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Processus de fabrication de PCB: comment sont fabriqués les PCB

Processus de fabrication de PCB: comment sont fabriqués les PCB

Le processus de fabrication des PCB est très important pour toute personne impliquée dans l'industrie électronique. Les circuits imprimés, les PCB, sont très largement utilisés comme base pour les circuits électroniques. Les cartes de circuits imprimés sont utilisées pour fournir la base mécanique sur laquelle le circuit peut être construit. En conséquence, pratiquement tous les circuits utilisent des cartes de circuits imprimés et ils sont conçus et utilisés en quantités de millions.

Bien que les PCB forment la base de pratiquement tous les circuits électroniques aujourd'hui, ils ont tendance à être pris pour acquis. Néanmoins, la technologie dans ce domaine de l'électronique progresse. Les tailles des pistes diminuent, le nombre de couches dans les cartes augmente pour tenir compte de la connectivité accrue requise, et les règles de conception sont améliorées pour garantir que les dispositifs SMT plus petits peuvent être manipulés et que les processus de soudage utilisés en production peuvent être pris en charge.

Le processus de fabrication de PCB peut être réalisé de différentes manières et il existe un certain nombre de variantes. Malgré les nombreuses petites variations, les principales étapes du processus de fabrication des PCB sont les mêmes.

Constituants PCB

Les cartes de circuits imprimés, PCB, peuvent être fabriquées à partir d'une variété de substances. Le plus largement utilisé sous une forme de panneau à base de fibre de verre connu sous le nom de FR4. Ceci fournit un degré raisonnable de stabilité en cas de variation de température et ne se décompose pas mal, tout en n'étant pas excessivement coûteux. D'autres matériaux moins chers sont disponibles pour les PCB dans les produits commerciaux à faible coût. Pour les conceptions de radiofréquence hautes performances où la constante diélectrique du substrat est importante et où de faibles niveaux de perte sont nécessaires, des cartes de circuits imprimés à base de PTFE peuvent être utilisées, bien qu'elles soient beaucoup plus difficiles à travailler.

Afin de réaliser un PCB avec des pistes pour les composants, une carte plaquée cuivre est d'abord obtenue. Il se compose du matériau de substrat, typiquement FR4, avec une gaine en cuivre normalement des deux côtés. Cette gaine en cuivre est constituée d'une fine couche de feuille de cuivre collée à la carte. Cette liaison est normalement très bonne pour le FR4, mais la nature même du PTFE rend cela plus difficile, ce qui ajoute une difficulté au traitement des PCB PTFE.

Processus de fabrication de PCB de base

Une fois les cartes PCB nues choisies et disponibles, l'étape suivante consiste à créer les pistes requises sur la carte et à retirer le cuivre indésirable. La fabrication des PCB est normalement réalisée à l'aide d'un procédé de gravure chimique. La forme la plus courante de gravure utilisée avec les PCB est le chlorure ferrique.

Afin d'obtenir le bon motif de pistes, un processus photographique est utilisé. Généralement, le cuivre sur les cartes de circuits imprimés nus est recouvert d'une fine couche de photorésist. Il est ensuite exposé à la lumière à travers un film photographique ou un photo-masque détaillant les pistes nécessaires. De cette manière, l'image des pistes est transmise au photorésist. Avec cela complet, le photorésist est placé dans un révélateur de sorte que seules les zones de la carte où des pistes sont nécessaires soient couvertes dans le vernis.

L'étape suivante du processus consiste à placer les cartes de circuits imprimés dans le chlorure ferrique pour graver les zones où aucune piste ou cuivre n'est nécessaire. Connaissant la concentration du chlorure ferrique et l'épaisseur du cuivre sur la carte, il est placé dans la mousse de gravure et la quantité de temps nécessaire. Si les cartes de circuits imprimés sont placées dans la gravure pendant trop longtemps, alors une certaine définition est perdue car le chlorure ferrique aura tendance à dégrader le photorésist.

Bien que la plupart des cartes de circuits imprimés soient fabriquées à l'aide d'un traitement photographique, d'autres méthodes sont également disponibles. La première consiste à utiliser une fraiseuse spécialisée hautement précise. La machine est ensuite contrôlée pour fraiser le cuivre dans les zones où le cuivre n'est pas nécessaire. Le contrôle est évidemment automatisé et piloté à partir de fichiers générés par le logiciel de conception de PCB. Cette forme de fabrication de PCB n'est pas adaptée à de grandes quantités, mais c'est une option idéale dans de nombreux cas où de très petites quantités d'un prototype de PCB sont nécessaires.

Une autre méthode parfois utilisée pour un prototype de PCB consiste à imprimer des encres résistantes à la gravure sur le PCB à l'aide d'un processus de sérigraphie.

Cartes de circuits imprimés multicouches

Avec la complexité croissante des circuits électroniques, il n'est pas toujours possible de fournir toute la connectivité nécessaire en utilisant uniquement les deux côtés du PCB. Cela se produit assez fréquemment lors de la conception d'un microprocesseur dense et d'autres cartes similaires. Lorsque c'est le cas, des cartes multicouches sont nécessaires.

