Pour faire la base circuit imprimé des diélectriques en feuille et sans feuille sont utilisés - matériaux getinax, fibre de verre, fluoroplastique, polystyrène, céramique et métal (avec une couche isolante de surface).

matériaux d'aluminium- ce sont des plastiques pressés multicouches en papier isolant ou en fibre de verre, imprégnés de résine artificielle. Ils sont recouverts sur une ou sur les deux faces d'une feuille électrolytique d'une épaisseur de 18 ; 35 et 50 µm.

La feuille de fibre de verre de grades SF est produite en feuilles de dimensions 400 × 600 mm et d'une épaisseur de feuille allant jusqu'à 1 mm et 600 × 700 mm avec une épaisseur de feuille plus importante, elle est recommandée pour les panneaux qui fonctionnent à des températures allant jusqu'à 120 ° C

Les propriétés physiques et mécaniques supérieures et la résistance à la chaleur ont des qualités de fibre de verre SFPN.

Le slophodite diélectrique a une feuille de cuivre de 5 µm d'épaisseur, qui est obtenue par évaporation du cuivre sous vide.

Pour les panneaux multicouches et flexibles, on utilise de la fibre de verre résistante à la chaleur des marques STFI et FTS; ils fonctionnent dans la plage de température de moins 60 à plus 150°C.

Le diélectrique STEF non métallisé est métallisé par une couche de cuivre lors de la fabrication d'un circuit imprimé.

La feuille est en cuivre de haute pureté, la teneur en impuretés ne dépasse pas 0,05%. Le cuivre a une conductivité électrique élevée, il est relativement résistant à la corrosion, bien qu'il nécessite Revêtement de protection.

Pour le câblage imprimé, la valeur de courant admissible est choisie : pour feuille 100–250 A/mm2, pour cuivre galvanique 60–100 A/mm2.

Pour la production de câbles imprimés, des films d'aluminium renforcés en fluoroplastique sont utilisés.

Les panneaux en céramique peuvent fonctionner dans la plage de température de 20...700ºС. Ils sont fabriqués à partir de matières premières minérales (par exemple, du sable de quartz) par pressage, moulage par injection ou coulée de film.

planches métalliques utilisé dans les produits avec une grande charge de courant.

Des alliages d'aluminium ou de fer-nickel sont utilisés comme base. Une couche isolante à la surface de l'aluminium est obtenue par oxydation anodique avec une épaisseur de dizaines à des centaines de micromètres et une résistance d'isolement de 109 à 1010 ohms.

L'épaisseur du conducteur est prise 18 ; 35 et 50 µm. Selon la densité du motif conducteur, les cartes de circuits imprimés sont divisées en cinq classes :

- la première classe est caractérisée par la plus faible densité du motif conducteur et la largeur du conducteur et des écarts supérieurs à 0,75 mm ;

- la cinquième classe a la densité de motif la plus élevée et la largeur du conducteur et des espaces à moins de 0,1 mm.

Le conducteur imprimé ayant une faible masse, la force de son adhérence à la base est suffisante pour supporter les surcharges mécaniques alternatives agissant sur le conducteur jusqu'à 40 q dans la plage de fréquence 4–200 Hz.

Les normes pour les matériaux des cartes de circuits imprimés sont présentées ci-dessous dans la section pertinente "Normalisation de la production des cartes de circuits imprimés".

Aujourd'hui, la plupart des circuits électroniques sont fabriqués à l'aide de cartes de circuits imprimés. Selon les technologies de fabrication de cartes de circuits imprimés, des assemblages microélectroniques sont également fabriqués - des modules hybrides contenant des composants à diverses fins fonctionnelles et degrés d'intégration. Les cartes de circuits imprimés multicouches et les composants électroniques hautement intégrés permettent de réduire les caractéristiques de poids et d'encombrement des unités électroniques et informatiques. Aujourd'hui, le circuit imprimé a plus de cent ans.

Circuit imprimé

Cette (en anglais PCB - circuit imprimé)- une plaque en matériau électriquement isolant (getinaks, textolite, fibre de verre et autres diélectriques similaires), à la surface de laquelle de fines bandes électriquement conductrices (conducteurs imprimés) avec des plages de contact pour connecter des éléments radio montés, y compris des modules et des circuits intégrés, sont en quelque sorte appliqué. Cette formulation est littéralement tirée du dictionnaire polytechnique.

Il existe une formule plus générale :

Un circuit imprimé est une structure d'interconnexions électriques fixes sur une base isolante.

Les principaux éléments structurels d'une carte de circuit imprimé sont une base diélectrique (rigide ou flexible) à la surface de laquelle se trouvent des conducteurs. La base diélectrique et les conducteurs sont les éléments nécessaires et suffisants pour qu'une carte de circuit imprimé soit une carte de circuit imprimé. Pour installer les composants et les connecter aux conducteurs, des éléments supplémentaires sont utilisés: plots de contact, trous de transition métallisés et de montage, lamelles de connecteur, zones d'évacuation de la chaleur, surfaces de blindage et conductrices de courant, etc.

Le passage aux circuits imprimés a marqué un saut qualitatif dans la conception des équipements électroniques. Le circuit imprimé cumule les fonctions de porteur de radioéléments et de connexion électrique de tels éléments. Cette dernière fonction n'est pas réalisable si un niveau suffisant de résistance d'isolement n'est pas assuré entre les conducteurs et les autres éléments conducteurs de la carte de circuit imprimé. Par conséquent, le substrat PCB doit agir comme un isolant.

Référence historique

Dans les années 1920 et 1930, de nombreux brevets ont été délivrés pour des conceptions de cartes de circuits imprimés et des méthodes pour les fabriquer. Les premières méthodes de fabrication des circuits imprimés sont restées majoritairement additives (développement des idées de Thomas Edison). Mais dans sa forme moderne, le circuit imprimé est apparu grâce à l'utilisation de technologies empruntées à l'imprimerie. Carte de circuit imprimé - une traduction directe du terme d'impression anglais plaque d'impression ("forme d'impression" ou "matrice"). Par conséquent, l'ingénieur autrichien Paul Eisler est considéré comme le véritable "père des circuits imprimés". Il a été le premier à conclure que les technologies d'impression (soustractives) peuvent être utilisées pour la production de masse de cartes de circuits imprimés. Dans les technologies soustractives, une image est formée en supprimant les fragments inutiles. Paul Eisler a élaboré la technologie du dépôt galvanique de feuilles de cuivre et de sa gravure au chlorure ferrique. Les technologies de production de masse de cartes de circuits imprimés étaient déjà demandées pendant la Seconde Guerre mondiale. Et à partir du milieu des années 1950, la formation de cartes de circuits imprimés a commencé comme base constructive pour les équipements radio non seulement à usage militaire, mais également à usage domestique.

Matériaux PCB

Diélectriques de base pour circuits imprimés

Connaître les paramètres des matériaux pour les cartes de circuits imprimés, à la fois monocouches et multicouches, est important pour tous ceux qui sont impliqués dans leur application, en particulier pour les cartes de circuits imprimés des appareils à vitesse accrue et micro-ondes. Lors de la conception d'un MPP, les développeurs sont confrontés à des tâches telles que :
- calcul de la résistance aux ondes des conducteurs sur la carte ;
- calcul de la valeur de l'isolation haute tension intercouche ;
- choix de la structure des trous borgnes et cachés.
Les options disponibles et les épaisseurs de divers matériaux sont indiquées dans les tableaux 2-6. Il convient de tenir compte du fait que la tolérance d'épaisseur du matériau est généralement jusqu'à ± 10 %, par conséquent la tolérance d'épaisseur du panneau multicouche fini ne peut pas être inférieure à ± 10 %.

Tg - température de transition vitreuse (défaillance structurelle)

Dk - constante diélectrique

Diélectriques de base pour circuits imprimés hyperfréquences

Les conceptions typiques des cartes de circuits imprimés sont basées sur l'utilisation de type standard de fibre de verre FR4, avec une température de fonctionnement de -50 à +110 °C et une température de transition vitreuse Tg (ramollissement) d'environ 135 °C.
En cas d'exigences accrues en matière de résistance à la chaleur ou lors du montage de panneaux dans un four sans plomb (t jusqu'à 260 °C), un FR4 Haute Tg ou FR5.
Lorsque les exigences d'un fonctionnement continu à des températures élevées ou avec des changements brusques de température sont utilisées polyimide. De plus, le polyimide est utilisé pour la fabrication de cartes de circuits imprimés à haute fiabilité, pour des applications militaires, ainsi que dans les cas où une résistance diélectrique accrue est requise.
Pour les planches avec circuits micro-ondes(plus de 2 GHz) des couches distinctes s'appliquent matériel micro-ondes, ou l'ensemble du panneau est en matériau micro-ondes. Les fournisseurs les plus connus de matériaux spéciaux sont Rogers, Arlon, Taconic, Dupont. Le coût de ces matériaux est supérieur au FR4, et est classiquement indiqué dans l'avant-dernière colonne du tableau par rapport au coût du FR4.

* Dk - constante diélectrique

Dk - permittivité

Revêtements de plaquettes de PCB

Le plus souvent, les tampons sont recouverts d'un alliage étain-plomb, ou PBC. La méthode d'application et de nivellement de la surface de la soudure est appelée HAL ou HASL (de l'anglais Hot Air Solder Leveling - nivellement de la soudure à l'air chaud). Ce revêtement offre la meilleure soudabilité des pastilles. Cependant, il est remplacé par des revêtements plus modernes, en règle générale compatibles avec les exigences de la directive internationale RoHS.

Cette directive impose d'interdire la présence de substances nocives, dont le plomb, dans les produits. Jusqu'à présent, RoHS ne s'applique pas au territoire de notre pays, mais se souvenir de son existence est utile.

Les options possibles pour couvrir les sites du PAM sont présentées dans le tableau 7.

HASL est universellement applicable, sauf indication contraire.

Dorure par immersion (chimique) utilisé pour fournir une surface de carte plus lisse (ceci est particulièrement important pour les pastilles BGA), mais a une soudabilité légèrement inférieure. Le brasage au four est effectué à peu près de la même manière que HASL, mais le brasage à la main nécessite l'utilisation de flux spéciaux. Le revêtement organique, ou OSP, protège la surface du cuivre de l'oxydation. Son inconvénient est une courte période de rétention de soudabilité (moins de 6 mois).

