Qu’est-ce qu’un circuit imprimé ?
Une carte de circuit imprimé (PCB) est un assemblage électronique qui utilise des conducteurs en cuivre pour créer des connexions électriques entre les composants et leur fournir un support mécanique. Les PCB sont constitués d'un matériau non conducteur sur lequel sont imprimées ou gravées des lignes conductrices. Les composants électroniques sont ensuite montés sur la carte et les traces connectent les composants pour former un circuit fonctionnel.
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Les PCB sont fabriqués en isolant la couche conductrice de la feuille de cuivre de surface à travers le matériau isolant de la base de la carte, ce qui permet au courant de circuler à travers divers composants le long d'un itinéraire préconçu, réalisant finalement des fonctions telles que la production d'énergie, l'amplification, l'atténuation, la modulation, la démodulation et codage.
Comprendre le fonctionnement d’un circuit imprimé doit commencer par sa composition. L'ensemble de la carte PCBA est composé de cartes nues et de composants, tels que des micropuces, des résistances, des condensateurs et des connecteurs. Les fabricants fixent les composants au PCB par montage par soudure ou par d'autres techniques. Prenons, par exemple, un PCB simple face, une carte comportant des composants électroniques et des fils sur un seul côté de la carte. Habituellement, nous montons les composants sur une carte non conductrice par la technologie d'assemblage SMT ou la technologie d'assemblage PCBA DIP et les connectons via de petits chemins appelés traces. Les traces permettent aux composants électriques de l'ensemble de la carte de fonctionner en les mettant sous tension. Tous les périphériques matériels ne sont pas directement montés sur le PCB ; les composants tels que les moniteurs et les caméras sont fixés au PCB via des connecteurs homologues et des câbles plats.
Le principe de fonctionnement des circuits imprimés double face et multicouches consiste à introduire du gaz de traitement (Ar, N2, O2, etc.) dans la liaison sous vide poussé, et le gaz est ionisé en plasma. Sous l’action du champ électrique, ces plasmas se déplacent respectivement vers le haut potentiel et le bas potentiel. Les groupes atomiques se déplaçant vers le faible potentiel bombardent la cible (cuivre), de sorte que les atomes de cuivre soient retirés du cuivre et finalement recouverts sur le substrat (FRP), c'est-à-dire le stratifié recouvert de cuivre. Il s'agit d'une méthode physique traditionnelle, qui présente les avantages de l'absence de pollution et d'une technologie mature. L’inconvénient est que l’efficacité est lente et le cycle long. Si vous souhaitez réaliser rapidement le processus de fabrication du PCB, vous pouvez poser le motif gravé à l'avance, puis former le PCB de la manière ci-dessus, et le trou intérieur de connexion peut également être plaqué de cuivre métallique pour le rendre métallisé.
Avantages des cartes de circuits imprimés
Une solution compacte
Un circuit imprimé peut contenir un certain nombre de pièces et d'éléments. Parce qu'ils utilisent des pistes en cuivre plutôt que des fils réels, cela permet d'obtenir les mêmes types de résultats sans utiliser de fils porteurs de courant. Les planches sont plus petites et moins encombrantes. C’est l’une des raisons pour lesquelles de nombreux types d’appareils électroniques sont plus petits qu’ils ne l’étaient dans le passé. Les PCB ont contribué à faire progresser la technologie de différentes manières. Il est désormais possible d'avoir des circuits très compliqués dans de très petits boîtiers.
Gain de temps et d'énergie
L’un des meilleurs avantages de l’utilisation des circuits imprimés est le temps qui peut être économisé. La connexion des composants prend traditionnellement beaucoup de temps, tandis que l'assemblage du circuit imprimé prendra beaucoup moins de temps une fois la conception terminée. La phase de conception est souvent celle qui prend le plus de temps avec les cartes de circuits imprimés, mais même cela peut être réduit en utilisant le bon type de logiciel pour sa création. AdvancedPCB fournit en fait aux clients un logiciel gratuit appelé PCB Artist. Il est facile et intuitif à utiliser et offre un moyen relativement simple de concevoir et de tester la carte de circuit imprimé avant de passer au reste du processus.
