Que sont les traces de circuits imprimés ?

Les pistes du circuit imprimé sont gravées directement sur le substrat des cartes. On les appelle aussi chemins. Ces pistes sont similaires à des fils. Leur fonction principale est de transférer des signaux ou de l'énergie aux composants du circuit imprimé, comme les relais, les résistances, les bornes, les boîtiers de condensateurs et les conducteurs. Comment les ingénieurs PCB gèrent-ils cette situation ? Ils fabriquent des pistes à partir d'une feuille de cuivre de faible largeur.

Ce qui est intéressant, c'est que ces traces ont transformé le monde de l'électronique. Par exemple, elles éliminent complètement les méthodes de câblage traditionnelles. Les fabricants les utilisent aujourd'hui pour leur fiabilité et comme voies standardisées.

Que sont les traces de circuits imprimés ?

En termes simples, les pistes de circuits imprimés sont les fines lignes métalliques que l'on voit généralement sur un circuit imprimé. Il suffit de les considérer comme de minuscules routes empruntées par l'électricité. Ainsi, lorsqu'on met un appareil sous tension, l'électricité circule le long de ces pistes. Le but est de connecter tous les composants entre eux.

Vous voyez, ces pistes sont cruciales, car sans elles, vos appareils électroniques ne fonctionneraient pas du tout ! L’essentiel est qu’elles remplacent les fils encombrants, rendant les appareils plus petits et plus fiables. Pourquoi est-ce important ? Parce que presque tous les gadgets que vous utilisez en sont équipés.

Matériaux des pistes de circuits imprimés

Découvrez ces matériaux courants de traces de PCB :

● Cuivre (Cu)

● Aluminium (Al)

● Argent (Ag)

● Or (Au)

● Nickel (Ni)

Cuivre (Cu)

Les fabricants de circuits imprimés utilisent couramment le cuivre (Cu). Par conséquent, il est utilisé dans la construction de circuits imprimés fins pour la transmission des signaux. Saviez-vous qu'il offre des caractéristiques exceptionnelles ? Cela en fait un choix incontournable, notamment en termes de conductivité électrique, de prix abordable et de compatibilité.

Les caractéristiques uniques du cuivre et ses performances aident les ingénieurs à produire des appareils électriques performants. C'est le matériau le plus utilisé en raison de sa durabilité, de sa fiabilité et de sa résistance aux manipulations.

Propriétés :

● Haute conductivité électrique

● Conductivité thermique

● Ductilité

● Économique

● Résiste à la rouille

● Rapport résistance/poids

● Fiabilité

Applications :

Lignes de transmission microruban

 Les pistes de cuivre sont utilisées pour améliorer les signaux haute fréquence des lignes de transmission microruban. Vous pouvez personnaliser les pistes de cuivre avec des largeurs et des épaisseurs personnalisées.

Amplificateurs de puissance

 Les fabricants utilisent des traces de cuivre dans les amplificateurs de puissance afin de pouvoir distribuer la puissance et réguler le niveau de sortie.

Circuits haute fréquence

Les traces de cuivre améliorent les performances des circuits haute fréquence, notamment des radars et des systèmes de communication. Elles offrent une bonne conductivité électrique et une faible résistance de commande.

Identification par radiofréquence (RFID)

 Le fabricant fixe des pistes de cuivre à l'identification par radiofréquence. Celles-ci transmettent les données sans fil. Elles sont également utilisées à des fins de stockage.

Dispositifs MEMS

 Ces traces sont utilisées dans les dispositifs microélectromécaniques. Elles combinent les éléments mécaniques et électroniques en un seul trajet.

Panneaux solaires

 Les panneaux solaires sont destinés à des applications extérieures. Ils nécessitent des matériaux aux propriétés exceptionnelles, capables de résister à la corrosion et aux conditions environnementales critiques. C'est pourquoi les ingénieurs ont intégré des traces de cuivre dans les circuits imprimés des panneaux solaires.

L'intégrité du signal

Les pistes de cuivre sont largement utilisées dans les appareils électroniques. Elles améliorent l'intégrité du signal et réduisent les interférences électromagnétiques (IEM) et la diaphonie.

Aluminium (Al)

Comme nous le savons tous, l'aluminium est utilisé dans les techniques de fabrication depuis des décennies. Il est facilement disponible sur le marché. Ce métal présente une excellente résistance à la corrosion. Les pistes de circuits imprimés en aluminium sont fabriquées grâce à un procédé de fabrication appelé « noyau métallique ».

L'utilisation d'alliages d'aluminium pour la fabrication de pistes de circuits imprimés est essentielle pour la fabrication de produits légers. Leur conductivité thermique contribue à dissiper la chaleur générée lors des opérations de transmission.

