Qu'est-ce qu'un PCB, la définition électronique et son histoire

Zachariah Peterson
|  Créé: October 5, 2020
What is a PCB

Un circuit imprimé est un circuit électrique dont les composants et conducteurs sont intégrés à une structure mécanique.

Un circuit imprimé est formé de composants et de conducteurs

Qu'est ce qu'un circuit imprimé ? La définition du circuit imprimé.

PCB : Définition

Un circuit imprimé (ou PCB en anglais) est un circuit électrique dont les composants électroniques et conducteurs sont intégrés à une structure mécanique. Un PCB est composé de plusieurs couches de cuivre couvertes d’un matériau isolant.

En plus de nombreux composants, les circuits imprimés nécessitent des connecteurs tels que des pistes de cuivre, des pastilles, et des dissipateurs thermiques. Les couches sont gravées par un procédé chimique. La structure principale est plaquée, puis couverte d'un masque de soudure non conducteur et d'une sérigraphie, qui indique l'emplacement des composants électroniques sur la carte.

Le circuit imprimé est construit en alternant des couches de cuivre conductrices et des couches de matériau isolant non conductrices. Pendant la phase de fabrication, les couches de cuivre internes sont gravées afin de laisser apparaître les pistes de cuivre qui serviront à connecter les composants du circuit. Après la gravure, le matériau isolant est laminé à la surface des couches de cuivre jusqu'à ce que le circuit imprimé soit achevé.

Les pistes relient électriquement différentes zones du circuit imprimé. Les pastilles, une fois perforées, établissent une liaison électrique, soit entre les composants soudés à travers le circuit imprimé, soit entre les différentes couches de cuivre. Parfois, les pastilles non perforées servent à souder des composants dit “montés en surface”(CMS). Les dissipateurs thermiques permettent de s’assurer d’un contrôle de la température du circuit imprimé. Pour que le circuit imprimé ou le PCB fonctionne de manière optimale, il est très important d’avoir un projet bien préparé et organisé, et c’est là qu’intervient le meilleur logiciel unifié de conception de PCB Altium Designer.

Une fois l'ensemble des couches gravées et assemblées, les composants sont posés sur les couches externes du circuit imprimé. Les composants montés en surface sont posés automatiquement par des robots tandis que les composants traversants sont placés manuellement. Toutes ces pièces sont ensuite soudées sur la carte par l'intermédiaire de techniques telles que la soudure par refusion ou la soudure à la vague. Enfin, l'assemblage final est plaqué, puis le masque de soudure et la sérigraphie sont appliqués.

Les différents types de circuits imprimés :

Plusieurs types de PCB existent. Ils sont adaptés aux différentes utilisations telles que pour les équipements industriels, le milieu medical, le milieu aéronautique, pour les automobiles ou encore les luminaires. Comme son nom l’indique, les circuits simple face ont une seule face de cuivre est déposée sur un support isolant. Ce type de circuit, peu coûteux, ne permet pas de réaliser des assemblages de composants de haute densité, peu résistant aux contraintes mécaniques, limite ce type de circuits à des applications grand public. Dans les circuits double face, le support isolant est pris entre deux couches de cuivre, avec un coté pour les composants et un pour les soudures. Cette disposition autorise les pistes de potentiel différent, à se croiser sur les faces opposées ce qui permet d’augmenter la densité de composants Enfin, dans les circuits multicouches, on troue un empilage de couches électriques (pouvant aller jusqu’a 22 couches dans des applications rares) séparées par un isolant très fin. Les couches doivent toutes parfaitement superposées entre elles et communiquent par des vias ou des trous métallisés. Les outils pour ces derniers sont souvent assez couteux et résultent souvent en une production en grande série pour rentabiliser ce dernier.

Les PCB peuvent être rigides ou flexibles/souples. Ces derniers sont fabriqués à partir de matière isolante fine telle que le plastique et peuvent s'adapter aux boitiers des appareils. La flexibilité permet une économie d’espace et une réduction du coup de production. Ils souvent utilisés dans les applications spéciales de très haute densité d’intégration comme les claviers d’ordinateurs, ou encore dans les radio-étiquettes.

L'histoire Des Circuits Imprimés Jusqu'à Nos Jours

Avant d'aller plus loin dans la définition d'un circuit imprimé, il est nécessaire de comprendre d'où viennent ces cartes. Car ces dernières ont parcouru bien du chemin avant l'apparition de conceptions HDI aux centaines de trous et de circuits dont les connexions électriques sont maintenant capables d'alimenter n'importe quel appareil, des smartphones aux fusées, en passant par les moniteurs cardiaques. Le voyage qui a transformé nos cartes de câblage en circuits imprimés flexibles, et qui continuera de faire évoluer cette technologie, nous a offert une belle aventure.

