Blogue PCB - Qu'est-ce que la PCB et le processus de conception de la PCB

Qu'est-ce que le PCB? PCB, carte de circuit imprimé de nom complet, est la pierre angulaire et la lignée de la construction de produits électroniques modernes, joue un rôle indispensable. De l'usure quotidienne des montres électroniques, les étudiants ne peuvent pas se passer de la calculatrice, au bureau de l'ordinateur indispensable, puis connecté au monde de l'équipement électronique de communication, et même un symbole de la puissance militaire du pays du système d'armes militaires, ces fonctions apparemment différentes, différentes de l'équipement électronique, dans leur structure interne, sont invariablement intégrées dans une carte PCB sophistiquée et complexe.

Les cartes de circuits imprimés peuvent être divisées en trois catégories principales: Circuits imprimés flexibles (FPC), cartes de circuits rigides et PCB rigides-flexibles (PCB rigides-flexibles).

Le FPC, ou circuit imprimé flexible, est largement reconnu pour son câblage à haute densité, son poids léger, son ultra-minceur et ses excellentes propriétés de flexion. Par exemple, l'un de nos produits actuels utilise le FPC comme câblage, qui est apprécié pour son poids léger et ses caractéristiques de pliage facile.

Les PCB Rigid-Flex (cartes de circuits imprimés Rigid-Flex) sont fabriqués en combinant une PCB flexible avec une carte de circuit rigide à travers une série de processus tels que la stratification. L'avantage de cette carte électronique est qu'elle combine les avantages respectifs de la carte FPC et PCB, cependant, ses inconvénients sont tout aussi évidents: processus de production complexe, rendement relativement bas, difficultés de production et cycle de production relativement long.

Classification du PCB

Classification selon le nombre de couches et la distribution de la feuille de cuivre

Selon le nombre de couches de feuille de cuivre, les cartes de circuit peuvent être divisées en cartes à un seul côté, cartes à deux côtés et cartes multicouches.

Cartes à couche unique: Les fils sont fournis d'un côté seulement. Puisque le câblage est confiné à un seul côté, il existe de nombreuses contraintes de conception. Ces cartes étaient plus courantes dans les premiers circuits, mais sont maintenant principalement utilisées dans des produits avec des structures simples et des exigences de coût strictes.

Cartes à double couche: Le câblage est fourni des deux côtés de la carte. Grâce au câblage double face, il est possible de résoudre les problèmes causés par le câblage échelonné dans un seul panneau, permettant ainsi une mise en page plus optimale. Les cartes à double face sont souvent utilisées dans des circuits relativement simples, la distribution des broches de puce n'est pas dense.

Panneaux multi-couches (Panneaux multi-couches): Afin d'élargir la zone de câblage, des panneaux multi-couches utilisant plusieurs couches de panneaux unilatéraux ou double-latéraux, et collés à travers le matériau isolant. Les cartes multicouches couramment utilisées sont généralement entre 4 et 8 couches.

Classification par substrat

Les classifications communes par substrat comprennent: stratifiés de papier phénolique, stratifiés de papier époxy, stratifiés de tapis de verre de polyester et stratifiés de tissu de verre époxy.

En fonction du type de trous traversants, la carte de circuit PCB peut être classée comme:

Trou à travers: Ce type de trou pénètre complètement l'ensemble de la carte de circuit électronique, chaque extrémité étant située dans la couche externe de la carte.

Trou aveugle: Un trou aveugle commence sur l'une des surfaces extérieures de la carte de circuit électronique, mais ne pénètre pas l'ensemble de la carte, mais se termine quelque part sur la couche interne.

Une voie enterrée est située complètement à l'intérieur de la carte de circuit électronique, sans que les deux extrémités touchent la couche extérieure de la carte et n'est utilisée que pour connecter différentes couches à l'intérieur de la carte.

Les cartes PCB peuvent être classées selon que le trou traversant contient du cuivre ou non, et sont divisées en deux types de trous: trous plaqués de cuivre et trous sans cuivre.

Trou traversant plaqué (PTH): Ce type de trou traversant est plaqué de cuivre et sert de conducteur, et est un type commun de trou utilisé pour le routage de PCB.

Non plaqué trou traversant (NPTH): NPTH signifie qu'il n'y a pas de connexion en cuivre à l'intérieur du trou, qui est habituellement utilisé pour fixer la position de la carte de circuit imprimé.

En pratique, la plupart des cartes de circuit contiennent à la fois des trous en cuivre et sans cuivre.

Classification par fonction

Les cartes à impédance ont des caractéristiques d'impédance stables, ce qui leur donne un avantage dans la transmission de signal à grande vitesse et les applications à haute fréquence.

