La fabrication de circuits imprimés a connu des avancées technologiques considérables. Les concepteurs modernes ont réalisé de nombreuses avancées dans le montage de nouveaux circuits imprimés pour répondre aux besoins de leurs clients. Auparavant, des trous et des vias métallisés étaient utilisés pour créer des interconnexions entre plusieurs couches de circuits imprimés. Cependant, cela n'a pas suffi à interconnecter les circuits imprimés entre eux.
Lors du processus de conception, vous constaterez que certaines fonctionnalités peuvent être obtenues en empruntant un circuit imprimé existant et en l'intégrant à votre conception pour concrétiser votre idée. Par exemple, si vous réalisez un projet IoT impliquant une connectivité Wi-Fi, il n'est pas nécessaire de concevoir le circuit Wi-Fi de A à Z. Emprunter des modules courants comme l'ESP32-WROOM-32E suffit. Cependant, on peut se demander comment le module Wi-Fi est connecté à votre conception. C'est là que les circuits imprimés crénelés entrent en jeu. L'ESP32-WROOM-32E est un exemple de module PCB intégrant la technologie crénelée. Cet article présente les circuits imprimés crénelés et vous aide à les comprendre en détail.
Figure 1: Module ESP32-WROOM-32E avec trous crénelés
Que sont les PCB crénelés ?
Les circuits imprimés crénelés sont des circuits imprimés dotés de trous de montage uniques, appelés trous crénelés. Ces trous sont placés sur le bord du circuit imprimé. Ils permettent aux concepteurs de monter des circuits imprimés sur un autre circuit imprimé grâce à un procédé appelé soudure carte à carte. Tout comme les trous traversants et les vias, les trous crénelés sont métallisés pour améliorer la conductivité. Les trous crénelés sont généralement divisés en deux. Ces caractéristiques sont privilégiées pour le montage en surface.
Figure 2 : Trous crénelés sur la périphérie d'un PCB
Grâce à leurs trous crénelés, les PCB bénéficient de divers avantages qui les rendent adaptés à de multiples utilisations, telles que :
· Intégration de modules aux circuits imprimés hôtes : divers modules tels que GPRS, GPS, Wi-Fi et Bluetooth sont dotés de trous de crénelage, ce qui permet
· Processus de prototypage : grâce aux trous crénelés, les concepteurs et les innovateurs sont assurés de tests de produits, de prototypage et d'assemblage simplifiés.
· Possibilité de miniaturisation des PCB : Avec l'avènement des PCB crénelés, il a été possible de développer des modules qui peuvent être installés dans des zones limitées, réduisant ainsi la taille des PCB.
· Durabilité améliorée du PCB : les trous crénelés ont amélioré la structure mécanique des PCB, les rendant ainsi plus durables.
· Stabilité électrique améliorée : les circuits imprimés dotés de trous crénelés présentent de meilleures propriétés électriques. Ces trous crénelés plaqués améliorent l'interconnexion entre les circuits imprimés, améliorant ainsi leur stabilité électrique.
Types de crénelage dans les circuits imprimés à crénelage
Les créneaux dans les circuits imprimés à créneaux peuvent être classés en créneaux complets, partiels et décalés.
Créneaux complets
Les créneaux complets des circuits imprimés sont formés en divisant par deux les trous métallisés situés sur le bord du circuit imprimé. On obtient ainsi des trous semi-circulaires entièrement métallisés (voir figure 2). Ce placage complet vise à améliorer la robustesse mécanique et la continuité électrique.
Pour former des créneaux complets, des trous complets sont percés près du bord du circuit imprimé. Le bord est fraisé, laissant la moitié du trou traversant intacte. Enfin, l'ensemble de la forme est cuivré.
Les créneaux complets sont utilisés dans les domaines suivants :
· Soudure de bord de PCB : Parfois, en tant que concepteur ou fabricant, vous souhaitez attacher certains modules, tels que le module cellulaire SIM800L, les modules WI-FI ESP32, etc., à votre PCB hôte, et la crénelure complète vient à votre secours.
· Mise à la terre : Des créneaux complets sont utilisés comme blindages dans les zones où les interférences électromagnétiques et radiofréquences sont prioritaires.
· Interconnexions électriques : La crénelure complète est adaptée à la fabrication de cartes empilables en assurant la continuité électrique.
· Prototypage et tests : Au cours de la conception initiale du projet, les prototypes utilisent des techniques de créneaux complets qui fournissent des points de test pour tester les performances des PCB ou même connecter des PCB externes qui pourraient aider pendant les tests.
Créneaux partiels
Les créneaux partiels s'inspirent des créneaux complets. La différence réside dans le fait que, pour les créneaux partiels, les gravures en U ne sont pas entièrement plaquées. Ce type de créneaux présente également une faible profondeur. Contrairement aux créneaux complets, ils ne traversent pas toute l'épaisseur du circuit imprimé.
Les créneaux partiels sont utilisés dans les PCB qui présentent les caractéristiques suivantes :
· Contrainte d'espace : certains PCB ont un espace limité, interdisant les créneaux complets ; à ce stade, un créneaux partiel est nécessaire.
· Interconnexions moins critiques : les créneaux partiels sont utilisés lorsqu'une connexion mécanique robuste n'est pas indispensable. Ils sont privilégiés car ils réduisent le coût du circuit imprimé.
· Points de signal de circuit flexible : les créneaux partiels sont utilisés dans les circuits flexibles car ils fournissent des points d'ancrage pour les signaux plus faibles.
Créneaux décalés
Les créneaux décalés ont été plaqués en deux à travers des trous disposés irrégulièrement le long du bord du circuit imprimé. Contrairement aux créneaux entiers ou partiels, où les gravures présentent une profondeur, une hauteur et un positionnement uniformes, les créneaux décalés présentent différentes variations de caractéristiques similaires. Les créneaux peuvent être entièrement ou partiellement plaqués.