Avant l'émergence des circuits imprimés, les circuits électriques étaient conçus en attachant des fils individuels aux composants. Pour obtenir des chemins conducteurs, on soudait ainsi les composants métalliques à l'aide de fils. Les plus grands circuits, qui accueillaient de nombreux composants, pouvaient donc contenir une quantité impressionnante de fils. Ainsi, lorsque le nombre de fils atteignait des sommets, il n'était pas rare que ces derniers s'emmêlent ou que la place occupée par le circuit ne doive être agrandie. Le débogage était alors complexe et la fiabilité faible. Quant à la fabrication, elle était longue et impliquait souvent un soudage manuel des composants aux connexions filaires.

Les règles de nœuds sont établies en vue du routage lors du dessin du schéma

CONNEXION DES COMPOSANTS AUX NŒUDS SUR LES CIRCUITS IMPRIMÉS

Éliminez les fils en utilisant du cuivre pour router les nœuds sur les couches de votre circuit imprimé. À partir du schéma, placez les composants et connectez les broches aux couches de la carte tout en garantissant un placement intelligent des nœuds. Commencez par un routage automatique, puis réalisez un routage manuel des nœuds les plus importants. Grâce au routage automatique, Altium Designer vous assiste lors du routage de vos nœuds.

Une fois que vous avez estimé le nombre de noeuds dans votre schéma et évalué les besoins de votre circuit en termes de routage, il est temps de considérer les contraintes et les règles de conception.

Les Circuits Imprimés : Du Schéma Au Placement Et Routage Des Composants

Aujourd'hui, les logiciels de conception vous offrent des fonctionnalités de capture de schémas qui vous permettront de transformer vos cartes et leurs composants en circuits imprimés. À partir de ces schémas, les concepteurs répartissent les composants sur une carte virtuelle dont les dimensions ont été définies par l'ingénieur mécanique de l'équipe de conception. Ensuite, les composants sont placés et le routage est effectué dans le respect de règles de conception afin d'atténuer le bruit. Ce résultat est rendu possible par un placement minutieux des plans de mise à la masse et une planification soignée de l'impédance.

Les dispositifs électroniques modernes imposent de nombreuses contraintes, des circuits flexibles aux composants montés en surface en passant par des assemblages complexes. Il est cependant possible de simplifier le processus de fabrication grâce à un logiciel capable d'assurer un suivi précis et sécurisé des trous, pistes et matériaux. La conception de ces appareils sera également optimisée par la capture de schémas, une fonction qui permet de convertir en toute simplicité les fichiers de données tout au long du processus de conception.

Les paramètres de routage des paires différentielles sont définis à partir du panneau des propriétés

TIREZ PARTI D'UN ENVIRONNEMENT DE CAO UNIFIÉ POUR CRÉER LE ROUTAGE DE VOS CIRCUITS

Les concepteurs de cartes électroniques consultent les concepteurs de circuits afin de déterminer les meilleures pratiques en termes de placement des composants, d'empilage de couches, de spécification des nœuds et de sélection des matériaux de base. L'achat et la chaîne d'approvisionnement sont deux facteurs à prendre en compte lors du choix de ces matériaux. C'est pourquoi les bibliothèques de composants intégrées à l'outil de conception offrent des informations sur l'approvisionnement et le coût, en parallèle des paramètres électriques. Les partenaires de fabrication pourront ainsi s'assurer que les matériaux choisis lors de l'empilage des couches sont en adéquation avec les processus de fabrication pratiques.

À partir de vos empreintes et des dimensions maximales, tirez parti de l'environnement unifié d'Altium pour effectuer un routage dans le respect des règles de conception.

Concevoir Des Circuits Imprimés Dans L'environnement Unifié D'Altium Designer

Année après année, les circuits imprimés continueront à gagner en complexité. Par chance, les logiciels de conception gagnent, eux aussi, en efficacité pour simplifier encore et toujours les processus de conception. Lorsque vous concevez des circuits imprimés, transmettre aux fabricants des informations précises sur l'emplacement du cuivre et des trous sur votre carte ou encore sur l'application de la pâte à souder devrait être le dernier de vos soucis. Ainsi, plus votre circuit compte de couches, plus votre logiciel de CAO devra être abouti pour vous permettre d'atteindre tous vos objectifs.