Les PCB à micro-ondes, d'autre part, se distinguent par leurs excellentes performances à micro-ondes, ce qui les rend particulièrement adaptés aux applications de communication RF et micro-ondes.

Les PCB Flex, avec leurs excellentes propriétés de pliage et leur résistance à la fatigue, sont idéaux pour les équipements soumis à des contraintes de pliage et d'étirement.

Classification par traitement de surface

Puisque le cuivre est sujette à l'oxydation dans son environnement naturel, ce qui peut conduire à de mauvais résultats de soudure, un revêtement protecteur est généralement appliqué à la surface du cuivre. Voici quelques types courants de traitements de surface:

Au plomb (HASL: soudure à niveau à air chaud): La surface du cuivre est conservée dans un environnement au plomb en utilisant la technologie de nivelation à air chaud.

Soudure sans plomb (HASL / LF: Soudure sans plomb à niveau à air chaud): La même technologie de nivelation à air chaud est utilisée, mais dans un environnement sans plomb.

Or d'immersion (ENIG: Electroless Nickel/Immersion Gold): Une couche de nickel sans électro est déposée sur la surface du cuivre, qui est ensuite plongée d'or.

Immersion Étain/Chemical Sn: Une couche d'étain est déposée chimiquement sur la surface du cuivre.

Immersion Argent/Ag chimique: Une couche d'argent est déposée chimiquement sur la surface du cuivre.

Protection contre l'oxydation (OSP: conservateurs de soudabilité organique / Entek / cuivre passivé) : Revêtement d'un film de protection organique sur la surface du cuivre pour empêcher l'oxydation.

Plaçage d'or / or flash: Plaçage d'une couche d'or sur la surface du cuivre par galvanoplating.

Huile de carbone: Une couche d'huile de carbone revêtue sur la surface d'une carte de circuit PCB pour des applications spécifiques.

Masque de soudure pelable: Un masque de soudure pelable utilisé pour protéger certaines zones d'une carte PCB de la soudure.

Plaçage or doigt / contact bordé / doigt de connexion: Une couche d'or plaqué sur les bords ou les zones spécifiques d'une carte de circuit PCB pour améliorer la conductivité et la résistance à la corrosion. Selon la norme IPC-6012 CLASSE 2, l'épaisseur minimale d'or du doigt d'or est de 0,80UM (30U") et l'épaisseur minimale de nickel (NI) est de 2UM.

Fonctions de la carte PCB

Interconnexion électrique

Les traces de cuivre sur une carte PCB sont soigneusement disposées pour connecter différents composants électroniques, tels que des résistances, des condensateurs et des circuits intégrés, ensemble pour construire un système de circuit complet. Ce type de connexion simplifie non seulement le processus de conception du circuit, mais améliore également considérablement la fiabilité du circuit.

Support des composants

Les PCB fournissent une plate-forme de support solide pour les composants électroniques, assurant qu'ils sont disposés de manière serrée et ordonnée. Grâce à la soudure et à d'autres procédés, les composants peuvent être fermement fixés sur le PCB, améliorant ainsi la stabilité structurelle et la portabilité de l'équipement.

Protection du circuit

Le matériau isolant utilisé sur les cartes PCB protège efficacement les circuits des interférences électromagnétiques et les protège des facteurs externes tels que l'humidité et la poussière. Cette protection est essentielle pour prolonger la durée de vie des dispositifs électroniques, en particulier dans des environnements industriels difficiles.

Performance thermique

Dans l'électronique haute performance et à forte consommation d'énergie, où la dissipation de chaleur est un problème particulier, les couches métalliques sur la carte PCB, en particulier les feuilles de cuivre, sont soigneusement conçues pour agir comme dissipateurs de chaleur efficaces. Ils absorbent et dispersent rapidement la chaleur générée par les circuits et empêchent les composants d'être endommagés par surchauffage. L'efficacité de dissipation de chaleur des cartes PCB peut être encore améliorée en augmentant l'épaisseur des feuilles de cuivre, en optimisant la mise en page et d'autres moyens de conception.

En outre, des structures de dissipation de chaleur innovantes telles que les dissipateurs de chaleur et les dissipateurs de chaleur sont également largement utilisés dans la conception de cartes PCB. Ces conceptions améliorent l'effet de dissipation de chaleur tout en maintenant la compacteur et l'esthétique des cartes PCB, fournissant un solide support technique pour la construction de dispositifs électroniques à haute performance et de longue durée de vie.