La fabrication de cartes de circuits imprimés multicouches, bien qu'elle utilise les mêmes processus que pour les cartes à une seule couche, nécessite un degré considérablement plus élevé de précision et de contrôle du processus de fabrication.

Les cartes sont fabriquées en utilisant des cartes individuelles beaucoup plus minces, une pour chaque couche, et celles-ci sont ensuite liées ensemble pour produire le PCB global. À mesure que le nombre de couches augmente, les cartes individuelles doivent devenir plus minces pour éviter que le PCB fini ne devienne trop épais. De plus, l'enregistrement entre les couches doit être très précis pour garantir que tous les trous s'alignent.

Pour lier les différentes couches ensemble, le panneau est chauffé pour durcir le matériau de liaison. Cela peut entraîner des problèmes de déformation. Les grandes cartes multicouches peuvent avoir une chaîne distincte si elles ne sont pas conçues correctement. Cela peut se produire en particulier si, par exemple, l'une des couches internes est un plan de puissance ou un plan de masse. Bien que ce soit bien en soi, si certaines zones raisonnablement importantes doivent être laissées exemptes de cuivre. Cela peut créer des tensions dans le PCB qui peuvent entraîner une déformation.

Trous et vias PCB

Des trous, souvent appelés via des trous ou des vias, sont nécessaires dans un PCB pour connecter les différentes couches ensemble à différents points. Des trous peuvent également être nécessaires pour permettre le montage des composants plombés sur le PCB. De plus, certains trous de fixation peuvent être nécessaires.

Normalement, les surfaces intérieures des trous ont une couche de cuivre de sorte qu'elles relient électriquement les couches de la carte. Ces "trous traversants plaqués" sont produits par un procédé de placage. De cette manière, les couches de la carte peuvent être connectées.

Le forage est ensuite réalisé à l'aide de perceuses à commande numérique, les données étant fournies par le logiciel de conception CAO PCB. Il convient de noter que la réduction du nombre de trous de différentes tailles peut aider à réduire le coût de fabrication du PCB.

Il peut être nécessaire que certains trous n'existent qu'au centre de la carte, par exemple lorsque les couches internes de la carte doivent être connectées. Ces "vias borgnes" sont percés dans les couches pertinentes avant que les couches de PCB soient liées ensemble.

Placage de soudure de PCB et résistance de soudure

Lorsqu'un PCB est soudé, il est nécessaire de garder les zones qui ne doivent pas être soudées protégées par une couche de ce que l'on appelle une réserve de soudure. L'ajout de cette couche permet d'éviter les courts-circuits indésirables sur les cartes de circuits imprimés causés par la soudure. La résistance de soudure se compose normalement d'une couche de polymère et protège la carte de la soudure et d'autres contaminants. La couleur de la résistance de soudure est normalement vert foncé ou rouge.

Afin de permettre aux composants ajoutés à la carte, qu'ils soient plombés ou SMT, de se souder facilement à la carte, les zones exposées de la carte sont normalement "étamées" ou plaquées avec de la soudure. Parfois, des planches ou des zones de planches peuvent être plaquées or. Cela peut être applicable si des doigts en cuivre doivent être utilisés pour les connexions de bord. Comme l'or ne se ternira pas et qu'il offre une bonne conductivité, il offre une bonne connexion à faible coût.

Écran en soie PCB

Il est souvent nécessaire d'imprimer du texte et de placer d'autres petits identifiants imprimés sur un PCB. Cela peut aider à identifier la carte, et également à marquer les emplacements des composants pour faciliter la recherche de pannes, etc. Un écran en soie généré par le logiciel de conception de PCB est utilisé pour ajouter les marquages ​​à la carte, après les autres processus de fabrication de la carte nue A été complété.

Prototype de PCB

Dans le cadre de tout processus de développement, il est normalement conseillé de faire un prototype avant de s'engager dans une production complète. Il en va de même pour les cartes de circuits imprimés où un prototype de PCB est normalement fabriqué et testé avant la production complète. En règle générale, un prototype de PCB devra être fabriqué rapidement car il y a toujours une pression pour terminer la phase de conception matérielle du développement du produit. Comme le but principal du prototype de PCB est de tester la disposition réelle, il est souvent acceptable d'utiliser un processus de fabrication de PCB légèrement différent car seule une petite quantité de cartes prototypes de PCB sera nécessaire. Cependant, il est toujours sage de rester aussi proche que possible du processus de fabrication final du PCB pour s'assurer que peu de changements sont effectués et que peu de nouveaux éléments sont introduits dans la carte de circuit imprimé finale.

Le processus de fabrication des PCB est un élément essentiel du cycle de vie de la production électronique. La fabrication de PCB emploie de nombreux nouveaux domaines technologiques et cela a permis d'apporter des améliorations significatives à la fois dans la réduction de la taille des composants et des pistes utilisés, et dans la fiabilité des cartes.


Voir la vidéo: Projet: Mini CNC pour fabriquer des PCB WIP! (Décembre 2020).