Un circuit imprimé double face (Double-Sided PCB) désigne un circuit imprimé dont les deux faces sont recouvertes d’une couche de feuille de cuivre conductrice et sur lequel il est possible de tracer des motifs conducteurs. Sa structure se compose d’un substrat isolant central et de couches de feuille de cuivre situées de part et d’autre de ce substrat ; la connexion électrique entre les deux faces de la carte est assurée par des trous métallisés (Plated Through Hole, ou PTH).
Le processus de fabrication des trous métallisés consiste d’abord à percer des trous, puis à former une couche conductrice sur les parois des trous par des procédés de cuivrage chimique et d’électrolyse, ce qui permet d’obtenir une interconnexion inter-couches fiable et stable. Par rapport aux circuit imprimé simple face, la caractéristique la plus notable des pcb double face réside dans la possibilité de disposer les circuits sur les deux faces du substrat et de réaliser les connexions à l’aide de trous métallisés.En termes de processus de fabrication, les circuit imprimé double face comportent une étape supplémentaire cruciale par rapport aux circuit imprimé simple face : le cuivrage chimique (c’est-à-dire la métallisation des trous).
Explication détaillée du processus de fabrication d’un circuit imprimé double face, couvrant les principales étapes :
1.Conception technique et préparation des fichiers
Conception du schéma électrique : utilisation d’un logiciel de conception électronique assistée par ordinateur (EDA), tel qu’Altium ou KiCad, pour dessiner le schéma de principe du circuit.
Opérations de routage et d’implantation : disposition rationnelle des composants sur les deux faces du circuit imprimé double face et connexion des pistes (situées respectivement sur les couches supérieure et inférieure).
Génération des fichiers de fabrication :
Fichiers Gerber : fichiers contenant les informations graphiques relatives à la feuille de cuivre, à la sérigraphie et à la couche de masquage de chaque couche.
Fichiers de perçage : utilisés pour déterminer l’emplacement et le diamètre des trous, au format Excellon.
Tableau de correspondance IPC : utilisé pour la vérification des connexions électriques.
2.Phase de préparation du substrat
Choix du substrat : on utilise généralement du FR-4 (panneau en fibre de verre imprégné de résine époxy), recouvert de cuivre sur les deux faces.
Découpe : découper le substrat selon les dimensions spécifiées par la conception.
3.Transfert des motifs sur les couches internes (réalisation simultanée des deux faces)
Nettoyage de la surface en cuivre : éliminer la couche d’oxydation ainsi que les impuretés telles que les traces d’huile présentes sur la surface en cuivre.
Application de la résine photosensible : la résine photosensible (disponible en version à film sec ou à film humide) est appliquée uniformément sur les deux faces par pulvérisation ou au rouleau.
Procédé d’exposition :
Le film négatif (négatif) conçu est placé sur les deux faces recouvertes de feuille de cuivre, puis exposé à la lumière UV.
Dans le procédé négatif, la résine photosensible des zones exposées se durcit.
Opération de développement : utiliser une solution alcaline pour dissoudre la résine non durcie, afin de mettre à nu les zones de cuivre à graver.
4.Étape de gravure
Gravure acide : dissoudre la feuille de cuivre exposée en pulvérisant une solution de chlorure de fer ou de cuivre ammoniacal.
Décapage : retirer la résine photosensible durcie, en conservant le motif des circuits de cuivre conçu.
5.Procédés de laminage et de perçage
Traitement d’oxydation (étape facultative) : renforce l’adhérence entre la surface en cuivre et la résine.
Opération de perçage mécanique :
Utilisation d’une perceuse à commande numérique (CNC) pour percer les trous traversants et les trous de montage.
Contrôle des paramètres clés : réglage approprié de la vitesse de rotation et de l’avance du foret afin d’éviter la formation de bavures.
Traitement de cuivrage par immersion (PTH) :
Cuivrage chimique : dépôt d’une couche conductrice de l’ordre du micron sur les parois des trous afin de réaliser la métallisation des trous.
Renforcement de la couche de cuivre par électrolyse : renforcement de la couche de cuivre sur les parois des trous jusqu’à 20 – 25 μm afin de garantir une conduction électrique fluide.
6.Étapes de transfert du motif de la couche externe et d’électrolyse
Exposition et développement de la pellicule : répétition des opérations de l’étape 3 pour réaliser le motif des circuits de la couche externe.
Procédés de placage des motifs :
Placage de cuivre : renforcer une seconde fois la couche de cuivre des circuits et des parois des trous pour atteindre une épaisseur supérieure à 35 μm.
Placage d’étain : déposer une couche d’étain servant de couche de protection contre la gravure.
7.Gravure de la couche externe et opération de dé-étamage
Gravure alcaline : éliminer la feuille de cuivre non protégée hors des circuits.