Optimisation de l'espace et structure compacte

La conception des cartes PCB ne concerne pas seulement la réalisation des fonctions de circuit, mais affecte également profondément les coûts de production, l'efficacité de la production et l'entretien et le remplacement ultérieurs. Dans le choix du processus de fabrication, les technologies avancées telles que le processus de trou dans le disque sont largement utilisées dans la fabrication de cartes PCB. Ces processus permettent une mise en page plus flexible des composants dans l'espace limité de cartes PCB, maximisant l'utilisation de l'espace. L'utilisation de trous de bouchon en résine + bouchons galvanisés pour réaliser le processus de trou dans la plaque optimise non seulement la mise en page et le câblage, mais évite également des problèmes tels que les fuites d'étain, rendant la structure interne des dispositifs électroniques plus compacte et belle.

Matières premières couramment utilisées pour le tableau PCB

1.Le matériau original de la carte de circuit PCB est le substrat recouvert de cuivre, appelé le substrat. Un substrat est essentiellement une feuille de résine à feuille de cuivre stratifiée des deux côtés. Parmi de nombreux fabricants, les cartes FR-4 sont devenues le premier choix dans le domaine des produits électroniques de haute qualité tels que les ordinateurs et les équipements de communication en raison de leurs excellentes performances.

Pour la feuille FR-4, l'industrie a trois exigences fondamentales: la première est la résistance à la flamme, c'est-à-dire que la carte doit être capable de faire face à des températures élevées pour maintenir la non-combustibilité, seulement l'adoucissement; suivi du point Tg (température de transition vitreuse), qui reflète la stabilité du matériau à des températures élevées; puis la constante diélectrique, un paramètre qui est directement lié à l'efficacité et à la qualité de la transmission du signal de la carte de circuit. En bref, les cartes FR-4 utilisées dans les cartes de circuit PCB doivent avoir une excellente résistance à la flamme, pour pouvoir maintenir la forme à une température spécifique sans brûler, et en même temps avoir un point Tg approprié et une constante diélectrique faible, afin de répondre aux exigences strictes des produits électroniques modernes pour des performances élevées et une stabilité élevée.

Les panneaux de revêtement en cuivre sont couramment utilisés dans les catégories suivantes:

FR-1 - papier de coton phénolique (communément connu sous le nom de bakélite, plus économique que FR-2)

FR-2 - papier de coton phénolique

FR-3 - papier de coton, résine époxy

FR-4 - tissu de verre, résine époxy (substrats électroniques couramment utilisés de Shenzhen Qinji)

FR-5 - Tissu de verre, résine époxy

FR-6 - Verre brut, polyester

CEM-1 - Papier de coton, résine époxy (retardant de flamme)

CEM-2 - Papier de coton, résine époxy (non retardant de flamme)

CEM-3 - Chiffon de verre, résine époxy

CEM-4 - Chiffon de verre, résine époxy

CEM-5 - Tissu de verre, polyester

AIN - Nitrure d'aluminium

SIC - Carbure de silicium

G-10 - Chiffon de verre, résine époxy

Le stratifié plaqué de cuivre (CCL) est un matériau qui peut être classé de différentes façons. Selon le matériau d'isolation, il peut être divisé en trois types principaux: papier, tissu de verre et fibre synthétique. Selon le type de résine liante utilisée, les stratifiés recouverts de cuivre peuvent être subdivisés en types phénoliques, époxy, polyester et PTFE. En outre, du point de vue de l'application, les stratifiés recouverts de cuivre peuvent également être distingués en deux catégories: à usage général et à usage spécial, pour répondre aux besoins spécifiques de différentes industries et produits.

2.Feuille de cuivre

Après un procédé spécifique, la partie restante de la feuille de cuivre est en mesure de construire sur le substrat les fils nécessaires au circuit. Le processus de production de la feuille de cuivre comprend principalement le calandrage et l'électrolyse.

3. feuille semi-durcie (PP)

Dans le processus de fabrication de cartes de circuits électroniques, la feuille semi-durcie (PP) est un matériau clé indispensable, qui est principalement responsable de la tâche de liaison entre les couches. En bref, une feuille semi-durcie est une feuille mince de substrat à l'étape B. Ses caractéristiques sont déterminées par son épaisseur et la quantité de résine (adhésif) qu'elle contient.