Pas de connexions lâches
Les connexions dans le circuit imprimé sont établies via les pistes de copie, et tant qu'elles ont été fabriquées correctement, vous n'aurez pas à faire face à des courts-circuits ou à des connexions desserrées. Comparez cela à d'autres méthodes utilisant de vrais fils, qui pourraient se détacher lorsque la carte bougeait. Dans certains cas, le fil lui-même peut présenter un problème de connexion. Tout cela peut être difficile à retracer et à localiser la source du problème réel. Avec les circuits imprimés, ces types de problèmes sont inexistants. S'il y a des problèmes avec la carte, elle a tendance à être facile à diagnostiquer et à réparer.
Une option fiable
Ce n’est pas un hasard si tant d’entreprises et de particuliers utilisent aujourd’hui des circuits imprimés. Il s'agit d'une solution fiable qui peut fonctionner pour un large éventail d'utilisations et de produits, petits et grands. Ils peuvent durer longtemps s’ils sont fabriqués correctement, ce qui donnera aux gens plus de confiance dans l’électronique qu’ils utilisent. Cela est vrai, qu’il s’agisse d’un téléphone, d’un ordinateur ou d’un équipement de qualité militaire utilisé dans un environnement peu indulgent.
Faibles coûts
Bien entendu, lorsqu’il s’agit de créer et de fabriquer divers types de produits électriques, le coût est très important. Heureusement, une fois que le circuit imprimé a été conçu et testé pour garantir son bon fonctionnement, la production en série est très abordable. Dans la plupart des cas, moins de composants sont utilisés, ce qui contribue à réduire les coûts à un niveau abordable pour la plupart des entreprises.
Types de cartes de circuits imprimés
En général, les planches peuvent être classées en trois catégories : rigides, flexibles ou à noyau métallique.
Les panneaux rigides représentent souvent la grande majorité des panneaux qu'un concepteur rencontrera, où la disposition du panneau est contenue dans un substrat rigide créé à partir d'un processus de stratification à haute température et pression. Le matériau commun à ces cartes est le FR-4, mais en fonction des besoins particuliers de la conception, il peut être modifié pour souligner ou améliorer certaines caractéristiques de la carte.
Les planches flexibles sont composées d’un matériau moins rigide qui permet une déviation beaucoup plus importante. Le matériau rappelle tactilement un rouleau de film et l'épaisseur du panneau est généralement bien inférieure à celle d'un panneau rigide standard. Bien qu’elles soient déjà largement utilisées, on espère que les cartes flexibles ouvriront la voie à la prochaine étape de la technologie portable et supprimeront les contraintes planaires actuelles inhérentes aux dispositifs à cartes rigides.
Un PCB à noyau métallique est en quelque sorte une émanation des conceptions de cartes rigides, avec une capacité accrue à dissiper la chaleur dans toute la carte pour protéger les circuits sensibles. Ce style peut être une option pour les conceptions à courant élevé afin d'éviter l'usure thermique et les défaillances.
Partout où un électromagnétisme contrôlé existe, les cartes de circuits imprimés constituent l’infrastructure permettant de le maintenir. Bien entendu, les circuits imprimés ne sortent pas du néant : leur conception et leur fabrication constituent en soi une énorme entreprise d'ingénierie.
Le processus de conception de circuits imprimés
Avant de pouvoir fabriquer un circuit imprimé, il faut le concevoir. Ceci est accompli à l’aide d’outils de CAO de conception de circuits imprimés. La conception des circuits imprimés est divisée en deux catégories principales : la capture schématique pour créer la connectivité des circuits dans un diagramme, puis la disposition des circuits imprimés pour concevoir le circuit imprimé physique réel.
