Que veut dire pcb?PCB signifie « Printed Circuit Board » (circuit imprimé), également appelé «circuit imprimé ». Il s’agit d’une carte imprimée formée sur un substrat commun selon une conception prédéterminée, comportant des interconnexions entre des points et des composants imprimés. Servant de structure de support pour les composants électroniques, elle agit comme support pour leur interconnexion électrique.
En tant que composant essentiel des produits électroniques, le circuit imprimé joue un rôle indispensable. Il assume non seulement la tâche cruciale de connecter les circuits, mais fournit également un support robuste aux composants électroniques. Plus important encore, les circuits imprimés améliorent la stabilité et la fiabilité des circuits, garantissant ainsi le fonctionnement constant et efficace des appareils électroniques. Par conséquent, dans le domaine de la technologie électronique moderne, les circuits imprimés sont indéniablement indispensables.
Les cartes de circuits imprimés sont principalement composées de matériaux isolants, tels que l’époxy renforcé de fibre de verre (FR-4). Elles intègrent une ou plusieurs couches minces de cuivre, sur lesquelles des motifs de circuits sont formés par gravure chimique ou usinage mécanique. Les connexions électriques entre les couches de cuivre sont réalisées via des trous traversants (trous via) ou des vias aveugles (reliant uniquement certaines couches entre elles). Grâce à la combinaison de câblage et de matériaux isolants, la carte de circuit imprimé permet les connexions électriques et l’intégration fonctionnelle des composants électroniques. Elle améliore non seulement considérablement l’intégration et la fiabilité des équipements, mais permet également de gagner de l’espace de câblage et de simplifier la conception du système.
Par rapport à l’ancienne méthode de « câblage par fils », les avantages des cartes PCB résident dans leur intégration, leur standardisation et leur miniaturisation, qui se manifestent dans trois aspects clés :
Stabilité électrique supérieure : les traces de feuille de cuivre sont gravées avec précision par des machines, ce qui garantit une largeur et un espacement uniformes des lignes. Cela élimine les risques de mauvais contact et de courts-circuits inhérents au câblage manuel, ce qui se traduit par une transmission plus stable des signaux (en particulier pour les signaux à haute fréquence) ;
Meilleure utilisation de l’espace : les conceptions peuvent intégrer une, deux ou plusieurs couches (par exemple, 4 couches, 6 couches, 12 couches), avec des composants montés des deux côtés de la carte (via des processus SMT), ce qui réduit considérablement l’encombrement des équipements (par exemple, les cartes mères des téléphones mobiles, les cartes mères des ordinateurs portables) ;
Faibles coûts de production en série : les processus de production standardisés (conception → fabrication de la carte → soudure) permettent la reproduction en série, ce qui convient à la fabrication à grande échelle d’appareils électroniques. Lors des réparations, les « marquages sérigraphiés » (par exemple, R1, C2, U1) facilitent l’identification rapide des composants.
Composition d’une carte PCB
(1) Fil : le fil (piste) a une relation de connexion réseau correspondant au schéma, et le fil a une étiquette réseau (NetLable) correspondant aux nœuds du schéma de circuit. Lors du câblage, les fils peuvent être automatiquement poussés, enroulés, etc. (les fils sont connectés via des nœuds, là où il n’y a pas de nœuds, les connexions croisées physiques des fils ne sont pas autorisées pendant le câblage).
(2) Pose du cuivre : connectez le réseau à l’aide d’une seule feuille de cuivre, puis, une fois le câblage terminé, remplissez la partie restante de la carte PWB avec une feuille de cuivre, généralement utilisée pour la masse (GND) et l’alimentation (POWER). En raison de la grande surface de la feuille de cuivre, l’effet de dissipation thermique sera plus objectif.
(3) Trou traversant :
① Fonction des vias :
Connexion électrique : les trous traversants peuvent être utilisés pour connecter des circuits à différents niveaux, permettant une transmission efficace des signaux et de l’alimentation sur la carte de circuit imprimé à différents niveaux. Les cartes de circuit imprimé sont généralement divisées en deux couches, et chaque couche supplémentaire entraîne une augmentation considérable du coût.
Fixation ou positionnement des composants : les trous traversants peuvent être utilisés pour fixer la position des composants électroniques tels que les résistances, les condensateurs, etc., garantissant ainsi leur disposition correcte sur la carte de circuit imprimé.
