Circuit imprimé

Un circuit imprimé est un support, généralement une plaque, servant à relier électriquement un ensemble de composants électroniques entre eux, dans l'objectif de réaliser un circuit électronique complexe.



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Circuit électrique - Composant électronique

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  • Le circuit imprimé est une plaque fabriquée à partir de matériaux composite. La couche de cuivre, par transfert photographique du circuit électrique avec... (source : multipcb)
  • Le circuit imprimé est une platine de matériau composite recouverte d'une (de deux) couche (s) particulièrement fine (s) (35µm) de cuivre métallique.... (source : fresnel)

Un circuit imprimé (en anglais, PCB pour Printed Circuit Board) est un support, généralement une plaque, servant à relier électriquement un ensemble de composants électroniques entre eux, dans l'objectif de réaliser un circuit électronique complexe. On le sert à désigner aussi par le terme de carte électronique.

Il est constitué d'un assemblage d'une ou plusieurs fines couches de cuivre scindées par un matériau isolant. Les couches de cuivre sont gravées par un procédé chimique pour obtenir un ensemble de pistes, terminées par des pastilles. Le circuit imprimé est fréquemment recouvert d'un couche de vernis coloré qui protège les pistes de l'oxydation et d'éventuels courts-circuits.

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. Occasionnellemen, des pastilles non perforées servent à souder des composants montés en surface.

Circuit imprimé à 4 couches.
Circuit imprimé simple.
Circuit imprimé complexe.
Circuit imprimé avec partie flexible.

Utilisation

Le circuit imprimé est utilisé pour souder des composants dessus. Il est présent dans la majorité des machines tel que la radio, la télécommande de votre téléviseur etc...


Fabrication

Coupe de circuit imprimé : 4 couches, trame de fibres de verre, vernis vert, pastilles avec soudure

Le circuit imprimé est fait à partir de résine époxy et doublé d'une fine couche de cuivre. La couche de cuivre, par transfert photographique du circuit électrique avec une insoleuse et , dissolution de l'excédent de cuivre, permet la fabrication de circuits électriques à la demande. Après perçage des trous de passage, il permet d'implanter par brasure (couramment nommée soudure à l'étain) les composants électroniques (diodes, résistances, condensateurs, transistors, circuits intégrés, etc. ). Ils seront alors reliés par les bandes conductrices ainsi créées. Cette plaque forme alors un sous-système électronique. Ce type de circuit imprimé est dit mono-couche.

La dissolution du cuivre peut être réalisée par du perchlorure de fer liquide, ou un mélange de chlorure de cuivre, d'acide chlorhydrique et d'eau oxygénée (ce qui a l'avantage de recycler le cuivre dissout, alors sous forme de chlorure de cuivre, comme dissolvant pour une gravure suivante).

La bakélite (de couleur marron) ne peut supporter que deux couches, pour la majorité des anciens appareils électroniques (i. e. 1960-1970), une seule couche de cuivre est présente, les composants sont situés de l'autre côté de la plaque.

Avec la naissance de circuits de plus en plus complexes, les techniques de gravure ont évolué. Les circuits imprimés ont vu le nombre de leurs couches se multiplier (les couches sont ajoutées deux par deux). Les liaisons entre les pistes des différentes couches et les composants sont assurées par de minuscules rivets conducteurs ou désormais par des trous métallisés (dépôt de cuivre chimique, puis électrochimique car le bain de cuivre chimique ne permet pas un dépôt suffisamment épais) nommés vias. Dans une carte mère de micro-ordinateur par exemple, les couches sont au nombre de six, ou alors plus. Une couche est réservée à la masse ou alimentation 0 V, une à l'alimentation 5 V, les autres sont distribuées suivant les besoins. Lorsque la complexité est vraiment élevée et que le coût peut être reconnu comme secondaire, on peut rencontrer jusqu'à 30 couches.

Exemples d'utilisation

Presque l'ensemble des domaines de l'électronique utilisent désormais des circuits imprimés :

Certains composants d'ordinateur sont (par construction) des circuits imprimés :

Évolutions

Avec la décroissance des coûts de fabrication, le nombre de couches utilisées par des circuits imprimés conçus pour des applications grand public ne cesse d'augmenter. Tandis que dans les années 1990, l'industrie automobile considérait que seuls des circuits imprimés mono-couche étaient industriellement acceptables, il n'est plus étonnant (en 2005) de rencontrer des circuits à quatre couches dans les appareils grand public, et de 10 à 14 couches pour des applications spécifiques. Le plus souvent, on alterne des couches véhiculant les signaux et des couches plus homogènes (plan de masse et plan d'alimentation) pour distribuer les tensions d'alimentation sur toute la carte et perfectionner la compatibilité électromagnétique (en abrégé, CEM). Les différentes couches sont interconnectées par des trous métallisés nommés vias. Des techniques récentes permettent de réaliser des vias borgnes (ne traversant pas l'ensemble des couches) et même des vias enterrés (ne débouchant pas sur les couches externes).

Avec le besoin de réduction de la taille, le circuit imprimé planéiforme peut être un obstacle à l'intégration. On observe par conséquent l'utilisation de circuits imprimés flexibles (flex circuits) qui peuvent être tracés sur un support souple (généralement avec uniquement une ou deux couches de cuivre). Un environnement où le circuit flexible est courant est celui des appareils photographiques où cela sert à contourner les contraintes de placement qui sont imposées par l'optique et le design industriel. Mais des raisons de coût peuvent aussi amener les industriels à choisir cette technologie de circuits souples : quoique plus chers à la fabrication, ils offrent l'indéniable avantage de ne nécessiter aucun dispositif de connectique pour l'interconnexion entre différentes cartes, économisant par là même la main d'œuvre et la matière de cette opération, et fiabilisant la totalité.

Le détail des techniques de circuit imprimé a évolué avec la naissance du CMS (composant monté en surface) qui a permis de diminuer énormément la taille des composants. Par conséquent, la miniaturisation a induit l'augmentation des fréquences d'utilisation, la diminution des tensions utilisées et de la chaleur produite par le passage du courant électrique, mais ceci a imposé des adaptations spécifiques comme l'augmentation du nombre moyen de traversées mais également la naissance de traversées «in-pad» (faites au laser), c'est-à-dire intégrées dans la plage où le composant vient se braser. Cette technique permet aussi d'éviter une fuite de soudure au montage des composants.

Occasionnellemen extrêmes, le support peut sortir complètement de l'ordinaire (tout en reprenant les mêmes principes). A titre d'exemple, certaines applications militaires ou spatiales qui sont soumises à des environnements thermiques particulièrement éprouvants utilisant des circuits imprimés en céramique.

Voir aussi

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