étain d'immersion offre une surface lisse et une bonne soudabilité, bien qu'il ait également une durée de vie limitée. HAL sans plomb a les mêmes propriétés que celles contenant du plomb, mais la composition de la soudure est d'environ 99,8 % d'étain et 0,2 % d'additifs.

Contacts du connecteur lame, soumis à des frottements lors du fonctionnement de la planche, sont électroplaqués d'une couche d'or plus épaisse et plus rigide. Les deux types de placage à l'or utilisent une sous-couche de nickel pour empêcher l'or de se diffuser.

Remarque : Toutes les finitions, à l'exception de HASL, sont conformes à RoHS et conviennent au soudage avec des soudures sans plomb.

Revêtements protecteurs et autres types de revêtements de cartes de circuits imprimés

Les revêtements de protection sont utilisés pour isoler les surfaces des conducteurs non destinés à la soudure.

Pour compléter le tableau, considérez le but fonctionnel et les matériaux des revêtements de cartes de circuits imprimés.

1. Masque de soudure - appliqué à la surface de la carte pour protéger les conducteurs des courts-circuits accidentels et de la saleté, ainsi que pour protéger la fibre de verre des chocs thermiques lors de la soudure. Le masque ne porte aucune autre charge fonctionnelle et ne peut pas servir de protection contre l'humidité, la moisissure, les pannes, etc. (à l'exception des cas où des types spéciaux de masques sont utilisés).
2. Marquage - appliqué sur la carte avec de la peinture sur le masque pour simplifier l'identification de la carte elle-même et des composants qui s'y trouvent.
3. Masque pelable - est appliqué à des zones spécifiques de la carte qui doivent être temporairement protégées, par exemple contre la soudure. À l'avenir, il est facile à enlever, car il s'agit d'un composé caoutchouteux et se décolle simplement.
4. Revêtement de contact carbone - appliquées à certains endroits du tableau comme champs de contact pour les claviers. Le revêtement a une bonne conductivité, ne s'oxyde pas et résiste à l'usure.
5. Éléments résistifs en graphite - peuvent être appliqués à la surface de la carte pour agir comme des résistances. Malheureusement, la précision des valeurs nominales n'est pas élevée - pas plus précisément ± 20% (avec réglage laser - jusqu'à 5%).
6. Cavaliers de contact argentés - peuvent être appliqués comme conducteurs supplémentaires, créant une autre couche conductrice lorsqu'il n'y a pas assez d'espace pour le routage. Ils sont principalement utilisés pour les circuits imprimés simple couche et double face.

Conception de circuits imprimés

Le prédécesseur le plus éloigné des cartes de circuits imprimés est le fil ordinaire, le plus souvent isolé. Il avait un désavantage important. Dans des conditions de fortes vibrations, il a fallu utiliser des éléments mécaniques supplémentaires pour le fixer à l'intérieur du REA. Pour cela, des supports ont été utilisés sur lesquels des éléments radio ont été installés, les éléments radio eux-mêmes et des éléments structurels pour les connexions intermédiaires, les fils de fixation. C'est un montage massif.

Les cartes de circuits imprimés sont exemptes de ces défauts. Leurs conducteurs sont fixés en surface, leur position est fixe, ce qui permet de calculer leurs liaisons mutuelles. En principe, les cartes de circuits imprimés se rapprochent maintenant des conceptions plates.

Au stade initial de l'application, les cartes de circuits imprimés avaient un agencement simple ou double face de pistes conductrices.

PCB simple face- il s'agit d'une plaque, sur un côté de laquelle se trouvent des conducteurs imprimés. Dans les cartes de circuits imprimés double face, les conducteurs occupaient également le mauvais côté vide de la plaque. Et pour leur connexion, diverses options ont été proposées, parmi lesquelles les plus courantes sont via des vias métallisés. Des fragments de la conception des cartes de circuits imprimés simple face et double face les plus simples sont illustrés à la fig. un.

PCB double face- leur utilisation au lieu d'être unilatérale a été le premier pas vers le passage du plan au volume. Si nous faisons abstraction (jetons mentalement le substrat d'une carte de circuit imprimé double face), nous obtenons alors une construction tridimensionnelle de conducteurs. Soit dit en passant, cette étape a été franchie assez rapidement. La demande d'Albert Hanson a déjà indiqué la possibilité de placer des conducteurs de part et d'autre du substrat et de les connecter à l'aide de trous traversants.

Riz. Fig. 1. Fragments de la conception des cartes de circuits imprimés a) unilatéral et 6) bilatéral: 1 - trou de montage, 2 - plot de contact, 3 - conducteur, 4 - substrat diélectrique, 5 - via trou métallisé

Poursuite du développement de l'électronique - la microélectronique a conduit à l'utilisation de composants multibroches (les puces peuvent avoir plus de 200 broches), le nombre de composants électroniques a augmenté. À son tour, l'utilisation de microcircuits numériques et la croissance de leurs performances ont entraîné une augmentation des exigences en matière de blindage et de distribution d'énergie aux composants, pour lesquels des couches conductrices de blindage spéciales ont été incluses dans les cartes multicouches d'appareils numériques (par exemple, des ordinateurs ). Tout cela a conduit à la croissance des interconnexions et à leur complication, ce qui a entraîné une augmentation du nombre de couches. Dans les cartes de circuits imprimés modernes, cela peut être bien plus que dix. En un sens, le circuit imprimé multicouche a pris du volume.

Construction de circuits imprimés multicouches

Dans la première version, la plus courante, les couches internes de la carte sont formées de fibre de verre laminée de cuivre double face, appelée "noyau". Les couches externes sont constituées d'une feuille de cuivre pressée sur les couches internes avec un liant - un matériau résineux appelé "prepreg". Après pressage à haute température, une « tarte » d'une carte de circuit imprimé multicouche est formée, dans laquelle des trous sont ensuite percés et métallisés. La deuxième option est moins courante, lorsque les couches externes sont formées de «noyaux» maintenus ensemble par du préimprégné. Ceci est une description simplifiée, il existe de nombreuses autres conceptions basées sur ces options. Cependant, le principe de base est que le préimprégné agit comme un liant entre les couches. Évidemment, il ne peut pas y avoir de situation où deux "noyaux" double face sont adjacents sans tampon préimprégné, mais la structure feuille-préimprégné-aluminium-préimprégné... etc est possible, et est souvent utilisée dans les planches avec des combinaisons complexes d'aveugles et des trous cachés.

Les cartes de circuits imprimés multicouches représentent désormais les deux tiers de la production mondiale de cartes de circuits imprimés en termes de valeur, bien qu'en termes quantitatifs, elles soient inférieures aux cartes simple et double face.

Schématiquement (simplifié), un fragment de la conception d'une carte de circuit imprimé multicouche moderne est illustré à la fig. 2. Les conducteurs de ces cartes de circuits imprimés sont placés non seulement sur la surface, mais également dans la masse du substrat. Dans le même temps, la disposition en couches des conducteurs les uns par rapport aux autres a été préservée (conséquence de l'utilisation de technologies d'impression planes). La superposition est inévitablement présente dans les noms des cartes de circuits imprimés et de leurs éléments - simple face, double face, multicouches, etc. La superposition reflète bien la construction et les technologies de fabrication des cartes de circuits imprimés correspondant à cette construction.

Riz. Fig. 2. Fragment d'une conception de carte de circuit imprimé multicouche : 1 - trou traversant métallisé, 2 - microvia aveugle, 3 - microvia caché, 4 - couches, 5 - trous intercalaires cachés, 6 - pastilles

En réalité, la conception des cartes de circuits imprimés multicouches diffère de celles illustrées à la Fig. 2.

En termes de structure, le MPP est beaucoup plus compliqué que les panneaux double face, tout comme la technologie pour leur production. Et leur structure elle-même diffère considérablement de celle illustrée à la Fig. 2. Ils comprennent des couches de blindage supplémentaires (terre et alimentation), ainsi que plusieurs couches de signal.

En réalité, ils ressemblent à ceci :

a) Schématiquement	Pour assurer la commutation entre les couches du MFP, des jonctions intercouches (vias) et des microvias (microvias) sont utilisées. 3.a. Les transitions intercouches peuvent être réalisées sous la forme de trous traversants reliant les couches externes entre elles et aux couches internes. Des transitions sourdes et masquées sont également utilisées. Une jonction aveugle est un canal métallisé de connexion, visible uniquement du côté supérieur ou inférieur de la carte. Des vias cachés sont utilisés pour interconnecter les couches internes de la carte. Leur utilisation permet de simplifier considérablement la disposition des cartes, par exemple, une conception MPC à 12 couches peut être réduite à une conception équivalente à 8 couches. commutation. En particulier pour montage en surface Des microvias ont été développés pour connecter les pads et les couches de signal.
c) pour plus de clarté sous forme 3D	Pour la fabrication de cartes de circuits imprimés multicouches, plusieurs diélectriques stratifiés avec une feuille sont connectés les uns aux autres, pour lesquels des joints de collage - préimprégnés sont utilisés. Dans la figure 3.c, le préimprégné est représenté en blanc. Le préimprégné colle les couches d'une carte de circuit imprimé multicouche par pressage thermique. L'épaisseur globale des cartes de circuits imprimés multicouches augmente de manière disproportionnée à mesure que le nombre de couches de signal augmente. À cet égard, il est nécessaire de prendre en compte le grand rapport entre l'épaisseur de la carte et le diamètre des trous traversants, qui est un paramètre très strict pour le processus de placage des trous traversants. Cependant, même compte tenu de la difficulté de plaquer des trous traversants de petit diamètre, les fabricants de cartes de circuits imprimés multicouches préfèrent obtenir une densité de remplissage élevée avec plus de couches relativement bon marché qu'avec moins de couches à haute densité mais proportionnellement plus chères.
Avec) Dessin 3	La figure 3.c montre une structure de couche approximative d'une carte de circuit imprimé multicouche avec une indication de leurs épaisseurs.

