Circuit imprimé

Histoire

Les cartes de circuits imprimés proviennent de systèmes de connexion électrique utilisés dans les années 1850. À l'origine, des bandes ou des tiges métalliques étaient utilisées pour connecter de gros composants électriques montés sur des bases en bois. Plus tard, les bandes métalliques ont été remplacées par des fils reliés à des bornes à vis, et les bases en bois ont été remplacées par des cadres métalliques. Cela a permis de réduire la taille des objets, ce qui était nécessaire à mesure que les circuits devenaient plus complexes et comportaient davantage de pièces. Thomas Edison a testé des méthodes d'utilisation des métaux sur du papier de lin. En 1913, Arthur Berry a breveté une méthode d'impression et de gravure en Grande-Bretagne. En 1925, l'Américain Charles Ducas a mis au point une méthode utilisant la galvanoplastie. Il a créé un chemin électrique directement sur une surface isolée en imprimant à travers un pochoir (une forme découpée dans un carton ou du papier) avec une encre spéciale qui pouvait conduire l'électricité, tout comme les fils. Cette méthode a été appelée "câblage imprimé" ou "circuit imprimé".

En 1943, l'Autrichien Paul Eisler, travaillant au Royaume-Uni, a breveté une méthode pour graver le motif conducteur, ou les circuits, sur une couche de feuille de cuivre fixée à une base dure qui ne conduit pas l'électricité. La technique d'Eisler a été remarquée par l'armée américaine qui a commencé à l'utiliser dans de nouvelles armes, notamment les fusées de proximité, pendant la Seconde Guerre mondiale. Son idée est devenue très utile dans les années 1950, lorsque le transistor a été introduit. Jusqu'alors, les tubes à vide et autres composants étaient si grands qu'il suffisait de recourir aux méthodes traditionnelles de montage et de câblage. Avec l'introduction des transistors, cependant, les composants sont devenus très petits et les fabricants ont dû utiliser des cartes de circuits imprimés pour que les connexions puissent également être petites.

La technologie du trou traversant plaqué et son utilisation dans les PCB multicouches ont été brevetées par la firme américaine Hazeltine en 1961. Cela a permis d'obtenir des cartes beaucoup plus complexes, avec des composants placés à proximité les uns des autres. Les puces de circuits intégrés ont été introduites dans les années 1970, et ces composants ont rapidement été intégrés dans les techniques de conception et de fabrication des cartes de circuits imprimés. Aujourd'hui, la carte de circuit imprimé peut comporter jusqu'à 50 couches dans certaines applications.

La technologie de montage en surface a été développée dans les années 1960 et s'est largement répandue à la fin des années 1980.

Un circuit imprimé fait à la main

Conception

La tâche principale dans la conception d'un PCB est de déterminer où tous les composants vont aller. Normalement, il y a une conception ou un schéma qui sera transformé en PCB. Il n'existe pas de carte de circuit imprimé standard. Chaque carte est conçue pour son propre usage et doit avoir la bonne taille pour s'adapter à l'espace requis. Les concepteurs de cartes utilisent un logiciel de conception assistée par ordinateur pour disposer les schémas de circuit sur la carte. Les espaces entre les circuits électriques peuvent être de 0,04 pouce (1,0 mm) ou moins. L'emplacement des trous pour les fils des composants ou les points de contact est également indiqué. Une fois le schéma du circuit tracé, une image négative est imprimée à la taille exacte sur une feuille de plastique transparent. Dans le cas d'une image négative, les zones qui ne font pas partie du schéma de circuit sont indiquées en noir et le schéma de circuit est indiqué comme étant clair. Le métal est ensuite retiré des zones claires, généralement à l'aide de produits chimiques. Ce dessin est transformé en instructions pour une perceuse commandée par ordinateur ou pour la pâte à souder automatique utilisée dans le processus de fabrication.

Fabrication

La carte est fabriquée avec des couches extérieures de cuivre. Le cuivre indésirable est retiré, laissant des fils de cuivre qui relieront les composants électroniques. Les composants sont placés sur la carte, en contact avec les fils.

Photorésiste

Les circuits imprimés sont parfois réalisés par photolithographie. Un revêtement appelé photorésist réagit avec la lumière, puis la carte de circuit et le revêtement sont mis dans un révélateur. Cette méthode est coûteuse par carte, mais très peu coûteuse à mettre en place au début.

Sérigraphie

Il existe cependant différentes méthodes de fabrication d'un circuit imprimé. Certains circuits imprimés fabriqués par des professionnels utilisent une méthode différente pour retirer le cuivre supplémentaire du circuit imprimé. Un procédé appelé sérigraphie est utilisé. La sérigraphie consiste à tirer un tissu sur un cadre. Une image est ensuite imprimée sur le tissu. Ensuite, l'encre est pressée à travers le tissu. L'encre ne va pas là où l'image a été imprimée sur le tissu. On l'appelle sérigraphie parce que le tissu est généralement en soie. La sérigraphie est utilisée pour imprimer une encre appelée "resist" sur le carton. Le resist est une encre qui résiste au réactif de gravure utilisé pour fabriquer le circuit imprimé. Le réactif d'attaque dissout le cuivre sur la carte. C'est moins cher pour chaque carte que le photorésist, mais c'est plus cher au début.

Milling

Une autre façon de fabriquer un circuit imprimé est d'utiliser un moulin. Une fraise est une perceuse qui se déplace dans de nombreuses directions. La perceuse enlève une petite quantité de cuivre chaque fois qu'elle se déplace sur la carte. La fraise enlève le cuivre autour des fils de la carte. Cela laisse un surplus de cuivre sur la carte. Les autres méthodes ne laissent pas le cuivre supplémentaire sur la planche. Cette méthode est moins chère par planche, mais le matériel nécessaire à sa fabrication est coûteux. Cette méthode n'est pas souvent utilisée, car les deux autres méthodes sont plus faciles.