② Classification des trous traversants :
Trous traversants : les trous traversants les plus courants et les plus simples sur les cartes PWB sont les trous traversants, qui sont des trous percés mécaniquement de haut en bas dans le PCB.
Trou borgne : le trou borgne est un type de perçage au laser qui consiste à percer et à galvaniser des trous depuis la couche supérieure ou inférieure d’une carte PWB vers la couche interne.
Trou enterré : le trou enterré peut être un perçage au laser ou un perçage mécanique, il s’agit du trou de connexion situé dans la couche interne de la carte de circuit imprimé, qui ne s’étend pas jusqu’à la surface de la carte.
(4) Pastilles de soudure : les composants sont fixés à la carte PCB par soudure à travers les trous de connexion sur la carte de circuit imprimé. Des fils imprimés relient les pastilles de soudure afin d’assurer la connexion électrique des composants dans le circuit. Les trous de connexion et la feuille de cuivre qui les entoure sont appelés pastilles de soudure.
(5) Sérigraphie : la sérigraphie désigne les informations imprimées sur les cartes de circuits électroniques, telles que le texte, les logos, les graphiques, etc. Ces sérigraphies ont des fonctions importantes, elles permettent d’identifier la position, la valeur, le modèle et d’autres informations sur les composants électroniques, ainsi que la direction et la méthode d’installation correcte des composants.
Scénarios d’application des cartes PCB
Équipements de communication : les cartes PCB sont utilisées dans les téléphones, les téléphones mobiles, les radios, les systèmes de communication par satellite et autres appareils similaires, où elles fournissent des voies de transmission de signaux fiables pour garantir un transfert de données précis.
Équipements médicaux : les cartes PCB sont utilisées dans les appareils de diagnostic et de surveillance, les instruments chirurgicaux et les dispositifs implantables, où elles répondent à des exigences strictes en matière de précision et de fiabilité afin de garantir le bon fonctionnement des équipements et la sécurité des patients.
Contrôle industriel : les cartes de circuits imprimés sont utilisées dans la robotique, les machines-outils à commande numérique et les systèmes d’automatisation des chaînes de production, permettant un contrôle et un fonctionnement précis.
Électronique automobile : les cartes de circuits imprimés (PCB) sont utilisées dans les modules de commande du moteur, les modules de commande de la carrosserie et les systèmes de commande des airbags, gérant divers systèmes du véhicule afin d’assurer leur bon fonctionnement.
Électronique grand public : les cartes de circuits imprimés (PCB) sont utilisées dans les appareils électroménagers tels que les téléviseurs, les réfrigérateurs, les machines à laver et les climatiseurs, ainsi que dans les smartphones, les tablettes et les consoles de jeux vidéo, où elles assurent les connexions électriques et le support des composants.
Aérospatiale : les cartes de circuits imprimés (PCB) sont utilisées dans les avions, les fusées et les satellites, où elles répondent à des exigences strictes en matière de fiabilité et de précision pour exécuter des fonctions complexes de contrôle et de surveillance.
Ordinateurs et serveurs : les circuits imprimés sont utilisés dans les ordinateurs et les serveurs, où ils fournissent des voies de transmission de signaux fiables pour assurer un transfert et un traitement rapides des données.
Appareils connectés à l’Internet des objets (IoT) : les circuits imprimés fournissent des voies de contrôle et de transmission de données stables et fiables pour les appareils IoT, permettant une gestion intelligente et une surveillance à distance.
Secteur des énergies nouvelles : les circuits imprimés sont utilisés dans les systèmes de panneaux solaires, les systèmes de production d’énergie éolienne et d’autres applications similaires, où ils assurent les connexions électriques et les fonctions de contrôle.
Classification des cartes de circuits imprimés
Les cartes de circuits imprimés sont classées en trois types principaux selon le nombre de couches : les cartes à simple face, les cartes à double face et les cartes multicouches.
Les cartes à simple face comportent des composants concentrés sur un seul côté de la carte de base, les pistes conductrices étant concentrées sur le côté opposé. Comme les pistes n’apparaissent que sur un seul côté, ce type de carte est appelé « carte à simple face ». Les cartes simple face sont généralement simples à fabriquer et économiques, mais leur inconvénient réside dans leur incapacité à s’adapter à des produits trop complexes.
Les cartes double face constituent une extension des cartes simple face. Lorsque le routage monocouche ne répond pas aux exigences des produits électroniques, on utilise des cartes double face. Les deux côtés sont recouverts de cuivre et comportent des pistes, avec des vias reliant les circuits entre les couches pour former les connexions réseau nécessaires.
