Les circuits imprimés double face (PCB) représentent une avancée cruciale en matière de conception et de fabrication électronique. Ces cartes polyvalentes, également appelées PCB double couche, jouent un rôle essentiel dans le monde complexe de l'électronique en offrant une plateforme pour des circuits plus complexes et compacts.
Contrairement à leurs homologues simple face, les circuits imprimés double face offrent une conception en couches qui facilite l'intégration de nombreux composants, améliorant ainsi la fonctionnalité et l'efficacité globales des appareils électroniques. Plongeons-nous dans les subtilités des circuits imprimés double face, découvrant leur importance, leurs applications et les technologies innovantes qui les propulsent au premier plan de l'ingénierie électronique moderne.
Comment sont fabriqués les circuits imprimés double face ?
Le processus de fabrication des PCB est complexe. Après quelques étapes, la carte brute devient un PCB double face. Préparez-vous à découvrir les étapes de fabrication d'un PCB double face.
Étape 1 : Conception de circuits imprimés
Tout commence par la conception du schéma, puis par la conception du circuit imprimé. Au cours de ce processus, de nombreux logiciels de conception de circuits imprimés sont sélectionnés.
Étape 2 : Conception du schéma de circuit imprimé
Une fois la conception principale terminée, vous pouvez commencer à concevoir le circuit imprimé. Imprimez ensuite le plan du circuit imprimé sur papier glacé avec une imprimante laser. Veillez toutefois à inverser l'image du circuit imprimé de la couche supérieure avant de l'imprimer. Sinon, votre circuit sera inversé.
Étape 3 : Sélection des matériaux pour les PCB
Ensuite, vous devez sélectionner le matériau le mieux adapté à vos besoins. Certains matériaux et marques ont des qualités distinctes ; choisissez donc celui qui correspond à votre configuration. Par exemple, si vous optez pour une carte ignifuge, vous pouvez utiliser du Fr-4, un substrat de base couramment utilisé pour les circuits imprimés.
Cependant, lors du choix d'un circuit imprimé haute vitesse et haute fréquence, nous vous conseillons d'éviter le Fr-4, car il est inapproprié. Vous pouvez donc opter pour des matériaux haute fréquence, notamment les séries RT5000/6000 de Rogers, TLX de Tacanic, etc.
Étape 4 : Découpe du CCL (stratifié plaqué cuivre)
Le processus commence par la découpe de feuilles de laminé cuivré (CCL) aux dimensions requises. Le CCL est constitué d'une fine couche de cuivre laminée sur un substrat non conducteur. La précision de la découpe garantit des dimensions adéquates pour les étapes suivantes.
Étape 5: forage
Des trous précis sont percés dans le CCL pour créer les emplacements des vias et des trous de composants. Ces trous sont placés stratégiquement en fonction de la conception du circuit et faciliteront ultérieurement la connexion entre les couches supérieure et inférieure du PCB.
Étape 6 : Dépôt de cuivre autocatalytique - Placage des trous traversants
Les trous percés subissent un dépôt de cuivre autocatalytique. Ce procédé consiste à recouvrir l'intérieur des trous d'une fine couche de cuivre, créant ainsi un chemin conducteur entre les couches supérieure et inférieure. Ce procédé est essentiel pour établir les connexions électriques dans le circuit imprimé final.
Étape 7 : Photographie et impression du circuit
Un matériau photosensible est appliqué sur la surface du CCL. Le motif du circuit est ensuite imprimé sur le matériau photosensible à l'aide d'un masque photosensible UV. Les zones exposées à la lumière subissent une modification chimique, créant le motif pour la gravure ultérieure.
Étape 8 : Placage de motifs
Une fine couche de cuivre est électrodéposée sur les zones exposées du CCL, renforçant ainsi le motif du circuit. Cette couche de cuivre supplémentaire améliore la conductivité des pistes et prépare la carte pour les étapes suivantes.
Étape 9 : Développement et gravure
Lors de la phase de « développement et gravure » de la fabrication d'un circuit imprimé double face, la précision et les procédés chimiques s'allient pour affiner le motif complexe du circuit sur le laminé cuivré (CCL). Après le placage du motif, qui consiste à appliquer une couche de cuivre supplémentaire par galvanoplastie sur les zones exposées, la carte est recouverte d'une résine photosensible.
Cette résine photosensible sert de couche protectrice. Les étapes suivantes consistent à l'exposer à la lumière UV à travers un masque portant l'image négative du motif de circuit souhaité. La lumière UV induit une modification chimique de la résine photosensible dans les zones exposées.
La gravure nécessite l'immersion de la carte dans une solution acide comme le chlorure ferrique. Cette solution dissout chimiquement le cuivre nu, ne laissant que les pistes et les pastilles de circuit recouvertes de résine photosensible. Une fois la gravure terminée, la carte est soigneusement rincée pour éliminer le produit de gravure. Retirez la résine photosensible développée pour révéler le motif gravé.
Étape 10 : Inspection optique automatique (AOI)
Vient ensuite l'inspection optique automatique (AOI), une mesure de contrôle qualité sophistiquée qui garantit la précision et la fiabilité du produit. Une fois le motif du circuit gravé sur le laminé cuivré (CCL), le circuit imprimé subit l'AOI, une inspection optique cruciale utilisant une technologie moderne.
Un système contrôlé par ordinateur équipé de caméras haute résolution prend des photos détaillées de la surface du PCB pendant l'AOI. Ensuite, de puissants algorithmes de reconnaissance de formes analysent ces photographies. Le programme AOI détecte systématiquement les écarts de configuration du circuit en comparant les images collectées aux paramètres de conception prévus.