Film 4.Dry (matériaux sensibles à la lumière)

Le film sec, également connu simplement sous le nom de film sec photosensible, est composé d'une substance spéciale ressemblant à une résine à son noyau, qui subit une réaction photochimique lorsqu'elle est exposée à un spectre spécifique. En pratique, le film sec est généralement composé de trois couches: la couche sensible à la lumière est habilement sandwichée entre deux films plastiques protecteurs. En fonction des propriétés chimiques uniques des substances photosensibles, les films secs peuvent être divisés en deux catégories principales: photopolymères et photodégradables. Le film sec photopolymérisé subit une transition de soluble dans l'eau à insoluble dans l'eau et durcit lorsqu'il est exposé à un spectre spécifique de lumière, tandis que le film sec photodécomposé réagit de la manière inverse.

5.Encre résistante à la soudure

L'encre résistante à la soudure, essentiellement une résistance à la soudure professionnelle, agit comme un matériau photographique liquide et n'a aucune affinité pour la soudure liquide. Comme le film sec photosensible, l'encre résistante à la soudure durcit lorsqu'elle est exposée à un spectre de lumière spécifique. Lorsqu'elle est utilisée, l'encre résistante à la soudure doit être bien mélangée avec un durcisseur. Ce que nous appelons généralement encre, également connu sous le nom de soldermask, donne à nos cartes de circuit imprimé communes leurs couleurs riches.

6.Image négative (feuille de film)

La fonction de l'image négative est ici similaire à celle du film négatif en photographie, qui utilise des matériaux sensibles à la lumière pour capturer et enregistrer des images. Lorsque le client transmet la conception terminée à l'usine de cartes de circuit, la station de travail du centre CAM émet le schéma de circuit sous forme d'image négative à l'aide d'un traceur de lumière plutôt qu'une imprimante normale. Le négatif d'image joue un rôle crucial dans la production de cartes de circuits car tous les motifs ou lignes qui doivent être réalisés sur le substrat par la technologie de transfert d'image doivent d'abord être convertis en négatif.

Processus de conception de PCB

Le processus de conception de PCB est une approche systématique de la création de circuits imprimés fonctionnellement stables et fiables, où chaque étape est critique, de la conceptualisation initiale à la fabrication finale du produit fini. Le processus comprend un certain nombre d'éléments fondamentaux, chacun d'entre eux jouant un rôle décisif dans le succès du projet.

Le processus de conception des PCB commence par la phase de conception conceptuelle, où la tâche principale est de définir les exigences globales et les spécifications du produit électronique. Au cours de cette phase, l'équipe d'ingénierie électrique, l'équipe d'ingénierie mécanique et d'autres parties prenantes concernées collaborent étroitement pour définir les caractéristiques fonctionnelles, les dimensions et les critères de performance requis pour la PCB.

Une fois la phase de conception conceptuelle terminée, la phase de conception schématique suit. Dans cette phase, les ingénieurs utilisent des outils de capture schématique pour représenter avec précision les connexions électriques et les composants du circuit. Le schéma est la pierre angulaire de la mise en page de PCB,fournissant un guide clair pour la conception de la carte de circuit électronique et démontrant la fonctionnalité électrique du circuit.

Une fois la conception schématique terminée, la phase de mise en page du PCB commence. Dans cette étape, les ingénieurs construisent la forme physique du circuit en disposant soigneusement et en acheminant les composants sur la carte. Au cours du processus de mise en page, ils doivent respecter strictement diverses lignes directrices de conception, telles que la largeur minimale de ligne, l'espacement et la taille des vias, pour garantir la fabricabilité et la fiabilité opérationnelle de la carte.

Tout au long du processus de conception des PCB, la synergie entre les différentes équipes joue un rôle important. L'équipe d'ingénierie électrique travaille en étroite collaboration avec l'équipe d'ingénierie mécanique pour s'assurer que les PCB sont parfaitement adaptés au boîtier requis et répondent à toutes les exigences thermiques et structurelles. Dans le même temps, l'équipe de fabrication fournit des conseils importants sur la conception pour la fabrication (DFM), qui est conçue pour minimiser les problèmes pendant le processus de production et augmenter la productivité.

Une fois la mise en page du PCB terminée, la conception est ensuite soumise à un processus de vérification et de validation rigoureux qui comprend la vérification des règles de conception (DRC), la vérification des règles électriques (ERC) et la simulation de l'intégrité du signal. Ces processus sont essentiels pour identifier et résoudre les problèmes potentiels avant d'entrer en production. La fin du processus de conception de PCB est ensuite la génération de fichiers de fabrication, en particulier tels que les fichiers Gerber et les fichiers de forage, qui sont nécessaires pour que le fabricant de PCB produise la carte physique. Les cartes de circuit imprimé fabriquées sont ensuite soumises à un processus d'essai et d'assemblage rigoureux avant l'intégration finale dans l'électronique.