Développer les pièces CAO de la bibliothèque
La première étape consiste à développer la bibliothèque de pièces CAO nécessaires à la conception. Cela comprendra des symboles schématiques, des modèles de simulation, des empreintes pour la disposition des circuits imprimés et des modèles d'étapes pour l'affichage des circuits imprimés 3D. Une fois les bibliothèques prêtes, l'étape suivante consiste à créer la représentation logique des circuits sur un schéma. Les outils de CAO sont utilisés pour placer les symboles sur une feuille schématique, puis les connecter pour former le circuit.
Dans le même temps, une simulation de circuit est exécutée pour vérifier que la conception fonctionnera électriquement comme prévu. Une fois ces tâches terminées, les outils schématiques enverront leurs données de connectivité aux outils de mise en page.
Mise en page
Du côté de la conception des PCB, la connectivité schématique est reçue et traitée sous forme de réseaux qui connectent deux ou plusieurs broches de composants. Avec un aperçu de la forme prévue de la carte sur l'écran, le concepteur de configuration placera les empreintes des composants aux emplacements corrects. Une fois ces composants organisés de manière optimale, l'étape suivante consiste à relier les filets aux broches en dessinant les traces et les plans entre les broches. Les outils de CAO intègrent des règles de conception qui empêchent les traces d'un filet de toucher un autre filet et qui régissent de nombreuses autres largeurs et espaces nécessaires à une conception complète. Une fois le routage terminé, les outils de conception sont à nouveau utilisés pour créer des dessins de fabrication et les fichiers de sortie que le fabricant utilisera pour construire la carte.
La conception et la fabrication d'un circuit imprimé sont un processus étape par étape : création et simulation de schémas, mise en place de grilles de conception de circuits imprimés et de DRC, placement des composants, routage des circuits imprimés, plans de puissance, et enfin assemblage de la nomenclature et construction de la carte.
Structure et applications des circuits imprimés
La plupart des caractéristiques de performance importantes d'un PCB sont définies dans l'empilement ou la disposition des couches dans le PCB. L'empilement de couches est constitué d'une alternance de couches de matériaux conducteurs et isolants, ainsi que de couches alternées de noyau et de préimprégné (deux types de diélectriques utilisés dans l'empilement de couches). Les propriétés diélectriques et mécaniques du noyau et du préimprégné détermineront la fiabilité et l'intégrité du signal/puissance dans la conception, et elles doivent être sélectionnées avec soin lors de la conception pour des applications à haute fiabilité. Par exemple, les applications militaires et médicales nécessitent des conceptions très fiables pouvant être déployées dans des environnements difficiles, et un PCB pour un système de télécommunications peut nécessiter un stratifié PTFE à faibles pertes dans un petit boîtier.
Un exemple d'empilement de PCB est présenté ci-dessous. Dans cet exemple, le stack-up implémente une structure de couches 4- avec deux couches planes internes (L02_GND pour la terre et L03_PWR pour l'alimentation). Ce type de stack-up convient aux appareils IoT, aux systèmes embarqués légers et à de nombreuses autres conceptions utilisant des protocoles à haut débit. La disposition du plan interne permet de garantir l'intégrité de l'alimentation tout en fournissant également une certaine protection contre les interférences électromagnétiques externes. Les couches planes internes fournissent également une référence cohérente pour les signaux à impédance contrôlée. Ce type d'empilement est typique de nombreuses conceptions et constitue souvent un point de départ pour de nombreuses cartes de circuits imprimés modernes.
Composants communs des cartes de circuits imprimés
Les cartes de circuits imprimés sont fabriquées à partir d'une variété de matériaux PCB et de composants électriques. Les composants PCB courants comprennent :
Résistances
Les résistances transmettent un courant électrique pour produire une tension et dissiper l'énergie électrique sous forme de chaleur. Ils viennent dans une gamme de matériaux.