Les cartes de circuits imprimés multicouches désignent des cartes de circuits imprimés comprenant trois couches conductrices ou plus laminées ensemble avec des matériaux isolants entre elles, où les motifs conducteurs sont interconnectés selon les besoins. Les cartes de circuits imprimés multicouches représentent l’évolution des technologies de l’information électronique vers la haute vitesse, la multifonctionnalité, la grande capacité, la taille compacte, les profils minces et les conceptions légères.
Les cartes de circuits imprimés multicouches sont généralement désignées par des nombres pairs, tels que 2, 4, 6, 8, 10, 20, 40 ou 100 couches. En termes simples, le nombre de couches de cuivre, c’est-à-dire le nombre de pistes, correspond au nombre de couches de la carte. Actuellement, la plupart des processus multicouches impliquent le laminage de plusieurs laminés double face recouverts de cuivre, d’où la prévalence des cartes multicouches à nombre pair. Par exemple, le laminage de deux cartes de circuits imprimés double face donne une carte à 4 couches ; l’ajout d’une carte de circuits imprimés double face supplémentaire donne une carte à 6 couches, et ainsi de suite. De plus, les technologies avancées telles que HDI, SLP et Anylayer, malgré leur complexité (caractérisée par de nombreuses vias, des traces fines, des processus complexes et une grande précision), entrent toujours dans la catégorie des « cartes rigides ». Elles sont donc généralement classées comme des cartes multicouches, sauf si elles sont spécifiquement répertoriées séparément.
Par propriétés des matériaux
Classification selon la rigidité du substrat
Circuit imprimé rigide
Définition : utilise des matériaux isolants rigides comme substrat, incapable de se plier ou de se courber, représentant le type le plus répandu dans les appareils électroniques.
Matériaux représentatifs : substrats en tissu de fibre de verre FR-4, substrats en papier phénolique, stratifiés métallisés (à base d’aluminium, à base de cuivre), etc.
Applications : cartes mères d’ordinateurs, cartes mères de smartphones, modules de commande électroniques automobiles, etc.
Circuit imprimé flexible
Définition : utilise des matériaux flexibles tels que le polyimide (PI) comme substrat, capable de se plier et de se courber pour s’adapter à une installation dans des espaces confinés.
Matériaux représentatifs : substrats en PI, substrats en film polyester.
Scénarios d’application : appareils portables, câbles flexibles à charnière pour smartphones pliables, instruments chirurgicaux médicaux mini-invasifs, etc.
Classification par matériau de renforcement
Base en tissu de verre
Composants principaux : tissu en fibre de verre + résine époxy (par exemple, FR-4), offrant une résistance élevée et une bonne résistance à la chaleur.
Avantages : résistance mécanique supérieure, propriétés diélectriques stables et excellente résistance à l’humidité.
À base de papier
Composants principaux : papier en fibre de pâte de bois + résine phénolique (par exemple, FR-1, XPC). Faible coût mais performances limitées.
Limites : faible résistance à la température (généralement < 130 °C), convient uniquement aux appareils de faible puissance.
Base composite
Composants principaux : tissu en fibre de verre laminé avec du papier (par exemple, CEM-1), équilibre entre coût et performances.
Applications : cartes de commande pour petits appareils électroménagers, modules électroniques dans les jouets, etc.
Classification par fonction spécialisée
Circuits imprimés à base métallique
À base d’aluminium : conductivité thermique exceptionnelle, adaptés à l’éclairage LED et aux amplificateurs de puissance.
À base de cuivre : efficacité thermique supérieure de plus de trois fois à celle des circuits imprimés à base d’aluminium, utilisés dans les équipements de communication à haute fréquence.
Circuits imprimés haute fréquence
PTFE (polytétrafluoroéthylène) : faible constante diélectrique (ε=2,0-2,5), tangente de perte minimale (tanδ<0,002), adaptés aux stations de base 5G et aux systèmes radar.
Série Rogers : offre des performances haute fréquence stables avec une précision de constante diélectrique allant jusqu’à ±0.02, ce qui en fait le choix privilégié pour les circuits RF haut de gamme.
Circuits imprimés à base de céramique
Oxyde d’aluminium (Al₂O₃), nitrure d’aluminium (AlN) : résistant aux températures élevées (>1000 °C) avec des propriétés d’isolation exceptionnelles, utilisé dans l’aérospatiale et les modules semi-conducteurs haute puissance.