Altium Designer vous offre tous les outils dont vous avez besoin pour concevoir et construire votre circuit imprimé au sein d'une plateforme unifiée. De la capture du schéma à la fabrication en passant par la validation, de la définition des dimensions au dessin des contours en passant par le routage et les empreintes des composants, Altium est là pour vous aider. Les règles peuvent ainsi être établies pendant la structure des schémas pour vous permettre de définir les pistes haute vitesse et d'assurer ainsi le contrôle de l'impédance. De même, les composants sont accessibles à partir d'une bibliothèque partagée pour que les contraintes physiques et électriques soient prises en compte lors de leur sélection.

Définissez les paires différentielles pendant la capture des schémas grâce aux directives de conception

ALTIUM TRANSFORME LA CONCEPTION DE CIRCUITS GRÂCE À SES OUTILS UNIFIÉS

Ne soyez plus inquiet à l'idée que les informations capturées dans votre schéma ne soient pas intégrées au routage. C'est évident, votre circuit imprimé et le substrat associé, le cuivre, les trous, les couches et les pistes exigent un processus de fabrication minutieux. Cependant, vous pouvez simplifier cette étape en vous assurant de disposer de sorties précises et faciles à lire.

Grâce à son environnement unifié, Altium intègre un outil de routage qui permettra aux concepteurs de respecter précisément les noeuds dessinés sur votre schéma. Lors de la capture du schéma, utilisez ainsi les directives pour partager les contraintes de conception avec votre concepteur. Quant aux contours dessinés par votre équipe mécanique, ils sont importés en toute simplicité dans l'outil de routage d'Altium. Les bibliothèques de composants vous offrent une communication parfaite et cohérente dans chacun des outils de l'environnement de conception unifié. Enfin, les calculateurs d'impédance respectent les spécifications définies dans le schéma.

L'environnement unifié d'Altium Designer rassemble tous les outils dont vous avez besoin. Tout d'abord, grâce à l'outil de schémas, disponible dans le répertoire de projet, vos circuits sont capturés et vos nœuds sont définis. Lors de cette étape, vous pouvez également établir des règles et des contraintes qui seront intégrées à l'environnement de routage. Ainsi, votre concepteur restera informé en toute simplicité. De plus, les dessins mécaniques sont facilement importés dans l'environnement unifié pour vous garantir des contours d'une précision optimale. Les bibliothèques de composants sont désormais partagées. Ainsi, vous n'avez plus à jongler entre plusieurs outils de CAO distincts. Lorsque vous disposez de bibliothèques de composants partagées à l'échelle de l'entreprise, les concepteurs de votre circuit sont en mesure de sélectionner des composants accessibles à un stade avancé du cycle de conception. De cette façon, vous êtes certain que le routage de votre circuit imprimé sera toujours pertinent lorsque celui-ci sera prêt à être fabriqué. Le routage des nœuds devient plus avancé grâce à des outils unifiés de calcul de l'impédance. Enfin, les plans sont définis au plus tôt à partir du gestionnaire des empilements de couches, de façon à ce que les signaux à haute vitesse puissent être routés sur des lignes rubans adjacentes au plan de masse.

Ne retombez pas dans le passé. Confiez à un logiciel de conception de circuits imprimés qui ne manque pas de puissance les tâches les plus fastidieuses de vos projets. Logiciel le plus performant de sa catégorie, Altium Designer vous aidera à concevoir et produire des circuits imprimés en parfaite adéquation avec les exigences du marché de l'électronique actuel.

A propos de l'auteur

A propos de l'auteur

Zachariah Peterson possède une vaste expérience technique dans le milieu universitaire et industriel. Avant de travailler dans l'industrie des PCB, il a enseigné à la Portland State University. Il a dirigé son M.S. recherche sur les capteurs de gaz chimisorptifs et son doctorat en physique appliquée, recherche sur la théorie et la stabilité du laser aléatoire. Son expérience en recherche scientifique couvre des sujets tels que les lasers à nanoparticules, les dispositifs électroniques et optoélectroniques à semi-conducteurs, les systèmes environnementaux et l'analyse financière. Ses travaux ont été publiés dans diverses revues spécialisées et actes de conférences et il a écrit des centaines de blogs techniques sur la conception de PCB pour de nombreuses entreprises. Zachariah travaille avec d'autres sociétés de PCB fournissant des services de conception et de recherche. Il est membre de l'IEEE Photonics Society et de l'American Physical Society

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