Condensateurs
Le rôle d'un condensateur est de retenir une charge électrique à l'intérieur de la carte, puis de la libérer lorsque davantage de puissance est nécessaire ailleurs dans le circuit. Les condensateurs fonctionnent généralement en collectant des charges opposées sur deux couches conductrices séparées par un matériau isolant.
Inducteurs
Ils sont similaires aux condensateurs dans la mesure où ils stockent de l'énergie. Cependant, ils sont souvent utilisés pour bloquer les signaux présents dans le PCB, tels que les interférences provenant d'un autre appareil électronique.
Transistors
Un transistor est un amplificateur. Il est utilisé pour commuter ou contrôler les signaux électroniques d'une carte. Il existe plusieurs versions différentes de transistors, mais la plus courante est le transistor bipolaire.
Transformateurs
Ceux-ci sont utilisés pour transférer l’énergie électrique d’un circuit à un autre via une augmentation ou une diminution de la tension.
Diodes
Une diode permet au courant électrique de circuler dans un sens mais pas dans l’autre. En conséquence, des diodes sont utilisées pour empêcher le courant électrique de circuler dans la mauvaise direction et d'endommager la carte et l'appareil. La forme de diode la plus populaire est la LED (qui signifie diode électroluminescente).
Capteurs
Ces appareils sont utilisés pour détecter les changements dans les conditions environnementales et générer un signal électrique qui correspond au changement. Ce signal est ensuite envoyé aux autres composants du circuit imprimé. Les capteurs convertissent un élément physique tel que le mouvement de la lumière, la qualité de l'air ou le son en énergie électrique.
Couches PCB courantes
Chaque type de PCB contient un nombre différent de couches qui contribuent à sa fonctionnalité. Cependant, quel que soit le type de PCB que vous choisissez, chaque carte contient la même base essentielle. Cela signifie que tous les PCB contiennent les quatre couches suivantes :
Couche de substrat
Celui-ci est généralement fabriqué à partir de fibre de verre, ce qui confère à la planche sa rigidité. Les couches de substrat peuvent également être réalisées avec des époxy, mais celles-ci n’ont pas la durabilité qu’offre la fibre de verre.
Couche de cuivre
Comme son nom l'indique, la couche de cuivre d'un PCB est constituée d'une fine couche de feuille de cuivre laminée sur la carte à l'aide de chaleur.
Lorsque nous parlons de différentes « couches » de PCB, nous parlons du nombre de couches de cuivre qui les composent. Par exemple, un PCB simple face n'aura qu'une seule couche de matériau conducteur sur un côté de la carte. Dans ce scénario, l'autre côté de la carte est utilisé pour incorporer différents composants électroniques. Pendant ce temps, un PCB double face montera le cuivre conducteur et les composants des deux côtés de la carte.
L'épaisseur de la couche de cuivre sera déterminée par la quantité d'énergie que le PCB doit supporter. Les PCB qui doivent gérer un niveau de puissance plus élevé auront un niveau de cuivre plus épais.
Couche de masque de soudure
La couche de masque de soudure est placée sur le cuivre et donne à la plupart des PCB leur couleur verte. Cette couche isole le cuivre et garantit qu'il n'entre en contact avec aucun autre élément.
Couche de sérigraphie
La couche de sérigraphie est avant tout ajoutée pour le bénéfice des humains. Cela implique d'ajouter des lettres, des chiffres et des symboles au tableau afin qu'il soit plus facile pour les utilisateurs de comprendre la fonctionnalité des différentes broches et LED.
Notre usine
Sihui Fuji Electronics Technology Co., Ltd. Fondée en 2009, elle se concentre sur la production fiable et à long terme de circuits imprimés depuis 14 ans. Avec la force de production de l'épreuve allegro, de la production de masse, de plusieurs noms de produits, de divers lots et d'un délai de livraison court, il fournit des services complets à guichet unique pour répondre au maximum aux besoins des clients. Il s'agit d'un fabricant chinois de circuits imprimés électroniques possédant une riche expérience dans la gestion de la qualité des entreprises japonaises. Entreprise.
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