Classification par type de via : via traversante, via borgne, via enterrée.
Via traversante : le trou traverse toute la carte, ses deux extrémités se terminant sur la couche supérieure ou inférieure (les deux couches les plus externes).
Via aveugle : une extrémité du trou se termine à la couche superficielle (couche extérieure), tandis que l’autre se termine à une couche interne sans traverser toute la carte.
Via enterrée : les deux extrémités du trou sont situées à l’intérieur de la carte, reliant uniquement deux couches internes.
Facteurs influençant le prix des circuits imprimés :
1.Le coût des circuits imprimés varie considérablement en fonction des matériaux choisis. Prenons l’exemple d’un circuit imprimé double face classique : le substrat est généralement de type FR4 (notamment les marques Shengyi, Jiantou et Guojie, dont les prix diminuent dans cet ordre). L’épaisseur des cartes varie de 0,2 mm à 3,0 mm, tandis que l’épaisseur du cuivre varie de 0,5 oz à 3 oz. Le substrat à lui seul explique donc des différences de prix importantes. En ce qui concerne le choix de l’encre pour le masque de soudure, il existe également une différence de prix entre l’encre thermodurcissable standard et l’encre verte photosensible.
2.Les variations dans les processus de finition de surface des circuits imprimés contribuent également à la diversité des prix. Les traitements courants comprennent : OSP (phosphore stabilisé à l’oxygène), étamage à chaud au plomb, étamage à chaud sans plomb (conforme aux normes environnementales), placage à l’or, placage à l’or sans courant et divers processus combinés. Le coût de ces processus augmente généralement de manière séquentielle.
3.La complexité de la conception des circuits imprimés a également une incidence sur les prix. Par exemple, deux cartes comportant chacune 1 000 trous peuvent entraîner des coûts de perçage différents si le diamètre des trous de l’une dépasse 0.2 mm tandis que celui de l’autre est inférieur à 0,2 mm. De même, si les deux cartes ont des spécifications identiques à l’exception de la largeur et de l’espacement des pistes (l’une dépassant 4 mil et l’autre étant inférieure à 4 mil), cela entraînera des coûts de production différents. En outre, les conceptions utilisant des processus de fabrication non standard, tels que les trous traversants semi-plaqués, les vias enterrés/aveugles, les trous dans les panneaux ou l’impression à l’encre carbone sur les cartes de claviers, entraîneront des frais supplémentaires.
4.L’épaisseur de la feuille de cuivre du circuit imprimé influe également sur le prix. Les épaisseurs courantes sont les suivantes : 18 μm (1/2 oz), 35 μm (1 oz), 70 μm (2 oz), 105 μm (3 oz) et 140 μm (4 oz). Plus la feuille de cuivre est épaisse, plus le prix est élevé.
5.Les normes d’acceptation de la qualité des circuits imprimés varient d’un client à l’autre, ce qui influe sur le prix. Les normes courantes sont les suivantes : IPC2, IPC3, spécifications d’entreprise et normes militaires. Des normes plus strictes entraînent une augmentation des coûts.
6.Explication des coûts d’outillage et de fixation
Concernant les frais d’outillage : pour les prototypes et la production en petites séries, les fabricants de circuits imprimés ont généralement recours au perçage et au fraisage pour le façonnage des panneaux, ce qui leur permet d’éviter des frais supplémentaires de fraisage des bords. Cependant, la production à grande échelle nécessite un outillage pour le poinçonnage des panneaux, ce qui entraîne des coûts d’outillage.
7.Impact des modes de paiement sur les prix
Le choix de modes de paiement avec des délais de règlement plus courts, tels que les paiements en espèces, permet généralement d’obtenir des prix plus bas.
8.Impact de la quantité commandée et du délai de livraison sur les prix
(1) Quantité commandée : les petites quantités commandées entraînent des coûts unitaires plus élevés. Même pour la production d’une seule unité, les fabricants de circuits imprimés doivent effectuer tous les processus, y compris la préparation de la documentation technique et la sortie du film, ce qui entraîne une répartition des coûts unitaires plus élevée.
(2) Délais de livraison requis : les données transmises au fabricant de circuits imprimés doivent être complètes et exactes. Cela inclut les spécifications détaillées des fichiers Gerber, le nombre de couches, le type de substrat, l’épaisseur du circuit imprimé, la finition de surface, la couleur de l’encre, la couleur des caractères et toute exigence particulière.