Détinage : éliminer la couche d’étain afin de mettre à nu les circuits en cuivre sous-jacents.
8.Traitement de la couche de masquage (masque de soudure)
Application de l’encre de masquage : à l’aide d’une sérigraphie ou d’une pulvérisation, appliquer une peinture de masquage photosensible liquide (généralement de couleur verte) sur la carte.
Exposition et développement : déterminer les zones à dégager (afin d’exposer les pastilles de soudure et les points de test) à l’aide d’un négatif.
Traitement de durcissement : l’encre est durcie par cuisson à haute température.
9.Procédés de traitement de surface
Types de procédés disponibles :
Époxydation à l’étain (HASL) : dépôt d’une couche d’alliage étain-plomb sur les pastilles pour améliorer la résistance à la soudure.
Plaquage à l’or par immersion (ENIG) : application d’une couche de nickel comme base, puis d’une couche d’or ; ce procédé présente des propriétés antioxydantes et convient aux broches fines.
OSP : application d’un film organique de protection de soudure ; coût réduit, mais nécessite un soudage rapide.
10.Opérations de sérigraphie
Impression des inscriptions : sérigraphie des références des composants, du logo et d’autres informations à l’encre blanche sur les couches supérieure et inférieure.
Traitement de durcissement : durcissement de la couche d’impression par exposition aux UV ou par traitement thermique.
11.Étapes de découpe et de test
Découpe en V ou fraisage des bords : découpe de la plaque en circuits imprimés individuels.
Tests électriques (E-Test) :
Test par sondes volantes : utilisation de sondes mobiles pour vérifier l’absence de circuits ouverts ou de courts-circuits (adapté à la production en petites séries).
Test sur banc de sondes : utilisation de fixations sur mesure pour les tests en série (couverture élevée).
Inspection AOI : utilisation de la technologie d’inspection optique automatique pour vérifier l’absence de défauts sur les circuits.
12.Contrôle final et conditionnement
Contrôle visuel / Échantillonnage selon les normes IPC : vérification des dimensions, de l’aspect et du fonctionnement du produit.
Emballage antistatique sous vide : pour prévenir les dommages et l’oxydation pendant le transport.
Points clés à retenir
Exigences de précision d’alignement : les motifs des deux faces doivent être strictement alignés, à l’aide de trous de repérage ou de repères.
Garantie de fiabilité du cuivrage des trous : la qualité de l’étape de cuivrage par immersion a un impact important sur la durée de vie de la conductivité entre les couches.
Points clés du contrôle d’impédance : pour les lignes de signaux haute fréquence, il est nécessaire de calculer avec précision la largeur des pistes et l’épaisseur des couches diélectriques.
Recommandations d’optimisation DFM : il convient de prendre pleinement en compte les processus de fabrication dès la phase de conception, par exemple en évitant les angles vifs dans le tracé des pistes.
Principaux domaines d’application des circuit imprimé double face
Électronique grand public : un « géant » incontesté de la demande
Parmi les nombreux secteurs, l’électronique grand public occupe la première place en termes de volume de demande.
Secteur des smartphones et des tablettes
Bien que les cartes mères principales utilisent généralement des cartes multicouches, les nombreux modules auxiliaires et cartes de connexion internes, tels que les cartes de modules de caméra, les cartes de reconnaissance d’empreintes digitales, les cartes de capteurs divers, les cartes de boutons, les cartes de gestion de batterie, les cartes de prise casque, ainsi que certaines cartes internes de chargeurs, utilisent largement les circuit imprimé double face.
Secteur des ordinateurs et de leurs périphériques
À l’intérieur des ordinateurs de bureau et des ordinateurs portables, les cartes à double face sont couramment utilisées pour les cartes d’extension, les cartes son, certaines cartes réseau, les cartes d’alimentation (côté secondaire), les cartes clavier/souris, les cartes de commande d’écran, ainsi que les cartes de contrôle des imprimantes et des scanners.
Secteur de l’électroménager
Les circuit imprimé double face jouent un rôle important dans certains modules fonctionnels des cartes logiques des téléviseurs, ainsi que dans les cartes d’alimentation, les cartes de commande des climatiseurs, des lave-linge, des fours à micro-ondes, des cuiseurs à riz, des plaques à induction, des ventilateurs électriques, ainsi que dans les cartes de commande des luminaires intelligents, etc.
Secteur des équipements audio et vidéo
Les cartes d’amplification audio, les cartes mères des enceintes Bluetooth, les décodeurs, certaines cartes de lecteurs DVD, ainsi que les cartes de manettes de jeux vidéo, etc. : l’utilisation des circuit imprimé double face y est également très répandue.