Vladimir Urazaev [L.12] estime que le développement des structures et des technologies en microélectronique est conforme à la loi objectivement existante du développement des systèmes techniques : les tâches liées au placement ou au déplacement d'objets sont résolues en se déplaçant d'un point à une ligne, d'une ligne à un plan, d'un plan à un espace tridimensionnel.

Je pense que les circuits imprimés devront obéir à cette loi. Il existe une possibilité potentielle de mettre en œuvre de telles cartes de circuits imprimés multiniveaux (niveaux infinis). En témoignent la riche expérience de l'utilisation des technologies laser dans la production de cartes de circuits imprimés, l'expérience tout aussi riche de l'utilisation de la stéréolithographie laser pour former des objets tridimensionnels à partir de polymères, la tendance à augmenter la résistance à la chaleur des matériaux de base, etc. Évidemment , ces produits devront porter un autre nom. Puisque le terme "carte de circuit imprimé" ne reflétera plus ni leur contenu interne ni leur technologie de fabrication.

Peut-être que ce sera le cas.

Mais il me semble que les structures tridimensionnelles dans la conception des cartes de circuits imprimés sont déjà connues - ce sont des cartes de circuits imprimés multicouches. Et le montage volumétrique des composants électroniques avec la localisation de plots de contact sur toutes les surfaces des composants radio réduit la fabricabilité de leur installation, la qualité des interconnexions et complique leur test et leur maintenance.

L'avenir nous le dira !

Circuits imprimés souples

Pour la plupart des gens, une carte de circuit imprimé n'est qu'une plaque rigide avec des interconnexions électriquement conductrices.

Les cartes de circuits imprimés rigides sont le produit le plus massif utilisé dans l'électronique radio, que presque tout le monde connaît.

Mais il existe également des circuits imprimés flexibles, qui élargissent de plus en plus leur champ d'application. Un exemple est ce qu'on appelle les câbles imprimés flexibles (boucles). De telles cartes de circuits imprimés remplissent une portée limitée de fonctions (la fonction du substrat pour les radioéléments est exclue). Ils servent à connecter des cartes de circuits imprimés classiques, en remplacement des faisceaux. Les cartes de circuits imprimés flexibles acquièrent de l'élasticité du fait que leur "substrat" ​​polymère est dans un état hautement élastique. Les circuits imprimés flexibles ont deux degrés de liberté. Ils peuvent même être pliés en bande de Möbius.

Dessin 4

Un voire deux degrés de liberté, mais une liberté très limitée, peuvent également être accordés à des cartes de circuits imprimés rigides ordinaires, dans lesquelles la matrice polymère du substrat est dans un état rigide et vitreux. Ceci est réalisé en réduisant l'épaisseur du substrat. L'un des avantages des circuits imprimés gaufrés réalisés à partir de diélectriques fins est la possibilité de leur conférer une "rondeur". Ainsi, il devient possible de coordonner leur forme et la forme des objets (fusées, objets spatiaux, etc.) dans lesquels ils peuvent être placés. Le résultat est une économie importante dans le volume interne de produits.

Leur inconvénient important est qu'avec une augmentation du nombre de couches, la flexibilité de telles cartes de circuits imprimés diminue. Et l'utilisation de composants inflexibles classiques oblige à fixer leur forme. Etant donné que les courbures de telles cartes de circuit imprimé avec des composants inflexibles conduisent à des contraintes mécaniques élevées aux points de leur connexion avec la carte de circuit imprimé flexible.

Une position intermédiaire entre les circuits imprimés rigides et souples est occupée par les circuits imprimés "anciens", constitués d'éléments rigides pliés en accordéon. De tels "accordéons" ont probablement conduit à l'idée de créer des circuits imprimés multicouches. Les cartes de circuits imprimés flexibles-rigides modernes sont mises en œuvre d'une manière différente. On parle principalement de cartes de circuits imprimés multicouches. Ils peuvent combiner des couches rigides et souples. Si les couches flexibles sont séparées des couches rigides, il est possible d'obtenir une carte de circuit imprimé constituée de fragments rigides et flexibles. Une autre option consiste à connecter deux fragments rigides avec un flexible.

La classification des conceptions de PCB basée sur la superposition de leur motif conducteur couvre la plupart des conceptions de PCB, mais pas toutes. Par exemple, pour la fabrication de circuits imprimés tissés ou de boucles, ce n'est pas l'impression d'impression, mais l'équipement de tissage qui s'est avéré approprié. De telles "cartes de circuits imprimés" ont déjà trois degrés de liberté. Tout comme le tissu ordinaire, ils peuvent prendre les formes les plus bizarres.

Cartes de circuits imprimés à haute conductivité thermique

Récemment, il y a eu une augmentation de la dissipation thermique des appareils électroniques, qui est associée à :

Augmenter les performances des systèmes informatiques,

besoins de commutation de forte puissance,

Utilisation croissante de composants électroniques avec une dissipation thermique accrue.

Ce dernier se manifeste le plus clairement dans la technologie d'éclairage à LED, où l'intérêt pour la création de sources lumineuses à base de LED ultra-lumineuses à haute puissance a fortement augmenté. L'efficacité lumineuse des LED à semi-conducteur a déjà atteint 100lm/W. Ces LED ultra-lumineuses remplacent les lampes à incandescence conventionnelles et sont utilisées dans presque tous les domaines de la technologie d'éclairage : lampes d'éclairage public, éclairage automobile, éclairage de secours, panneaux publicitaires, panneaux LED, indicateurs, téléscripteurs, feux de signalisation, etc. Ces LED sont devenues indispensables dans l'éclairage décoratif, dans les systèmes d'éclairage dynamique en raison de leur couleur monochrome et de leur vitesse de commutation. Il est également avantageux de les utiliser là où il est nécessaire d'économiser drastiquement l'énergie, là où l'entretien fréquent est coûteux et là où les exigences de sécurité électrique sont élevées.

Des études montrent qu'environ 65 à 85 % de l'électricité pendant le fonctionnement de la LED est convertie en chaleur. Cependant, sous réserve des régimes thermiques préconisés par le fabricant de LED, la durée de vie de la LED peut atteindre 10 ans. Mais, si le régime thermique est violé (il s'agit généralement d'un fonctionnement avec une température de jonction supérieure à 120 ... 125 ° C), la durée de vie de la LED peut chuter de 10 fois ! Et en cas de non-respect flagrant des conditions thermiques recommandées, par exemple lors de l'allumage de LED de type émetteur sans radiateur pendant plus de 5 à 7 secondes, la LED peut tomber en panne même lors de la première mise sous tension. L'augmentation de la température de transition entraîne en outre une diminution de la luminosité de la lueur et un décalage de la longueur d'onde de fonctionnement. Par conséquent, il est très important de calculer correctement le régime thermique et, si possible, de dissiper au maximum la chaleur générée par la LED.

Les grands fabricants de LED haute puissance tels que Cree, Osram, Nichia, Luxeon, Seoul Semiconductor, Edison Opto, etc., fabriquent depuis longtemps des modules ou des clusters LED sur des circuits imprimés à base métallique (dans la classification internationale IMPCB - Insulated Metal Printed Circuit Board, ou AL PCB - cartes de circuits imprimés sur une base en aluminium).

Figure 5

Ces circuits imprimés sur une base en aluminium ont une résistance thermique faible et fixe, ce qui permet, lorsqu'ils sont installés sur un radiateur, d'assurer simplement l'évacuation de la chaleur de la jonction p-n de la LED et d'assurer son fonctionnement pendant toute la durée de vie.

Le cuivre, l'aluminium, divers types de céramiques sont utilisés comme matériaux à haute conductivité thermique pour les bases de telles cartes de circuits imprimés.

Problèmes de technologie de production industrielle

L'histoire du développement de la technologie des cartes de circuits imprimés est l'histoire de l'amélioration de la qualité et de la résolution des problèmes qui surviennent au cours du développement.

Voici quelques-uns de ses détails.

Les cartes de circuits imprimés fabriquées par métallisation traversante, malgré leur application la plus large, présentent un inconvénient très sérieux. D'un point de vue constructif, le maillon le plus faible de ces circuits imprimés est la jonction des plots métallisés dans les vias et des couches conductrices (pads). La connexion de la colonne métallisée et de la couche conductrice longe la face d'extrémité du plot. La longueur de connexion est déterminée par l'épaisseur de la feuille de cuivre et est généralement de 35 µm ou moins. Le placage galvanique des parois des vias est précédé de l'étape de placage chimique. Le cuivre chimique, contrairement au cuivre galvanique, est plus lâche. Par conséquent, la connexion de la colonne métallisée avec la surface d'extrémité du plot de contact se fait à travers une sous-couche intermédiaire de cuivre chimique, qui est plus faible en termes de caractéristiques de résistance. Le coefficient de dilatation thermique de la fibre de verre est bien supérieur à celui du cuivre. Lors du passage par la température de transition vitreuse de la résine époxy, la différence augmente fortement. Lors des chocs thermiques, que subit la carte de circuit imprimé pour diverses raisons, la connexion est soumise à des charges mécaniques très importantes et... casse. En conséquence, le circuit électrique est interrompu et les performances du circuit électrique sont perturbées.

Riz. Fig. 6. Transitions intercouches dans les cartes de circuits imprimés multicouches: a) sans sous-couche diélectrique, 6) avec sous-couche diélectrique 1 - diélectrique, 2 - pastille de la couche interne, 3 - cuivre chimique, 4 - cuivre galvanique

Riz. Fig. 7. Un fragment de la construction d'une carte de circuit imprimé multicouche réalisée par accumulation couche par couche: 1 - transition intercouche, 2 - conducteur de la couche interne, 3 - plot de montage, 4 - conducteur de l'extérieur couche, 5 - couches diélectriques

Dans les cartes de circuits imprimés multicouches, une augmentation de la fiabilité des vias internes peut être obtenue en introduisant une opération supplémentaire - la sous-gravure (retrait partiel) du diélectrique dans les vias avant la métallisation. Dans ce cas, la connexion des plots métallisés avec des plots de contact s'effectue non seulement le long de l'extrémité, mais également partiellement le long des zones annulaires externes de ces plots (Fig. 6).

