qu'elles soient technologiquement plus exigeantes, les CCI multicouches permettent un design plus simple des circuits électroniques complexes et de meilleures propriétés des circuits (par exemple, la réduction des perturbations).
Histoire du développement des CCI
L'inventeur de la carte de circuits imprimés fut l'ingénieur autrichien Paul Eisler, qui la fabriqua comme partie d'un récepteur radio lors de son travail en Angleterre. Environ en 1943, aux États-Unis, cette technologie commença à être utilisée à grande échelle pour la production de radios résistantes utilisées pendant la Seconde Guerre mondiale. Après la guerre, en 1948, aux États-Unis, l'invention des CCI fut rendue publique pour des utilisations commerciales. Les cartes de circuits imprimés ne devinrent cependant pas une évidence dans l'électronique grand public qu'au cours des années 1950, lorsque l'Armée des États-Unis développa un processus d'installation automatique de ces cartes. L'invention des CCI fut précédée d'une technique similaire inventée par l'ingénieur britannique en électrotechnique John Adolph Sargrove (nom original Szabadi). Il s'agissait d'un métal pulvérisé sur une plaque isolante en bakélite. L'équipement utilisant la technologie de Sargrove, initialement nommé Electronic Circuit Making Equipment – ECME (en traduction, équipement de fabrication de circuits électroniques), permettait de produire 3 radios par minute.
Construction
Les couches conductrices des CCI sont habituellement fabriquées à partir d'une fine feuille de cuivre (épaisseur de quelques dizaines de μm). Les couches isolantes sont une combinaison de stratifié et de résine époxyde (généralement 1,5 mm). Les cartes de circuits imprimés sont fabriquées en trois couleurs standards, à savoir verte, bleue et rouge. Selon les exigences du circuit électronique, on peut choisir parmi plusieurs matériaux diélectriques ayant des propriétés isolantes différentes. Des exemples de tels matériaux sont : le polytétrafluoroéthylène (Téflon), le papier de coton avec phénol FR-2, le papier de coton avec époxyde FR-3, le tissu de fibres de verre avec époxyde FR-5 et le polyester de verre FR-6. La propriété la plus importante des CCI est l'expansion thermique, qui détermine leur stabilité dimensionnelle. Les CCI fabriquées à base de fibres de verre ont la plus faible expansion thermique et donc les meilleures propriétés.
Aujourd'hui, les CCI contiennent également des dispositifs électroniques simples. En raison de la production en masse actuelle des cartes de circuits imprimés, leur prix est très bas et leur fiabilité est plus qu'acceptable. Cependant, la conception et la fabrication des CCI ne sont pas des opérations bon marché, mais en utilisant des technologies appropriées, le fabricant peut atteindre un coût de production négligeable par rapport au prix des composants électroniques utilisés. Les CCI ont, par rapport aux constructions avec des connexions par fils ou aux constructions point-à-point, un nombre infini d'avantages malgré la complexité de la fabrication des CCI. La principale raison de l'utilisation des CCI est la possibilité d'une automatisation totale de la production des appareils électroniques. Pour les besoins du contrôle de la qualité et de l'installation des CCI, des normes sont établies par l'organisation IPC.
Conception du motif
Le motif des pistes conductrices est généralement créé à l'aide de logiciels spécialisés CAD sur la base d'un croquis du circuit électrique dessiné généralement dans le même programme. Le motif est ensuite transféré sur une feuille transparente, qui sert de modèle pour la fabrication des CCI.
Traitement
Lors de la fabrication d'une CCI double face, la plaque est d'abord perforee sur une perceuse à commande numérique (CNC) sur la base du motif conçu, puis une fine couche de métal est appliquée chimiquement dans les trous percés, qui est ensuite épaissie électrochimiquement.
La méthode de fabrication des connexions conductrices sur la carte de circuits imprimés dépend principalement du fait qu'il s'agisse d'une production en masse ou qu'elles soient utilisées pour la construction d'un appareil unique, par exemple d'un prototype ou d'un produit amateur.
Initialement, on peut diviser les technologies de fabrication en deux bases. La première est l'application (impression) des connexions conductrices sur la couche isolante. La deuxième méthode est l'élimination d'une partie de la couche continue de feuille de cuivre mince collée sur le support isolant. Aujourd'hui, la deuxième des méthodes mentionnées est plus fréquemment utilisée. Le motif des pistes est transféré sur la CCI par lithographie photographique : la CCI est recouverte de résist photo, exposée à la lumière UV à travers une feuille avec motif, en veillant évidemment à l'alignement avec les trous percés et à l'alignement des deux côtés, le résist photo est développé, puis les parties découvertes de la feuille de cuivre sont gravées. Après l'élimination des résidus de résist photo, les surfaces conductrices en cuivre sont recouvertes (par du étain ou de l'or) afin d'éviter l'oxydation du cuivre, ce qui rendrait difficile ou impossible l'installation ultérieure (le soudage) des composants. Ensuite, une couverture non soudable est appliquée et façonnée, qui recouvre les endroits qui ne seront pas soudés et empêche l'accès du soudage à ces endroits. Enfin, la CCI peut être imprimée par sérigraphie avec des textes et des croquis d'aide, qui facilitent l'installation de la carte et la réparation du circuit.
Une autre possibilité pour créer une couverture est la sérigraphie, qui utilise des encres résistantes, pour protéger les connexions conductrices souhaitées contre la gravure. La sérigraphie peut également être utilisée avec la méthode d'application des connexions conductrices sur un support isolant flexible, ce qui est utilisé principalement pour la fabrication de CCI flexibles ou de câbles mobiles.
Une autre méthode est le fraisage, par lequel on élimine la partie inutile de la feuille de cuivre appliquée sur le support isolant. Dans ce cas, il n'est pas nécessaire de recouvrir la plaque d'une couverture. En utilisant un logiciel approprié, on crée un motif de circuit imprimé (une couverture) et à l'aide d'un dispositif de fraisage similaire à un plotter (CNC dispositif), on retire systématiquement le cuivre inutile de la plaque.
Caractéristiques particulières
Les CCI flexibles n'ont pas comme couche portante une couche flexible, mais une feuille plastique rigide. Elles sont souvent utilisées comme alimentation mobile (par exemple, vers la tête d'impression mobile d'une imprimante informatique) ou dans des appareils à espace limité (où elles peuvent être façonnées même en petit volume).
Pour les appareils à haute fréquence et micro-ondes, les CCI sont fabriquées à partir de matériaux avec des pertes diélectriques plus faibles à haute fréquence, par exemple Téflon ou synthétique corindon (Al2O3).
Dans les appareils très bon marché de l'électronique grand public, le matériau de base est généralement un stratifié contenant papier au lieu d'un tissu de verre, utilisé exclusivement pour les CCI monocouches.