Secteur des appareils domestiques intelligents
Divers types de capteurs, tels que les capteurs de température et d’humidité, les capteurs magnétiques pour portes et fenêtres, les capteurs de présence, etc., ainsi que les interrupteurs intelligents, les prises intelligentes et les sous-modules de passerelles, etc. : grâce à leurs avantages, les circuit imprimé double face constituent le choix idéal pour de nombreux produits.
Domaine du contrôle industriel et de l’automatisation
Cartes de contrôle pour équipements d’automatisation industrielle, cartes d’interface pour capteurs, certaines cartes de commande de moteurs, interfaces homme-machine, cartes internes d’instruments de mesure (tels que multimètres, sondes d’oscilloscopes, compteurs d’énergie, etc.), ainsi que modules d’E/S pour automates programmables (PLC) : dans les environnements industriels, où les exigences en matière de fiabilité et de coût sont élevées, les circuit imprimé double face constituent souvent le choix le plus rentable, alliant performances et maîtrise des coûts.
Secteur de l’électronique automobile
Bien que les unités de contrôle électronique (ECU) les plus critiques des véhicules utilisent généralement des cartes multicouches, l’intérieur des voitures abrite une multitude de modules de contrôle de la carrosserie, tels que les cartes de commande des phares (pour le contrôle de l’éclairage), les cartes de commande des vitres, les cartes de commande des serrures de porte.
les cartes de commande des essuie-glaces, les panneaux de commande de la climatisation, les cartes de réglage des sièges, ainsi que de simples cartes d’interface de capteurs (comme les cartes internes des émetteurs de surveillance de la pression des pneus) et les cartes auxiliaires des systèmes de divertissement. Avec l’électronique embarquée de plus en plus présente dans les véhicules, l’utilisation des circuit imprimé double face dans ce secteur est extrêmement importante.
Secteur de l’éclairage LED
Dans le domaine des luminaires LED, qu’il s’agisse d’ampoules, de tubes, de panneaux lumineux ou de lampadaires, les cartes d’alimentation utilisent presque sans exception des circuit imprimé double face. C’est devenu la norme et la configuration standard dans ce secteur, avec une demande très importante.
Secteur des équipements de communication
Dans les équipements réseau tels que les routeurs, les commutateurs et les modems optiques, outre les puces principales haute performance qui nécessitent des cartes multicouches pour répondre aux exigences, les modules périphériques (modules d’alimentation, cartes de conversion d’interface, cartes de voyants lumineux, cartes de contrôle de ventilateurs, etc.) font souvent appel à des circuit imprimé double face.
Secteur de l’électronique médicale (appareils de complexité moyenne à faible)
Les tensiomètres, les glucomètres, les appareils de physiothérapie, ainsi que certains modules fonctionnels des moniteurs de surveillance, tels que les cartes de capteurs, les cartes de commande d’affichage, les claviers et les adaptateurs d’alimentation, font également couramment appel aux circuit imprimé double face.
Pourquoi les circuit imprimé double face connaissent-ils un tel succès sur le marché ?
Un rapport qualité-prix exceptionnel
Par rapport aux circuits imprimés simple face, les circuit imprimé double face offrent des fonctionnalités plus avancées. Ils permettent un routage des pistes sur les deux faces, ce qui augmente considérablement l’espace disponible et la flexibilité de routage. Par rapport aux circuits multicouches à 4 couches ou plus, leur avantage en termes de coût est significatif, grâce à un processus de fabrication relativement simple qui réduit efficacement les coûts de production.
Maturité, stabilité et fiabilité
Le processus de fabrication des circuit imprimé double face a été longuement développé et perfectionné, et est désormais extrêmement mature. Il permet de maintenir un taux de rendement élevé tout au long de la production. Sa fiabilité a été éprouvée sur le long terme par le marché, et ses performances exceptionnelles en application réelle garantissent un fonctionnement stable des produits.
Adaptation à un large éventail de besoins
Parmi les nombreux produits électroniques, une grande partie présente une complexité fonctionnelle moyenne, avec des exigences de débit de signal modérées, mais nécessitant tout de même un certain niveau d’intégration. Pour ce type de produits, les circuit imprimé double face offrent un équilibre idéal entre performances et coûts : ils répondent aux exigences fonctionnelles des produits sans entraîner de pression excessive sur les coûts.
Grande liberté de conception
Grâce à une planification minutieuse de l’agencement et du routage, ainsi qu’à une utilisation judicieuse de la technologie des vias, les circuit imprimé double face permettent de résoudre facilement les problèmes d’interconnexion de la plupart des circuits de densité moyenne. Ils offrent une grande liberté de conception, permettant aux concepteurs de mettre en œuvre diverses fonctions de circuit avec plus de souplesse.