Une plus grande fiabilité des transitions métallisées des cartes de circuits imprimés multicouches a été obtenue en utilisant la technologie de fabrication de cartes de circuits imprimés multicouches par la méthode de construction couche par couche (Fig. 7). Les connexions entre les éléments conducteurs des couches imprimées dans ce procédé sont réalisées par dépôt galvanique de cuivre dans les trous de la couche isolante. Contrairement à la méthode de placage traversant, dans ce cas, les vias sont entièrement remplis de cuivre. La zone de connexion entre les couches conductrices devient beaucoup plus grande et la géométrie est différente. Rompre de telles connexions n'est pas si facile. Et pourtant, cette technologie est également loin d'être idéale. La transition "cuivre galvanique - cuivre chimique - cuivre galvanisé" demeure.

Les cartes de circuits imprimés réalisées par métallisation traversante doivent supporter au moins quatre (multicouches au moins trois) ressoudages. Les circuits imprimés gaufrés permettent un nombre beaucoup plus important de ressoudage (jusqu'à 50). Selon les développeurs, les vias métallisés dans les cartes de circuits imprimés en relief ne réduisent pas, mais augmentent leur fiabilité. Qu'est-ce qui a provoqué un tel saut qualitatif ? La réponse est simple. Dans la technologie de fabrication des cartes de circuits imprimés gaufrés, les couches conductrices et les colonnes métallisées les reliant sont mises en œuvre en un seul cycle technologique (simultanément). Il n'y a donc pas de transition "cuivre galvanique - cuivre chimique - cuivre galvanisé". Mais un résultat aussi élevé a été obtenu à la suite du rejet de la technologie la plus produite en série pour la fabrication de cartes de circuits imprimés, à la suite du passage à une autre construction. Pour de nombreuses raisons, il n'est pas souhaitable d'abandonner la méthode de métallisation des trous traversants.

Comment être?

La responsabilité de la formation d'une couche barrière à la jonction des extrémités des plots de contact et des capots métallisés incombe principalement aux technologues. Ils ont pu résoudre ce problème. Des changements révolutionnaires dans la technologie de fabrication des cartes de circuits imprimés ont été introduits par des procédés de métallisation directe des trous, qui exclut l'étape de métallisation chimique, se limitant uniquement à la pré-activation de la surface. De plus, les processus de métallisation directe sont mis en œuvre de manière à ce qu'un film conducteur n'apparaisse que là où il est nécessaire - à la surface du diélectrique. En conséquence, il n'y a tout simplement pas de couche barrière dans les traversées métallisées des cartes de circuits imprimés fabriquées par le procédé de placage traversant direct. N'est-ce pas une belle façon de résoudre une contradiction technique ?

Il a également été possible de s'affranchir de la contradiction technique liée au placage des vias. Les trous métallisés peuvent devenir un maillon faible des cartes de circuits imprimés pour une autre raison. L'épaisseur des parois des vias doit idéalement être uniforme sur toute leur hauteur. Sinon, encore une fois, il y a des problèmes de fiabilité. La chimie physique des processus de galvanoplastie contrecarre cela. Le profil idéal et réel du revêtement dans les vias plaqués est illustré à la fig. 5. L'épaisseur du revêtement à la profondeur du trou est généralement inférieure à celle de la surface. Les raisons sont très différentes : densité de courant inégale, polarisation cathodique, taux d'échange d'électrolyte insuffisant, etc. Dans les circuits imprimés modernes, le diamètre des vias métallisés a déjà franchi la barre des 100 microns, et le rapport de la hauteur au diamètre des le trou atteint dans certains cas 20:1. La situation est devenue extrêmement compliquée. Les méthodes physiques (utilisation des ultrasons, augmentation de l'intensité des échanges de fluides dans les trous des circuits imprimés, etc.) ont déjà épuisé leurs possibilités. Même la viscosité de l'électrolyte commence à jouer un rôle important.

Riz. 8. Coupe transversale du via à plaquer dans le circuit imprimé. 1 - diélectrique, 2 - profil de métallisation idéal des parois du trou, 3 - profil de métallisation réel des parois du trou,
4 - résister

Traditionnellement, ce problème était résolu en utilisant des électrolytes avec des additifs d'égalisation, qui sont adsorbés dans les zones où la densité de courant est plus élevée. La sorption de tels additifs est proportionnelle à la densité de courant. Les additifs créent une couche barrière pour contrecarrer une sédimentation excessive galvanoplastie sur les arêtes vives et les zones qui leur sont adjacentes (plus près de la surface de la carte de circuit imprimé).

Une solution différente à ce problème est théoriquement connue depuis longtemps, mais il a été pratiquement possible de la mettre en œuvre assez récemment - après la maîtrise de la production industrielle d'alimentations à découpage haute puissance. Cette méthode est basée sur l'utilisation d'un mode d'alimentation pulsé (inverse) pour les bains galvaniques. La plupart du temps, le courant continu est fourni. Lorsque cela se produit, le dépôt du revêtement. Le courant inverse est fourni pendant une moindre partie du temps. Simultanément, la dissolution du revêtement déposé se produit. Une densité de courant inégale (plus grande aux angles vifs) dans ce cas n'est que bénéfique. Pour cette raison, la dissolution du revêtement se produit d'abord et dans une plus grande mesure à la surface de la carte de circuit imprimé. Dans cette solution technique, tout un « bouquet » de méthodes de résolution des contradictions techniques est utilisé : utiliser une action partiellement redondante, transformer le mal en faveur, appliquer le passage d'un processus continu à un processus impulsif, faire le contraire, etc. résultat obtenu correspond à ce « bouquet ». Avec une certaine combinaison de la durée des impulsions aller et retour, il devient même possible d'obtenir une épaisseur de revêtement dans la profondeur du trou plus importante qu'à la surface de la carte de circuit imprimé. C'est pourquoi cette technologie s'est avérée indispensable pour remplir les vias borgnes avec du métal (une propriété des cartes de circuits imprimés modernes), grâce à laquelle la densité des interconnexions dans les PCB double environ.

Les problèmes liés à la fiabilité des jonctions métallisées dans les cartes de circuits imprimés sont de nature locale. Par conséquent, les contradictions qui surgissent au cours de leur développement, par rapport aux cartes de circuits imprimés dans leur ensemble, ne sont pas non plus universelles. Bien que ces cartes de circuits imprimés occupent la part du lion du marché de toutes les cartes de circuits imprimés.

De plus, au cours du processus de développement, d'autres problèmes auxquels les technologues sont confrontés, mais les consommateurs n'y pensent même pas, sont résolus. Nous obtenons des cartes de circuits imprimés multicouches pour nos besoins et les appliquons.

Microminiaturisation

Au stade initial, les mêmes composants ont été installés sur des cartes de circuits imprimés qui ont été utilisées dans l'installation volumétrique de REA, bien qu'avec un certain raffinement des conclusions pour réduire leur taille. Mais les composants les plus courants pourraient être installés sur des cartes de circuits imprimés sans retouche.

Avec l'avènement des cartes de circuits imprimés, il est devenu possible de réduire la taille des composants utilisés sur les cartes de circuits imprimés, ce qui a entraîné à son tour une diminution des tensions de fonctionnement et des courants consommés par ces éléments. Depuis 1954, le ministère des Centrales électriques et de l'Industrie électrique a produit en série le récepteur radio portable à tube Dorozhny, qui utilisait une carte de circuit imprimé.

Avec l'avènement des dispositifs d'amplification à semi-conducteurs miniatures - les transistors, les cartes de circuits imprimés ont commencé à dominer dans appareils ménagers, un peu plus tard dans l'industrie, et avec l'avènement de fragments de circuits électroniques combinés sur une seule puce - modules fonctionnels et microcircuits, leur conception prévoyait déjà l'installation de cartes de circuits exclusivement non imprimées.

Avec la réduction continue de la taille des composants actifs et passifs, un nouveau concept est apparu - la «microminiaturisation».

Dans les composants électroniques, cela s'est traduit par l'apparition de LSI et VLSI contenant plusieurs millions de transistors. Leur apparition a nécessité d'augmenter le nombre de connexions externes (voir la surface de contact du processeur graphique sur la figure 9.a), ce qui a entraîné à son tour la complication du câblage des lignes conductrices, visible sur la figure 9.b .

Un tel panneau GPU, et CPU aussi - rien de plus qu'une petite carte de circuit imprimé multicouche, sur laquelle la puce du processeur elle-même est placée, le câblage des broches de la puce avec le champ de contact et les éléments attachés (généralement des condensateurs de filtrage du système de distribution d'énergie)

Figure 9

Et que cela ne vous semble pas une blague, le CPU 2010 d'Intel ou d'AMD est aussi un circuit imprimé, et un multicouche en plus.

Illustration 9a

Le développement des cartes de circuits imprimés, ainsi que de la technologie électronique en général, est une ligne de réduction de ses éléments ; leur compactage sur la surface imprimée, ainsi que la réduction des éléments de technologie électronique. Sous les "éléments" dans ce cas, il faut comprendre à la fois la propriété propre des cartes de circuits imprimés (conducteurs, vias, etc.) et les éléments du supersystème (assemblage de circuits imprimés) - éléments radio. Les dernières avancées en matière de vitesse de microminiaturisation sont en avance sur les cartes de circuits imprimés.

La microélectronique est engagée dans le développement de VLSI.

Une augmentation de la densité de la base de l'élément nécessite la même chose des conducteurs de la carte de circuit imprimé - le support de cette base de l'élément. À cet égard, de nombreux problèmes doivent être résolus. Nous parlerons de deux de ces problèmes et de la manière de les résoudre plus en détail.

Les premières méthodes de fabrication de cartes de circuits imprimés reposaient sur le collage de conducteurs en feuille de cuivre à la surface d'un substrat diélectrique.

On a supposé que la largeur des conducteurs et les espaces entre les conducteurs sont mesurés en millimètres. Dans cette version, cette technologie était assez efficace. La miniaturisation ultérieure de la technologie électronique a nécessité la création d'autres procédés de fabrication de cartes de circuits imprimés, dont les principales variantes (soustractives, additives, semi-additives, combinées) sont encore utilisées aujourd'hui. L'utilisation de telles technologies a permis de mettre en œuvre des cartes de circuits imprimés avec des tailles d'éléments mesurées en dixièmes de millimètre.