Étape 11 : Test de la sonde volante
La fabrication de circuits imprimés nécessite des tests pour garantir leur bon fonctionnement. Des courts-circuits, des circuits ouverts ou d'autres problèmes peuvent survenir. Par conséquent, le circuit imprimé doit être vérifié avant expédition. Pour cela, utilisez le test de sonde volante, qui consiste à faire passer le courant par des sondes sur des connexions. Ce test permet de tester le fonctionnement du circuit. Si les sondes sont reliées à deux voies sans connexion, le courant ne devrait pas passer. Une fois le test réussi, le circuit imprimé est prêt à être utilisé.
Caractéristiques et avantages des circuits imprimés double face
Voici quelques-uns des avantages des circuits imprimés double face :
Densité de composants plus élevée
L'un des avantages d'un circuit imprimé double face est la possibilité d'y placer des composants, ce qui double sa valeur. Il est ainsi possible d'intégrer davantage de circuits et de composants électroniques dans un espace réduit. Garantir une densité maximale de composants est crucial pour les produits nécessitant un encombrement minimal et une miniaturisation, comme les objets connectés et les appareils mobiles. De plus, la structure biface d'un circuit imprimé double face optimise l'agencement pour des produits compacts et une densité optimale.
Choix de routage supplémentaires
Lorsqu'un circuit imprimé double face comporte des vias et des pistes sur les deux couches, les concepteurs disposent de plus d'options pour assembler les composants. Une face peut acheminer les communications haut débit ou cruciales, tandis que l'autre peut être utilisée pour les pistes moins critiques. De plus, des rôles spécialisés, tels que les plans de masse ou la distribution d'énergie, peuvent être attribués aux couches supérieure et inférieure.
Précision du signal améliorée
L'intégrité du signal est la préservation de sa puissance et de sa qualité lors de sa propagation sur le circuit imprimé. Installez un plan de masse continu sur la couche inférieure pour une mise à la terre de référence optimale des signaux sur la couche supérieure d'une carte double face. Cela garantit l'intégrité des communications et une meilleure isolation contre les interférences. Des plans de masse robustes sont essentiels pour les conceptions haute fréquence.
Optimisation améliorée de la mise en page
Le placement des composants et des lignes de routage des deux côtés permet une implantation PCB double face hautement optimisée. Il est possible d'agencer les composants et les circuits de manière à réduire la longueur des fils, à diminuer les interférences entre les pistes et à respecter les réglementations en matière d'émissions. De plus, il est possible de répartir intelligemment les zones denses de la carte entre les faces.
Applications des cartes PCB double face
Les circuits imprimés double face sont abordables et capables de gérer des circuits complexes, ce qui explique leur utilisation fréquente. On les retrouve notamment dans des appareils électroménagers comme l'éclairage LED et les centrifugeuses.
De plus, les applications d'alimentation avancées comme les convertisseurs, les onduleurs, les onduleurs et les alimentations utilisent également ces circuits imprimés. Comme chacun sait, la demande croissante en énergies renouvelables fait des PCB double face un sujet de conversation incontournable. Examinons donc quelques-unes de leurs applications :
● Les systèmes UPS
● Alimentation de puissance
● HVAC
● Convertisseurs
● Éclairage LED
● Régulateurs
● Systèmes téléphoniques
● Disques durs
● Imprimantes
● Amplificateurs
● Tableaux de bord automobiles
Ce ne sont là que quelques exemples. Vous les trouverez facilement dans vos appareils du quotidien.
PCB simple face, double face ou multicouches
Voici un tableau simple pour vous aider à comprendre la différence fondamentale entre les circuits imprimés simple face, double face et multicouches :
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Fonctionnalité
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PCB simple face
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PCB double face
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PCB Multilayer
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Définition
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PCB avec une couche de matériau conducteur
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PCB avec deux couches de matériau conducteur
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PCB avec trois couches ou plus de matériau conducteur
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Construction
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Un côté pour le matériau conducteur et l'autre pour les composants
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Couches supérieures et inférieures pour matériau conducteur
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Plusieurs couches de matériau conducteur laminées
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Complexité
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Simple et basique
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Plus complexe que les cartes simple face, mais moins que leurs homologues multicouches
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Grande complexité due aux multiples couches et connexions
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Prix
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À bas prix
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Coût modéré
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Coût plus élevé par rapport aux cartes PCB simple face et double face
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Applications
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Systèmes de caméras, équipements audio, alimentations, calculatrices, disques SSD, imprimantes, surveillance, etc.
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Systèmes d'éclairage LED, distributeurs automatiques, amplificateurs, tableaux de bord de voiture, commandes industrielles, systèmes téléphoniques, etc.
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Fibre optique, smartphones, systèmes GPS, équipements scientifiques et spatiaux, moniteurs cardiaques, accélérateurs atomiques, etc.
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Conclusion
En conclusion, l'utilisation de circuits imprimés double face représente une avancée majeure en conception électronique, car elle crée une plateforme permettant de combiner facilement des circuits complexes et compacts. Le processus de production est exécuté avec soin, de la conception du circuit à l'inspection optique automatique (AOI) finale et au test à sonde mobile. Cela garantit la précision et la fiabilité du produit.
De plus, comme les circuits imprimés double face présentent des avantages tels qu'une plus grande densité de composants, des options de routage et une meilleure optimisation de la disposition, ils sont essentiels dans de nombreux domaines, des produits domestiques aux systèmes d'alimentation de haute technologie.
À mesure que la technologie progresse, les circuits imprimés double face jouent un rôle de plus en plus important dans l'alimentation et l'optimisation des appareils électroniques. Cela stimule l'innovation dans une ingénierie électronique en constante évolution.