Propriétés :

● Conductivité électrique inférieure

● Excellente conductivité thermique

● Léger

● Protection contre la corrosion

● Durable

● Fiable

Applications :

Électronique cryogénique

 Les pistes d'aluminium fonctionnent comme un câblage supraconducteur, permettant l'alimentation du signal. C'est pourquoi elles maintiennent un flux de puissance élevé à des températures cryogéniques. Cela nécessite des températures basses. Les produits électroniques cryogéniques sont des outils de recherche et des instruments scientifiques de pointe en informatique quantique.

PCB transparents pour systèmes à rayons X

 Les traces d'aluminium contiennent des numéros atomiques. Elles sont utilisées pour leur plus faible atténuation des rayons X dans les systèmes à rayons X. Elles réduisent considérablement l'absorption du rayonnement par rapport au cuivre. Ces traces deviennent transparentes lorsque l'utilisateur effectue une radiographie d'un objet, ce qui permet d'obtenir des résultats d'observation clairs.

Applications des faisceaux nucléaires

Comme nous l'avons vu, les alliages d'aluminium offrent une bonne conductivité thermique. C'est pourquoi les fabricants les utilisent pour des applications de faisceaux nucléaires, qui présentent des niveaux de rayonnement élevés. Les traces d'aluminium gèrent la dissipation thermique. Les méthodes de détection, l'instrumentation nucléaire et l'électronique des accélérateurs de particules utilisent ces traces, ce qui contribue à réduire la production de chaleur.

Systèmes d'éclairage à DEL

 L'éclairage LED continue de produire de la chaleur pendant son fonctionnement. Il nécessite des éléments qui évacuent cette chaleur excessive. Les pistes en aluminium constituent la meilleure solution pour contrôler la surchauffe.

Aéronautique et automobile

 Les consommateurs utilisent des traces d'aluminium dans divers systèmes industriels. Ces traces éliminent la surchauffe pendant le fonctionnement. Dans les industries aérospatiale et automobile, les traces d'aluminium sont utilisées dans les véhicules, les avions, les produits ménagers et les appareils grand public. Ces appareils intègrent des traces d'aluminium comme dissipateur thermique.

Argent (Ag)

L'argent est moins cher que l'or. Il offre une conductivité thermique élevée et une résistance à la corrosion optimale, ce qui permet d'améliorer les soudures. Les fabricants utilisent ce matériau pour améliorer la finition de surface du cuivre. Il forme ainsi une couche protectrice sur les pistes des circuits imprimés.

Propriétés :

● Dissipe efficacement la chaleur.

● Conductivité électrique la plus élevée.

● Résiste mieux à l’oxydation que le cuivre.

● Cher

Applications :

Cartes de circuits imprimés à haute fréquence

Les pistes en argent ont une bonne capacité de courant, ce qui favorise la transmission du signal. Elles éliminent les interruptions de signal à hautes fréquences. Elles sont utilisées dans les circuits et produits RF pour une transmission précise du signal.

Appareils médicaux

  Les traces d'argent sont utilisées dans les stimulateurs cardiaques et les appareils de diagnostic. Leur objectif principal ? Ces traces sont insérées dans les circuits imprimés pour améliorer les performances des équipements. Elles permettent de recueillir des informations précises sur les machines sensibles.

Systèmes militaires

L'argent métallique est un substitut économique au cuivre. Il est donc largement utilisé dans les systèmes militaires. Il protège les applications marines des conditions extrêmes.

Electronique

Les entreprises de PCB comme PCBasic se concentrent sur la fabrication de produits électroniques sûrs et fiables. Les traces d'argent fournissent une couche supplémentaire pour la soudure au circuit imprimé, augmentant ainsi la durée de vie et la résistance à l'usure de l'application.

Or (Au)

L'or est un matériau coûteux comparé aux autres métaux. Cependant, il possède de nombreuses propriétés. Il peut être utilisé pour créer des traces durables sur des circuits imprimés. Outre ses principales caractéristiques (résistance à la corrosion, flexibilité et capacité thermique), il permet une liaison solide entre les fils. Ce matériau est biocompatible et fond rapidement. Le fabricant peut recycler ce composant pour une production à rendement innovant.

Propriétés :

● Excellente résistance à l'oxydation et à la corrosion

● Biocompatible

● Finition de surface

● Coûteux

● Flexibilité

● Facile à faire fondre

● Bonne soudure

● Sans plomb

Applications :

Connecteurs de bord et contacts de commutation

 L'or est utilisé dans les circuits imprimés pour recouvrir les connecteurs de bord et les contacts des commutateurs. Cela contribue à la stabilité des connexions dans le temps.

Microélectronique

La microélectronique, comme les circuits intégrés ou les semi-conducteurs, joue un rôle important dans les circuits imprimés. C'est pourquoi l'or est choisi pour stabiliser ses propriétés conductrices.

Équipement électronique

 Les colonnes plaquées or sont utilisées dans les appareils électroniques tels que les ordinateurs, les objets connectés et les smartphones. Elles sont connectées à la carte mère via des circuits secondaires.

Engins spatiaux et satellites

 Les applications spatiales et satellitaires utilisent des traces d'or dans les circuits imprimés pour résister aux climats dangereux. Ces traces contrôlent efficacement leurs systèmes de transmission et d'alimentation.