Atteindre des niveaux de résolution PCB d'environ 0,1 mm (100 µm) a été une étape importante. D'une part, il y avait une transition "vers le bas" d'un ordre de plus. De l'autre - une sorte de saut qualitatif. Pourquoi? Le substrat diélectrique de la plupart des cartes de circuits imprimés modernes est en fibre de verre - plastique laminé avec une matrice polymère renforcée de fibre de verre. La réduction des écarts entre les conducteurs de la carte de circuit imprimé a conduit à ce qu'ils soient devenus proportionnels à l'épaisseur des filaments de verre ou à l'épaisseur des noeuds de l'entrelacement de ces filaments en fibre de verre. Et la situation dans laquelle les conducteurs sont "fermés" avec de tels nœuds est devenue bien réelle. En conséquence, la formation de capillaires particuliers dans la fibre de verre, "fermant" ces conducteurs, est également devenue réelle. Dans des conditions d'humidité élevée, les capillaires conduisent éventuellement à une détérioration du niveau d'isolation entre les conducteurs des cartes de circuits imprimés. Et pour être plus précis, cela se produit même dans des conditions d'humidité normale. La condensation d'humidité dans les structures capillaires de la fibre de verre est également notée dans des conditions normales.L'humidité réduit toujours le niveau de résistance de l'isolation.

Étant donné que de telles cartes de circuits imprimés sont devenues monnaie courante dans les équipements électroniques modernes, nous pouvons conclure que les développeurs de matériaux de base pour les cartes de circuits imprimés ont quand même réussi à résoudre ce problème en utilisant des méthodes traditionnelles. Mais feront-ils face au prochain événement important ? Un autre saut qualitatif a déjà eu lieu.

Il est rapporté que les spécialistes de Samsung ont maîtrisé la technologie de fabrication de cartes de circuits imprimés avec une largeur de conducteurs et des espaces entre eux de 8 à 10 microns. Mais ce n'est pas l'épaisseur d'un fil de verre, mais de la fibre de verre !

La tâche de fournir une isolation dans des espaces ultra-petits entre les conducteurs des cartes de circuits imprimés actuelles et en particulier futures est difficile. Quelles méthodes il sera résolu - traditionnel ou non traditionnel - et s'il sera résolu - le temps nous le dira.

Riz. Fig. 10. Profils de gravure d'une feuille de cuivre : a - profil idéal, b - profil réel ; 1 - couche protectrice, 2 - conducteur, 3 - diélectrique

Il y avait des difficultés à obtenir des conducteurs ultra-petits (ultra-étroits) dans les cartes de circuits imprimés. Pour de nombreuses raisons, les méthodes soustractives se sont généralisées dans les technologies de fabrication des PCB. Dans les méthodes soustractives, un motif de circuit électrique est formé en supprimant les fragments de feuille inutiles. Même pendant la Seconde Guerre mondiale, Paul Eisler a mis au point la technologie de la gravure de feuilles de cuivre avec du chlorure ferrique. Une telle technologie sans prétention est encore utilisée par les radioamateurs. La technologie industrielle n'est pas très éloignée de cette technologie de "cuisine". Sauf si la composition des solutions de décapage a changé et que des éléments d'automatisation des processus sont apparus.

L'inconvénient fondamental d'absolument toutes les technologies de gravure est que la gravure se déroule non seulement dans la direction souhaitée (vers la surface du diélectrique), mais également dans une direction transversale indésirable. Le dégagement latéral des conducteurs est proportionnel à l'épaisseur de la feuille de cuivre (environ 70%). Habituellement, au lieu d'un profil de conducteur idéal, un profil en forme de champignon est obtenu (Fig. 10). Lorsque la largeur des conducteurs est grande, et dans les cartes de circuits imprimés les plus simples, elle est même mesurée en millimètres, ils ferment simplement les yeux sur la contre-dépouille latérale des conducteurs. Si la largeur des conducteurs est proportionnelle à leur hauteur ou même inférieure à celle-ci (les réalités d'aujourd'hui), alors les "aspirations latérales" jettent un doute sur la faisabilité d'utiliser de telles technologies.

En pratique, la quantité de sous-gravure latérale des conducteurs imprimés peut être réduite dans une certaine mesure. Ceci est réalisé en augmentant la vitesse de gravure ; en utilisant le jet versant (les jets de mordançage coïncident avec la direction souhaitée - perpendiculaire au plan de la feuille), ainsi que d'autres manières. Mais lorsque la largeur du conducteur se rapproche de sa hauteur, l'efficacité de telles améliorations devient nettement insuffisante.

Mais les progrès de la photolithographie, de la chimie et de la technologie permettent désormais de résoudre tous ces problèmes. Ces solutions sont issues des technologies de la microélectronique.

Technologies radioamateurs pour la production de cartes de circuits imprimés

La fabrication de cartes de circuits imprimés dans des conditions de radio amateur a ses propres caractéristiques, et le développement de la technologie augmente ces possibilités. Mais les processus continuent d'être leur base

La question de savoir comment fabriquer des circuits imprimés à la maison à moindre coût préoccupe tous les radioamateurs, probablement depuis les années 60 du siècle dernier, lorsque les circuits imprimés étaient largement utilisés dans les appareils électroménagers. Et si alors le choix des technologies n'était pas si grand, aujourd'hui, grâce au développement technologie moderne les radioamateurs ont la possibilité de produire rapidement et efficacement des cartes de circuits imprimés sans utiliser d'équipement coûteux. Et ces opportunités ne cessent de s'élargir, leur permettant de rapprocher la qualité de leurs créations des designs industriels.

En fait, l'ensemble du processus de fabrication d'un circuit imprimé peut être divisé en cinq étapes principales :

• préparation préalable de la pièce (nettoyage de surface, dégraissage);
• application d'un revêtement protecteur d'une manière ou d'une autre;
• élimination de l'excès de cuivre de la surface de la carte (gravure);
• nettoyer la pièce du revêtement protecteur;
• perçage de trous, revêtement de flux, étamage.

Nous ne considérons que la technologie "classique" la plus courante, dans laquelle les zones de cuivre en excès sont éliminées de la surface de la carte par gravure chimique. De plus, il est possible, par exemple, d'éliminer le cuivre par fraisage ou à l'aide d'une machine à étincelle électrique. Cependant, ces méthodes n'ont été largement utilisées ni dans le milieu radioamateur ni dans l'industrie (bien que la fabrication de cartes par fraisage soit parfois utilisée dans les cas où il est nécessaire de produire très rapidement des cartes de circuits imprimés simples en quantités uniques).

Et ici, nous parlerons des 4 premiers points du processus technologique, puisque le forage est effectué par un radioamateur à l'aide de l'outil dont il dispose.

À la maison, il est impossible de fabriquer une carte de circuit imprimé multicouche capable de rivaliser avec les conceptions industrielles. Par conséquent, dans des conditions de radio amateur, des cartes de circuit imprimé double face sont généralement utilisées et, dans les conceptions d'appareils à micro-ondes, uniquement des cartes double face.

Bien que la fabrication de circuits imprimés à domicile doive s'efforcer d'utiliser autant de composants de montage en surface que possible lors de la conception d'un circuit, cela permet dans certains cas d'acheminer presque tout le circuit d'un côté de la carte. Ceci est dû au fait qu'aucune technologie de métallisation de vias réellement réalisable chez soi n'a été inventée à ce jour. Par conséquent, si la carte ne peut pas être câblée d'un côté, vous devez câbler de l'autre côté en utilisant les fils des différents composants installés sur la carte comme des vias, qui dans ce cas devront être soudés des deux côtés de la carte. Bien sûr, il existe différentes manières de remplacer le placage des trous (en utilisant un conducteur mince inséré dans le trou et soudé aux pistes des deux côtés de la carte; en utilisant des capuchons spéciaux), mais ils présentent tous des inconvénients importants et sont peu pratiques à utiliser . Idéalement, la carte ne doit être routée que d'un seul côté en utilisant un nombre minimum de cavaliers.

Arrêtons-nous maintenant plus en détail sur chacune des étapes de fabrication d'une carte de circuit imprimé.

Préparation préliminaire de la pièce

Cette étape est la première et consiste à préparer la surface du futur circuit imprimé pour y appliquer un revêtement protecteur. En général, sur une longue période, la technologie de nettoyage des surfaces n'a pas subi de changements significatifs. L'ensemble du processus est réduit à l'élimination des oxydes et des contaminants de la surface du panneau à l'aide de divers produits abrasifs et au dégraissage ultérieur.

Pour enlever la saleté tenace, vous pouvez utiliser du papier de verre à grain fin ("zéro"), de la poudre abrasive fine ou tout autre outil qui ne laisse pas de rayures profondes sur la surface de la planche. Parfois, vous pouvez simplement laver la surface de la carte de circuit imprimé avec un gant de toilette dur pour laver la vaisselle avec du détergent ou de la poudre (à cet effet, il est pratique d'utiliser un gant de toilette abrasif pour laver la vaisselle, qui ressemble à du feutre avec de petites inclusions de substance; souvent un tel gant de toilette est collé à un morceau de caoutchouc mousse) . De plus, si la surface du circuit imprimé est suffisamment propre, vous pouvez ignorer complètement le traitement abrasif et passer directement au dégraissage.

S'il n'y a qu'un film d'oxyde épais sur la carte de circuit imprimé, il peut être facilement éliminé en traitant la carte de circuit imprimé pendant 3 à 5 secondes avec une solution de chlorure ferrique, puis en la rinçant à l'eau courante froide. Cependant, il convient de noter qu'il est souhaitable soit d'effectuer cette opération immédiatement avant d'appliquer le revêtement protecteur, soit après celle-ci, de stocker la pièce dans un endroit sombre, car le cuivre s'oxyde rapidement à la lumière.

La dernière étape de la préparation de surface est le dégraissage. Pour ce faire, vous pouvez utiliser un morceau de tissu doux qui ne laisse pas de fibres, humidifié avec de l'alcool, de l'essence ou de l'acétone. Ici, vous devez faire attention à la propreté de la surface de la planche après le dégraissage, car récemment, de l'acétone et de l'alcool contenant une quantité importante d'impuretés ont commencé à apparaître, ce qui laisse des taches blanchâtres sur la planche après séchage. Si c'est le cas, alors vous devriez chercher un autre dégraissant. Après dégraissage, la planche doit être lavée à l'eau courante froide. La qualité du nettoyage peut être contrôlée en observant le degré de mouillage de la surface du cuivre avec de l'eau. Une surface complètement mouillée d'eau, sans formation de gouttes ni rupture du film d'eau, est un indicateur d'un niveau de nettoyage normal. Des perturbations dans ce film d'eau indiquent que la surface n'a pas été suffisamment nettoyée.