Les créneaux décalés sont utilisés dans les domaines suivants :
· HDI : Les circuits imprimés HDI (High-Density Interconnect) comportent de nombreux composants dans une zone limitée. Ces circuits imprimés multicouches ont une surface d'interconnexion limitée. Des créneaux décalés sont utilisés pour assurer l'interconnexion.
· Cartes de dérivation : les créneaux décalés sont adaptés dans les circuits imprimés modulaires où la connectivité peut être nécessaire à tout moment sans interférer avec la résistance de la même carte.
Circuits imprimés à créneaux : configurations de créneaux
En plus des trois types de créneaux dans les PCB, les concepteurs utilisent trois configurations dans les PCB crénelés : les créneaux à une rangée, à deux rangées et entrelacés.
Crénelage à une seule rangée
La configuration la plus courante des créneaux est celle à une seule rangée, constituée d'une seule rangée d'encoches situées le long du bord du circuit imprimé. Chaque créneau est indépendant et doté d'un placage de cuivre pour améliorer la connectivité avec les autres circuits imprimés.
Les créneaux à une seule rangée sont faciles à concevoir et offrent des connexions mécaniques robustes, des propriétés électriques adéquates, une surface de soudure aisée et une excellente compatibilité avec les connecteurs. Cependant, ils présentent des limites, notamment des surfaces de contact limitées. En effet, une seule rangée offre des créneaux limités pour la connectivité et est inadaptée aux circuits imprimés HDI et autres circuits imprimés complexes.
Crénelage à double rangée
La crénelure à double rangée comporte deux couches parallèles d'encoches sur le bord du circuit imprimé. Le nombre de points de contact est doublé, ce qui améliore la connectivité tout en conservant la taille du circuit imprimé.
Il offre une conception compacte adaptée à l'interface HDI, permettant l'interfaçage de cartes filles avec des cartes mères et des périphériques plus complexes impliquant de nombreux protocoles de communication. Cependant, ce type de configuration présente des limites en raison de coûts de fabrication élevés, d'une conception complexe et de difficultés d'assemblage.
Crénelage entrelacé
Dans une configuration à créneaux entrelacés, les créneaux sont décalés sur le bord du circuit imprimé, sur deux rangées ou plus. Autrement dit, la disposition adopte un motif en zigzag. Cela augmente les surfaces de connectivité tout en maximisant l'espacement.
Le crénelage entrelacé offre une surface de connexion accrue, une flexibilité de routage et une meilleure intégrité du signal que les autres solutions. Cependant, son assemblage est relativement coûteux et complexe, et nécessite des techniques de fabrication plus avancées.
Conception de circuits imprimés crénelés
La fabrication de circuits imprimés crénelés nécessite des connaissances, des techniques et des équipements avancés. Avant la fabrication, vous devez prendre en compte les points suivants lors de la conception de votre projet :
· Spécifications : le diamètre minimal du trou crénelé doit être de 0.6 mm et le diamètre maximal de 1.2 mm. Le domaine d'application détermine la taille à choisir. L'ensemble doit être cuivré pour améliorer la conductivité et la soudabilité.
· Prévention des courts-circuits : les trous crénelés environnants sont recouverts d'un masque de soudure pour éviter les courts-circuits. Ce masque améliore également l'apparence de la carte.
· Placage des bords du PCB : Le bord du PCB doit être cuivré pour garantir que le PCB possède une surface conductrice.
· Produire des morsures de souris : les circuits imprimés crénelés présentent des morsures de souris sur les bords. Ces minuscules perforations facilitent la fixation et le détachement des circuits imprimés sans altérer l'intégrité du signal.
Applications des PCB crénelés
Les PCB crénelés sont utilisés dans les domaines suivants :
· Tests et prototypage : Lors de la fabrication, des circuits imprimés crénelés sont utilisés pour tester les cartes afin de garantir qu'elles répondent aux exigences attendues.
· Utilisé dans les appareils IoT : les appareils tels que les modules GPRS, GSM, GPS, Bluetooth et Wi-Fi adoptent la technologie crénelée pour une intégration facile.
· Systèmes de gestion de l'alimentation : les systèmes BMS qui nécessitent une connexion transparente adoptent la technologie PCB crénelée.
Défis des PCB crénelés
Outre leurs nombreux avantages et leur utilisation, les circuits imprimés crénelés présentent de nombreux défis. Leur processus de fabrication est très complexe. Manipulé sans précaution, le placage crénelé peut être endommagé. Cette technologie n'est pas envisageable pour les circuits imprimés à courant élevé, ce qui implique des limites de conception. Un autre défi réside dans la soudure. Si la soudure n'est pas effectuée avec précision, les trous crénelés peuvent être obstrués.
Conclusion
Les circuits imprimés crénelés ont trouvé leur place dans l'univers de l'électronique moderne. Leur apparition a permis l'interconnexion des circuits imprimés. Grâce à leur polyvalence, l'IoT, les systèmes embarqués, le prototypage et l'innovation ont atteint la qualité attendue. Cependant, les concepteurs doivent posséder des connaissances préalables pour exploiter pleinement la technologie des circuits imprimés crénelés.
Les amateurs et les concepteurs bénéficient de la robustesse électrique et mécanique des circuits imprimés crénelés. Leur facilité de soudure, leur conductivité thermique et leur résistance mécanique ont permis la réalisation de projets plus performants et plus avancés. Consultez notre site web, PCBASICS, pour en savoir plus sur nos services concernant les circuits imprimés crénelés.