Nickel (Ni)

Le nickel est couramment utilisé pour créer des doubles couches sur les plaques de cuivre des circuits imprimés. La première couche protège les plaques de la rouille et de l'oxydation. De même, la seconde couche prolonge leur durée de vie. Ce métal agit également comme une barrière entre les pièces à souder et le cuivre.

Propriétés :

● Offre une forte résistance à l’oxydation.

● Améliorer la durée de vie

● Soudabilité

● Conductivité électrique modérée

● Dureté

Applications :

Placage ENIG

Le circuit imprimé est plaqué or par immersion au nickel chimique, ce qui lui confère une couche de protection supplémentaire contre l'oxydation.

Trous traversants plaqués

 L'ingénieur utilise du nickel pour plaquer des trous traversants. Cela améliore la résistance mécanique des circuits imprimés multicouches.

Connecteurs et points de contact

 Les connecteurs et les points de contact des circuits imprimés nécessitent une intégration solide pour une utilisation à long terme. C'est pourquoi le nickel est utilisé pour la soudure et la connexion des composants.

Épaisseur des traces de PCB

L'épaisseur d'une piste de circuit imprimé correspond à sa largeur et à sa hauteur. Elle peut être déterminée en fonction de la conception du projet. Généralement, l'épaisseur d'une piste de circuit imprimé varie de 0.008 pouce à 0.240 pouce. Tenez compte des facteurs suivants pour déterminer l'épaisseur d'une piste de circuit imprimé :

● Épaisseur standard

● Largeur de trace

● Terminaison de trace

● Calculateur de taille de trace

Epaisseur standard

L'épaisseur standard des pistes de circuits imprimés pour les applications simples à industrielles est d'environ 0.5 oz/pi² à 2 oz/pi². Cependant, les projets exigeant une alimentation haute tension nécessitent 2 oz/pi² ou plus.

Largeur de trace

La largeur de piste est généralement déterminée par le constructeur du circuit imprimé. Elle correspond à la fine ligne conductrice de cuivre qui transmet les signaux.

Fin de la trace

Il est également important de rappeler au lecteur que la jonction des pistes et des pastilles influence également l'épaisseur des pistes. La largeur des pistes est principalement déterminée par la largeur des pastilles dans les empreintes SOIC.

Calculateur de taille de trace

Les fabricants de circuits imprimés utilisent également des calculateurs de taille de piste pour évaluer l'épaisseur des pistes. Cela les aide à choisir les dimensions appropriées pour éviter les risques de surchauffe et de choc électrique.

Largeur des traces de PCB en fonction du courant

Quelle est la relation entre la largeur de piste d'un circuit imprimé et le courant ? En termes simples, la relation entre la largeur de piste et le courant indique la capacité de transmission. L'épaisseur de la piste influence considérablement la tension, que ce soit pour les courants faibles ou élevés. Par conséquent, le choix de la bonne taille est essentiel pour accroître la fiabilité du circuit imprimé.

Calcul de la largeur des traces de circuits imprimés pour le courant :

● Norme IPC-2221

● Facteurs à prendre en compte

Norme IPC-2221

L'IPC-2221 est l'approche la plus efficace. Elle aide les fabricants à déterminer précisément l'épaisseur des traces. Elle indique plusieurs aspects cruciaux sous forme de formules et de graphiques de capacité de courant et d'échauffement. Consultez le tableau ci-dessous pour vous guider dans le choix de l'épaisseur. Cette méthode est basée sur la capacité de courant des couches externes et internes.

Facteurs à considérer

● Flux de courant

● Augmentation de température admissible

● Couche PCB

Comment réparer les traces de circuits imprimés ?

Ainsi, lorsqu'une piste se brise sur un circuit imprimé, vous pouvez la réparer vous-même. L'essentiel est de créer un nouveau chemin pour la circulation du courant. Commencez par nettoyer la zone endommagée avant de réparer le circuit imprimé. En effet, toute saleté empêchera la réparation de tenir. Utilisez ensuite de la peinture conductrice, de la soudure ou un fil fin pour reconnecter la piste brisée.

 Il est essentiel de s'assurer que la nouvelle connexion est solide et assure un contact parfait. Pourquoi est-ce important ? Parce qu'une réparation défectueuse est vouée à l'échec. Compris ? Une réparation de circuit imprimé impeccable vous évitera de remplacer la carte entière !

Conclusion

Les pistes de circuits imprimés constituent les chemins standards des cartes de circuits imprimés. Elles répartissent la transmission des signaux entre tous les éléments. Le fabricant peut choisir parmi plusieurs matériaux pour la construction des pistes souhaitées. Ces pistes sont largement utilisées dans de nombreuses applications pour garantir l'intégrité du signal. L'épaisseur et la largeur des pistes ont un impact direct sur leurs performances. Il est donc important de prendre en compte ces aspects spécifiques lors de la conception de pistes de circuits imprimés fonctionnelles.