Revêtement de protection

L'application d'un revêtement protecteur est l'étape la plus importante du processus de fabrication des PCB, et c'est elle qui détermine à 90% la qualité de la carte fabriquée. Actuellement, il existe trois méthodes les plus populaires d'application d'un revêtement protecteur dans l'environnement radioamateur. Nous les considérerons par ordre croissant de la qualité des planches obtenues en les utilisant.

Tout d'abord, il convient de préciser que le revêtement protecteur à la surface de la pièce doit former une masse homogène, sans défauts, avec des limites uniformes et résistantes aux composants chimiques de la solution de décapage.

Application manuelle d'un revêtement de protection

Avec cette méthode, le dessin de la carte de circuit imprimé est transféré manuellement sur la fibre de verre à l'aide d'une sorte de dispositif d'écriture. Récemment, de nombreux marqueurs sont apparus en vente, dont le colorant n'est pas lavé à l'eau et donne une couche protectrice assez solide. De plus, pour le dessin manuel, vous pouvez utiliser un stylo à dessin ou un autre appareil rempli de colorant. Ainsi, par exemple, il est pratique d'utiliser une seringue avec une aiguille fine pour dessiner (les seringues à insuline d'un diamètre d'aiguille de 0,3 à 0,6 mm sont les mieux adaptées à cette fin), coupées à une longueur de 5 à 8 mm. Dans ce cas, la tige ne doit pas être insérée dans la seringue - le colorant doit s'écouler librement sous l'action de l'effet capillaire. De plus, au lieu d'une seringue, vous pouvez utiliser un fin tube de verre ou de plastique tendu sur le feu pour obtenir le diamètre souhaité. Une attention particulière doit être portée à la qualité du traitement du bord du tube ou de l'aiguille: lors du dessin, ils ne doivent pas rayer le tableau, sinon les zones déjà peintes peuvent être endommagées. En tant que colorant lorsque vous travaillez avec de tels appareils, vous pouvez utiliser du bitume ou un autre vernis dilué avec un solvant, du zaponlak ou même une solution de colophane dans de l'alcool. Dans ce cas, il est nécessaire de choisir la consistance du colorant de manière à ce qu'il s'écoule librement lors du dessin, mais en même temps ne s'écoule pas et ne forme pas de gouttes au bout de l'aiguille ou du tube. Il convient de noter que le processus manuel d'application d'un revêtement protecteur est assez laborieux et ne convient que dans les cas où il est nécessaire de fabriquer très rapidement une petite planche. Largeur minimale la piste qui peut être obtenue lors du dessin à la main est d'environ 0,5 mm.

Utilisation de "l'imprimante laser et de la technologie du fer"

Cette technologie est apparue relativement récemment, cependant, elle s'est immédiatement largement répandue en raison de sa simplicité et de la haute qualité des planches obtenues. La base de la technologie est le transfert de toner (poudre utilisée dans l'impression dans les imprimantes laser) de n'importe quel substrat vers une carte de circuit imprimé.

Dans ce cas, deux options sont possibles : soit le substrat utilisé est séparé de la carte avant gravure, soit, si le substrat est utilisé feuille d'aluminium, elle est gravée avec du cuivre .

La première étape de l'utilisation de cette technologie consiste à imprimer une image miroir du motif de la carte de circuit imprimé sur le substrat. Les paramètres d'impression de l'imprimante doivent être définis sur la qualité d'impression la plus élevée (car dans ce cas, la couche de toner la plus épaisse est appliquée). En tant que substrat, vous pouvez utiliser du papier couché fin (couvertures de divers magazines), du papier fax, du papier d'aluminium, un film pour imprimante laser, un support de film auto-adhésif Oracal ou d'autres matériaux. Si vous utilisez du papier ou du papier d'aluminium trop fin, vous devrez peut-être les coller autour du périmètre sur une feuille de papier épais. Idéalement, l'imprimante devrait avoir un chemin de papier sans pli qui empêche un tel sandwich de se froisser à l'intérieur de l'imprimante. Ceci est également d'une grande importance lors de l'impression sur une feuille ou une base à partir d'un film Oracal, car le toner qu'ils contiennent est très faible et si le papier est plié à l'intérieur de l'imprimante, il est fort probable que vous deviez passer plusieurs minutes désagréables à nettoyer le four de l'imprimante des résidus de toner adhérents. Il est préférable que l'imprimante puisse faire passer le papier horizontalement tout en imprimant sur le dessus (comme la HP LJ2100 est l'une des meilleures imprimantes pour les applications PCB). Je voudrais immédiatement avertir les propriétaires d'imprimantes telles que HP LJ 5L, 6L, 1100, afin qu'ils n'essaient pas d'imprimer sur une feuille ou une base d'Oracal - généralement, de telles expériences se soldent par un échec. De plus, en plus de l'imprimante, vous pouvez également utiliser un copieur, dont l'utilisation donne parfois des résultats encore meilleurs par rapport aux imprimantes en raison de l'application d'une épaisse couche de toner. La principale exigence pour le substrat est la facilité de sa séparation du toner. De plus, si du papier est utilisé, il ne doit pas laisser de peluches dans le toner. Dans ce cas, deux options sont possibles : soit le substrat est simplement retiré après transfert du toner sur la carte (dans le cas d'un film pour imprimantes laser ou d'une base de chez Oracal), soit il est pré-imbibé d'eau puis progressivement séparés (papier couché).

Le transfert de toner sur le carton consiste à appliquer un substrat avec du toner sur un carton pré-nettoyé, suivi d'un chauffage à une température légèrement supérieure au point de fusion du toner. Il existe un grand nombre d'options pour ce faire, mais la plus simple consiste à presser le substrat contre la planche avec un fer chaud. Dans le même temps, afin de répartir uniformément la pression du fer sur le substrat, il est recommandé de poser plusieurs couches de papier épais entre elles. Une question très importante est la température du fer et le temps d'exposition. Ces paramètres varient au cas par cas, vous devrez donc peut-être exécuter plusieurs expériences avant d'obtenir de bons résultats. Il n'y a ici qu'un seul critère : le toner doit avoir le temps de fondre suffisamment pour coller à la surface de la planche, et en même temps il ne doit pas avoir le temps d'atteindre un état semi-liquide pour que les bords des pistes ne aplatir. Après avoir "soudé" le toner au panneau, il est nécessaire de séparer le substrat (sauf dans le cas de l'utilisation d'une feuille d'aluminium comme substrat : il ne faut pas le séparer car il se dissout dans presque toutes les solutions de gravure). Le film et le support de l'imprimante laser d'Oracal se décollent simplement doucement, tandis que le papier ordinaire nécessite un pré-trempage dans de l'eau chaude.

Il convient de noter qu'en raison des particularités de l'impression des imprimantes laser, la couche de toner au milieu des grands polygones solides est assez petite, vous devez donc éviter autant que possible d'utiliser de telles zones sur le tableau, ou après avoir retiré le substrat, vous devra retoucher la planche manuellement. En général, l'utilisation de cette technologie, après un certain entraînement, permet d'atteindre la largeur des pistes et les écarts entre elles jusqu'à 0,3 mm.

J'utilise depuis de nombreuses années cette technologie particulière (depuis la imprimante laser).

Application de résines photosensibles

Une résine photosensible est une substance sensible à la lumière (généralement dans le proche ultraviolet) et qui change de propriétés lorsqu'elle est exposée à la lumière.

Récemment, plusieurs types de photorésists importés dans des emballages aérosols sont apparus sur le marché russe, qui sont particulièrement pratiques pour un usage domestique. L'essence de l'utilisation d'un photorésist est la suivante: un photomasque () est appliqué sur une planche avec une couche de photorésist appliquée dessus et il est éclairé, après quoi les zones éclairées (ou non exposées) du photorésist sont lavées avec un spécial solvant, qui est généralement de la soude caustique (NaOH). Tous les photorésists sont divisés en deux catégories : positifs et négatifs. Pour les photorésists positifs, la piste sur la carte correspond à une zone noire sur le photomasque, et pour les négatifs, en conséquence, elle est transparente.

Les résines photosensibles positives sont les plus répandues car elles sont les plus pratiques à utiliser.

Arrêtons-nous plus en détail sur l'utilisation des résines photosensibles positives dans le conditionnement des aérosols. La première étape consiste à préparer le photomasque. À la maison, il peut être obtenu en imprimant un motif de planche sur une imprimante laser sur film. Dans ce cas, une attention particulière doit être portée à la densité du noir sur le photomasque, pour lequel il est nécessaire de désactiver tous les modes d'économie de toner et d'amélioration de la qualité d'impression dans les paramètres de l'imprimante. De plus, certaines entreprises proposent la sortie d'un photomasque sur un phototraceur - tout en vous garantissant un résultat de haute qualité.

Lors de la deuxième étape, un film mince de résine photosensible est appliqué sur la surface pré-préparée et nettoyée de la carte. Cela se fait en le pulvérisant à une distance d'environ 20 cm.Dans ce cas, il faut s'efforcer d'obtenir une uniformité maximale du revêtement obtenu. De plus, il est très important de s'assurer qu'il n'y a pas de poussière pendant le processus de pulvérisation - chaque particule de poussière qui pénètre dans la résine photosensible laissera inévitablement sa marque sur le tableau.

Après avoir appliqué une couche de résine photosensible, il est nécessaire de sécher le film obtenu. Il est recommandé de le faire à une température de 70 à 80 degrés. Vous devez d'abord sécher la surface à basse température, puis amener progressivement la température à la valeur souhaitée. Le temps de séchage à la température spécifiée est d'environ 20 à 30 minutes. Dans les cas extrêmes, le séchage du panneau à température ambiante pendant 24 heures est autorisé. Les panneaux avec photorésist appliqué doivent être stockés dans un endroit sombre et frais.

