Cet article explique en détail la construction des circuits imprimés, la terminologie courante utilisée dans ce domaine, une brève introduction aux méthodes d’assemblage et un aperçu du processus de conception.

La naissance des circuits imprimés

Avant l’avènement des circuits imprimés, les circuits étaient construits à l’aide d’un câblage point à point. Cette méthode était très peu fiable car, avec le vieillissement des circuits, des fissures dans le câblage pouvaient provoquer des déconnexions ou des courts-circuits aux nœuds.

Le wrapping a constitué une avancée majeure dans la technologie des circuits. Cette méthode améliorait la durabilité et la remplaçabilité des circuits en enroulant un fil de petit diamètre autour des bornes aux points de connexion.

Avec l’évolution de l’industrie électronique, passant des tubes à vide et des relais aux semi-conducteurs en silicium et aux circuits intégrés, la taille et le prix des composants électroniques ont diminué.

La fréquence croissante des produits électroniques sur le marché grand public a incité les fabricants à rechercher des solutions plus compactes et plus économiques, ce qui a donné naissance aux circuits imprimés (PCB).

Les composants des PCB

Les PCB ressemblent à des gâteaux à étages ou à des lasagnes : des couches de différents matériaux sont assemblées par la chaleur et des adhésifs.

Matériau de base des PCB

Le matériau de base d’un PCB est généralement la fibre de verre. Dans la plupart des cas, il s’agit du FR4. Ce matériau solide confère au PCB sa rigidité et son épaisseur.
Outre le FR4, il existe également des circuits imprimés flexibles fabriqués à partir de plastiques flexibles haute température (polyimide ou similaire).

Les circuits imprimés et les plaques perforées bon marché (voir l’image ci-dessus) sont fabriqués à partir de matériaux comme l’époxy ou le phénolique. Leur durabilité est inférieure à celle du FR4, mais leur prix est bien plus abordable. Une forte odeur se dégage lors de la soudure sur ces cartes.

Ce type de matériau de base est souvent utilisé dans les produits grand public d’entrée de gamme. Les matériaux phénoliques ont une faible température de décomposition thermique. Une soudure prolongée entraîne leur décomposition et leur carbonisation, dégageant une odeur désagréable.

Feuille de cuivre

Nous allons maintenant présenter une très fine couche de feuille de cuivre. Lors de la production, la feuille de cuivre est laminée sur le matériau de base à l’aide de chaleur et d’adhésif. Sur les cartes double face, la feuille de cuivre est laminée sur les deux faces du matériau de base. Dans certaines applications économiques, la feuille de cuivre peut n’être laminée que sur une seule face du substrat. Lorsqu’on parle de « carte double face » ou de « carte bicouche », on parle de deux couches de feuille de cuivre.

Bien entendu, les conceptions de circuits imprimés peuvent comporter une seule couche de cuivre ou jusqu’à 16 couches.

L’épaisseur du cuivre varie considérablement et se mesure en poids, généralement exprimé en onces (oz) par pied carré.

La plupart des circuits imprimés ont une épaisseur de cuivre de 28 g, mais certains circuits imprimés haute puissance peuvent en utiliser 58 ou 88 g. La conversion des onces (oz) par pied carré donne une épaisseur de cuivre d’environ 35 µm (1,4 mil).

Masque de soudure

Le masque de soudure recouvre la couche de cuivre, qui donne au circuit imprimé sa couleur verte ou rouge SparkFun.
Le masque de soudure recouvre les pistes de la couche de cuivre, empêchant ainsi tout contact des courts-circuits avec d’autres métaux, de la soudure ou d’autres matériaux conducteurs. Il garantit une soudure aux bons endroits et prévient les ponts de soudure.

Comme le montre l’image ci-dessus, le masque de soudure recouvre la majeure partie du circuit imprimé, y compris les pistes, mais laisse la bague annulaire argentée et les pastilles CMS exposées pour faciliter la soudure. Le masque de soudure est généralement vert, mais presque toutes les couleurs peuvent être utilisées.

Sérigraphie

La sérigraphie blanche est visible au-dessus du masque de soudure. Des lettres, des chiffres et des symboles sont imprimés sur la sérigraphie du circuit imprimé afin de faciliter l’assemblage et de faciliter la compréhension de la conception.

Nous utilisons souvent des symboles sur la sérigraphie pour indiquer la fonction de certaines broches ou LED. Bien que le blanc soit la couleur la plus courante, la sérigraphie peut être de presque toutes les couleurs.

Les sérigraphies noires, grises, rouges et même jaunes ne sont pas rares, mais il est rare de voir plusieurs couleurs de sérigraphie sur une même carte.