La prochaine étape après l'application de la résine photosensible est l'exposition. Dans le même temps, un photomasque est superposé au tableau (avec le côté imprimé sur le tableau, cela contribue à augmenter la clarté lors de l'exposition), qui est pressé contre un verre fin ou. Avec des plaques de taille suffisamment petite pour le pressage, une plaque photographique lavée de l'émulsion peut être utilisée. Étant donné que la région de sensibilité spectrale maximale de la plupart des photorésists modernes se situe dans la gamme ultraviolette, il est souhaitable d'utiliser une lampe avec une grande fraction de rayonnement UV dans le spectre (DRSH, DRT, etc.) pour l'éclairage. Dans les cas extrêmes, vous pouvez utiliser une puissante lampe au xénon. Le temps d'exposition dépend de nombreux facteurs (le type et la puissance de la lampe, la distance de la lampe à la carte, l'épaisseur de la couche de résine photosensible, etc.) et est choisi expérimentalement. Cependant, en général, le temps d'exposition ne dépasse généralement pas 10 minutes, même en cas d'exposition directe au soleil.

(Plastique, transparent à la lumière visible, je ne recommande pas d'utiliser des plaques pour le pressage, car elles ont une forte absorption des rayons UV)

Le développement de la plupart des résines photosensibles est réalisé avec une solution de soude caustique (NaOH) - 7 grammes par litre d'eau. Il est préférable d'utiliser une solution fraîchement préparée ayant une température de 20-25 degrés. Le temps de développement dépend de l'épaisseur du film de résine photosensible et varie de 30 secondes à 2 minutes. Après développement, la carte peut être gravée dans solutions conventionnelles car la résine photosensible est résistante aux acides. Lors de l'utilisation de photomasques de haute qualité, l'utilisation de résine photosensible permet d'obtenir des pistes d'une largeur allant jusqu'à 0,15-0,2 mm.

Gravure

Il existe de nombreuses compositions pour l'attaque chimique du cuivre. Tous diffèrent par la vitesse de la réaction, la composition des substances libérées à la suite de la réaction, ainsi que la disponibilité des réactifs chimiques nécessaires à la préparation de la solution. Vous trouverez ci-dessous des informations sur les solutions de décapage les plus populaires.

Chlorure ferrique (FeCl)

Peut-être le réactif le plus célèbre et le plus populaire. Le chlorure ferrique sec se dissout dans l'eau jusqu'à l'obtention d'une solution saturée jaune doré (cela nécessitera environ deux cuillères à soupe par verre d'eau). Le processus de gravure dans cette solution peut prendre de 10 à 60 minutes. Le temps dépend de la concentration de la solution, de la température et de l'agitation. L'agitation accélère considérablement la réaction. À cette fin, il est pratique d'utiliser un compresseur d'aquarium, qui permet de mélanger la solution avec des bulles d'air. La réaction est également accélérée lorsque la solution est chauffée. Après la gravure, le panneau doit être lavé abondamment à l'eau, de préférence avec du savon (pour neutraliser les résidus d'acide). Les inconvénients de cette solution comprennent la formation de déchets lors de la réaction, qui se déposent sur la carte et empêchent le déroulement normal du processus de gravure, ainsi qu'une vitesse de réaction relativement faible.

persulfate d'ammonium

Substance cristalline légère, soluble dans l'eau basée sur le rapport de 35 g de la substance à 65 g d'eau. Le processus de gravure dans cette solution prend environ 10 minutes et dépend de la zone du revêtement de cuivre à graver. Pour assurer des conditions optimales pour la réaction, la solution doit avoir une température d'environ 40 degrés et être constamment mélangée. Après la gravure, la planche doit être lavée à l'eau courante. Les inconvénients de cette solution comprennent la nécessité de maintenir la température et le mélange requis.

Solution d'acide chlorhydrique (HCl) et peroxyde d'hydrogène(H2O2)

- Pour préparer cette solution, ajouter 200 ml d'acide chlorhydrique à 35 % et 30 ml de peroxyde d'hydrogène à 30 % à 770 ml d'eau. La solution finie doit être conservée dans une bouteille sombre, non hermétique, car du gaz est libéré lors de la décomposition du peroxyde d'hydrogène. Attention : Lors de l'utilisation de cette solution, toutes les précautions doivent être prises lorsque vous travaillez avec des produits chimiques caustiques. Tous les travaux doivent être effectués uniquement à l'air frais ou sous une hotte. Si la solution entre en contact avec la peau, elle doit être lavée immédiatement et abondamment à l'eau. Le temps de gravure dépend fortement de l'agitation et de la température de la solution et est de l'ordre de 5 à 10 minutes pour une solution fraîche bien agitée à température ambiante. Ne chauffez pas la solution au-dessus de 50 degrés. Après la gravure, le panneau doit être rincé à l'eau courante.

Cette solution après gravure peut être restaurée par ajout de H 2 O 2 . L'évaluation de la quantité requise de peroxyde d'hydrogène est effectuée visuellement: la plaque de cuivre immergée dans la solution doit être repeinte du rouge au brun foncé. La formation de bulles dans la solution indique un excès de peroxyde d'hydrogène, ce qui ralentit la réaction de gravure. L'inconvénient de cette solution est la nécessité de respecter strictement toutes les précautions lors de son utilisation.

Une solution d'acide citrique et de peroxyde d'hydrogène de Radiokot

Dans 100 ml de peroxyde d'hydrogène à 3% de pharmacie, 30 g d'acide citrique et 5 g de sel sont dissous.

Cette solution doit être suffisante pour décaper 100 cm2 de cuivre de 35 µm d'épaisseur.

Le sel dans la préparation de la solution ne peut pas être épargné. Comme il joue le rôle de catalyseur, il n'est pratiquement pas consommé dans le processus de gravure. Le peroxyde 3% ne doit pas être dilué davantage. lorsque d'autres ingrédients sont ajoutés, sa concentration diminue.

Plus on ajoute de peroxyde d'hydrogène (hydroperite), plus le processus ira vite, mais n'en faites pas trop - la solution n'est pas stockée, c'est-à-dire n'est pas réutilisé, ce qui signifie que l'hydropérite sera simplement surutilisée. Un excès de peroxyde est facilement identifié par une "bulle" abondante lors du décapage.

Cependant, l'ajout d'acide citrique et de peroxyde est tout à fait acceptable, mais il est plus rationnel de préparer une solution fraîche.

Nettoyage de pièces

Après gravure et rinçage de la carte, il est nécessaire de nettoyer sa surface du revêtement protecteur. Cela peut être fait avec n'importe quel solvant organique, par exemple l'acétone.

Ensuite, vous devez percer tous les trous. Cela doit être fait avec une perceuse affûtée à la vitesse maximale du moteur électrique. Si, lors de l'application d'un revêtement de protection, aucun espace vide n'a été laissé au centre des plages de contact, il est nécessaire de marquer d'abord les trous (cela peut être fait, par exemple, avec un noyau). Après cela, les défauts (franges) au verso de la carte sont éliminés par fraisage et sur une carte de circuit imprimé double face sur cuivre - avec une perceuse d'un diamètre d'environ 5 mm dans une pince manuelle pour un tour de la percer sans forcer.

L'étape suivante consiste à recouvrir la planche de flux, suivie d'un étamage. Vous pouvez utiliser des flux disponibles dans le commerce (meilleurs lavables à l'eau ou pas de rinçage du tout) ou simplement recouvrir la planche d'une faible solution de colophane dans de l'alcool.

L'étamage peut se faire de deux manières :

Immersion de soudure

A l'aide d'un fer à souder et d'une tresse métallique imprégnée de soudure.

Dans le premier cas, il est nécessaire de faire un bain de fer et de le remplir d'une petite quantité de soudure à bas point de fusion - un alliage de rose ou de bois. La masse fondue doit être complètement recouverte d'une couche de glycérine sur le dessus pour éviter l'oxydation de la soudure. Pour chauffer le bain, vous pouvez utiliser un fer à repasser inversé ou une cuisinière électrique. La carte est immergée dans la masse fondue, puis retirée en éliminant simultanément l'excès de soudure avec une raclette en caoutchouc dur.

Conclusion

Je pense que ce matériel aidera les lecteurs à se faire une idée de la conception et de la fabrication des cartes de circuits imprimés. Et pour ceux qui commencent à s'occuper de l'électronique, acquérir les compétences de base pour les fabriquer à la maison.Pour une connaissance plus complète des cartes de circuits imprimés, je recommande la lecture [L.2]. Il peut être téléchargé sur Internet.

Littérature

1. Dictionnaire Polytechnique. Rédaction : Inglinsky A. Yu. et al. M. : Encyclopédie soviétique. 1989.
2. Medvedev A. M. Cartes de circuits imprimés. Structures et matériaux. Moscou : Technosphère. 2005.
3. De l'histoire de la technologie des circuits imprimés // Electronics-NTB. 2004. N° 5.
4. Nouveautés de la technologie électronique. Intel inaugure l'ère des transistors 3D. Alternative aux appareils planaires traditionnels // Elektronika-NTB. 2002. N° 6.
5. Microcircuits véritablement tridimensionnels - la première approximation // Composants et technologies. 2004. N° 4.
6. Mokeev M. N., Lapin M. S. Procédés et systèmes technologiques pour la production de circuits imprimés et de câbles tissés. L. : LDNTP 1988.
7. Volodarsky O. Cet ordinateur me convient-il ? L'électronique tissée dans le tissu devient à la mode // Electronics-NTB. 2003. N° 8.
8. Medvedev AM Technologie de production de circuits imprimés. Moscou : Technosphère. 2005.
9. Medvedev A. M. Métallisation par impulsion de cartes de circuits imprimés // Technologies dans l'industrie électronique. 2005. N° 4
10. Cartes de circuits imprimés - lignes de développement, Vladimir Urazaev,

Carte de circuit imprimé (carte de circuit imprimé en anglais, PCB ou carte de câblage imprimé, PWB) - une plaque diélectrique, à la surface et / ou dans le volume de laquelle des circuits électriquement conducteurs sont formés circuit électrique. La carte de circuit imprimé est conçue pour la connexion électrique et mécanique de divers composants électroniques. Les composants électroniques sur une carte de circuit imprimé sont connectés avec leurs fils aux éléments du motif conducteur, généralement par soudure.

contrairement à montage en saillie, sur une carte de circuit imprimé, le motif électriquement conducteur est constitué d'une feuille, entièrement située sur une base solide isolante. La carte de circuit imprimé contient des trous de montage et des plots pour le montage de broches ou de composants plans. De plus, les cartes de circuits imprimés ont des vias pour la connexion électrique des sections de feuille situées sur différentes couches de la carte. De l'extérieur, la carte est généralement recouverte d'un revêtement protecteur («masque de soudure») et de marquages ​​(une figure et un texte auxiliaires selon la documentation de conception).

Selon le nombre de couches avec un motif électriquement conducteur, les cartes de circuits imprimés sont divisées en:

simple face (SPP): il n'y a qu'une seule couche de feuille collée sur un côté de la feuille diélectrique.

double face (DPP) : deux couches de feuille.

multicouche (MPP) : feuille non seulement sur les deux faces de la carte, mais également dans les couches internes du diélectrique. Les circuits imprimés multicouches sont obtenus par collage de plusieurs cartes simple ou double face entre elles.

À mesure que la complexité des dispositifs conçus et la densité de montage augmentent, le nombre de couches sur les cartes augmente.

La base de la carte de circuit imprimé est un diélectrique, les matériaux les plus couramment utilisés sont la fibre de verre, les getinaks. En outre, une base métallique recouverte d'un diélectrique (par exemple, de l'aluminium anodisé) peut servir de base aux cartes de circuits imprimés ; des pistes en feuille de cuivre sont appliquées sur le diélectrique. De telles cartes de circuits imprimés sont utilisées dans l'électronique de puissance pour une évacuation efficace de la chaleur des composants électroniques. Dans ce cas, la base métallique de la carte est fixée au radiateur. En tant que matériau pour les cartes de circuits imprimés fonctionnant dans la gamme des micro-ondes et à des températures allant jusqu'à 260 ° C, on utilise du fluoroplastique renforcé de tissu de verre (par exemple, FAF-4D) et de la céramique. Les planches flexibles sont fabriquées à partir de matériaux polyimides tels que le Kapton.

Quel matériau allons-nous utiliser pour la fabrication des planches

Les matériaux les plus courants et les plus abordables pour la fabrication de cartes de circuits imprimés sont les Getinaks et les Steklotekstolit. Papier Getinax imprégné de vernis bakélite, textolite en fibre de verre avec époxy. Nous utiliserons certainement de la fibre de verre!

La fibre de verre déjouée est constituée de feuilles réalisées à base de tissus de verre imprégnés d'un liant à base de résines époxy et doublées sur les deux faces d'une feuille de cuivre électrolytique galvano-résistante de 35 microns d'épaisseur. La température maximale autorisée est de -60ºС à +105ºС. Il possède de très hautes propriétés isolantes mécaniques et électriques, se prête bien à l'usinage par découpage, perçage, emboutissage.

La fibre de verre est principalement utilisée sur une ou deux faces d'une épaisseur de 1,5 mm et avec une feuille de cuivre d'une épaisseur de 35 μm ou 18 μm. Nous utiliserons une fibre de verre simple face de 0,8 mm d'épaisseur avec une feuille de 35 µm d'épaisseur (la raison sera expliquée en détail plus tard).

Méthodes de fabrication de cartes de circuits imprimés à la maison

Les planches peuvent être fabriquées chimiquement et mécaniquement.

Avec la méthode chimique, aux endroits où il devrait y avoir des traces (dessin) sur le tableau, une composition protectrice (laque, toner, peinture, etc.) est appliquée sur la feuille. Ensuite, la carte est immergée dans une solution spéciale (chlorure ferrique, peroxyde d'hydrogène et autres), qui "corrode" la feuille de cuivre, mais n'affecte pas la composition protectrice. En conséquence, le cuivre reste sous la composition protectrice. La composition protectrice est ensuite éliminée avec un solvant et le panneau fini reste.

Dans la méthode mécanique, un scalpel est utilisé (pour la production manuelle) ou fraiseuse. Un cutter spécial fait des rainures sur la feuille, laissant éventuellement des îlots avec une feuille - le motif nécessaire.

Les fraiseuses sont assez chères, de même que les fraises elles-mêmes sont chères et ont une petite ressource. Nous n'utiliserons donc pas cette méthode.

La méthode chimique la plus simple est manuelle. Avec un vernis risographe, des pistes sont dessinées sur la planche puis nous gravons avec une solution. Cette méthode ne permet pas de réaliser des planches complexes avec des traces très fines - ce n'est donc pas non plus notre cas.

La méthode suivante pour fabriquer des planches est avec un photorésist. Il s'agit d'une technologie très courante (les planches sont fabriquées selon cette méthode en usine) et elle est souvent utilisée à la maison. Il existe de nombreux articles et méthodes de fabrication de planches utilisant cette technologie sur Internet. Il donne de très bons résultats et reproductibles. Cependant, ce n'est pas non plus notre option. La raison principale est des matériaux plutôt coûteux (photorésist, qui se détériore également avec le temps), ainsi que des outils supplémentaires (lampe UV, laminateur). Bien sûr, si vous avez une production en masse de planches à la maison - alors la résine photosensible est hors compétition - nous vous recommandons de la maîtriser. Il convient également de noter que l'équipement et la technologie de la résine photosensible permettent la production de sérigraphie et de masques de protection sur les circuits imprimés.

Avec l'avènement des imprimantes laser, les radioamateurs ont commencé à les utiliser activement pour la fabrication de circuits imprimés. Comme vous le savez, une imprimante laser utilise du "toner" pour imprimer. Il s'agit d'une poudre spéciale qui se fritte sous température et colle au papier - en conséquence, un motif est obtenu. Le toner est résistant à divers produits chimiques, ce qui lui permet d'être utilisé comme revêtement protecteur sur la surface du cuivre.

Ainsi, notre méthode consiste à transférer le toner du papier à la surface de la feuille de cuivre, puis à graver la carte avec une solution spéciale pour obtenir un motif.

De par sa simplicité d'utilisation, cette méthode a gagné une très large diffusion dans les radioamateurs. Si vous tapez dans Yandex ou Google comment transférer le toner du papier au tableau, vous trouverez immédiatement un terme tel que "LUT" - technologie de repassage au laser. Les planches utilisant cette technologie sont fabriquées de la manière suivante : un motif de pistes est imprimé en version miroir, du papier est appliqué sur la planche avec un motif au cuivre, on repasse ce papier par dessus, le toner se ramollit et se colle sur la planche. Le papier est encore trempé dans l'eau et le tableau est prêt.

Il y a "un million" d'articles sur Internet sur la façon de fabriquer une planche à l'aide de cette technologie. Mais cette technologie présente de nombreux inconvénients qui nécessitent des mains directes et un attachement très long à celle-ci. C'est-à-dire qu'il faut le sentir. Les paiements ne sortent pas la première fois, ils sont obtenus une fois sur deux. Il existe de nombreuses améliorations - utiliser un laminateur (avec modification - dans l'habituel, il n'y a pas assez de température), qui permettent d'obtenir de très bons résultats. Il existe même des méthodes pour construire des presses à chaud spéciales, mais tout cela nécessite encore une fois équipement spécial. Les principaux inconvénients de la technologie LUT :

surchauffe - les pistes s'étalent - s'élargissent

sous-chauffe - les traces restent sur papier

le papier est «cuit» au tableau - même lorsqu'il est trempé, il est difficile de le laisser - par conséquent, le toner peut être endommagé. Il y a beaucoup d'informations sur Internet sur le papier à choisir.

Toner poreux - après avoir retiré le papier, des micropores restent dans le toner - la carte est également gravée à travers eux - des traces corrodées sont obtenues

répétabilité du résultat - excellent aujourd'hui, mauvais demain, puis bon - il est très difficile d'obtenir un résultat stable - vous avez besoin d'une température de préchauffage du toner strictement constante, vous avez besoin d'une pression de carte stable.

Soit dit en passant, cette méthode n'a pas fonctionné pour moi pour faire une planche. J'ai essayé de faire à la fois sur des magazines et sur du papier couché. En conséquence, il a même gâché les planches - le cuivre a gonflé à cause de la surchauffe.

Pour une raison quelconque, il existe indûment peu d'informations sur Internet sur une autre méthode de transfert de toner - la méthode de transfert chimique à froid. Il est basé sur le fait que le toner ne se dissout pas avec de l'alcool, mais avec de l'acétone. En conséquence, si vous choisissez un tel mélange d'acétone et d'alcool, qui ne fera qu'adoucir le toner, il peut alors être «recollé» sur le tableau à partir de papier. J'ai vraiment aimé cette méthode et j'ai immédiatement payé - la première planche était prête. Cependant, comme il s'est avéré plus tard, je n'ai trouvé nulle part d'informations détaillées qui donneraient un résultat à 100%. Nous avons besoin d'une méthode par laquelle même un enfant pourrait effectuer un paiement. Mais pour la deuxième fois, le paiement n'a pas fonctionné, puis encore une fois, il a fallu beaucoup de temps pour sélectionner les ingrédients nécessaires.

En conséquence, après une longue période, une séquence d'actions a été développée, tous les composants ont été sélectionnés qui donnent, sinon 100%, puis 95% d'un bon résultat. Et surtout, le processus est si simple que l'enfant peut effectuer le paiement entièrement par lui-même. C'est la méthode que nous allons utiliser. (Bien sûr, cela peut encore être amélioré jusqu'à l'idéal - si cela fonctionne mieux pour vous, alors écrivez). Les avantages de cette méthode :

tous les réactifs sont peu coûteux, disponibles et sûrs

aucun outil supplémentaire n'est nécessaire (fers à repasser, lampes, plastifieuses - rien, mais pas - vous avez besoin d'une casserole)

il n'y a aucun moyen de gâcher la planche - la planche ne chauffe pas du tout

le papier s'éloigne tout seul - vous pouvez voir le résultat du transfert de toner - là où le transfert n'est pas sorti

il n'y a pas de pores dans le toner (ils sont scellés avec du papier) - par conséquent, il n'y a pas de mordants

faites 1-2-3-4-5 et obtenez toujours le même résultat - presque 100% de répétabilité

Avant de commencer, voyons de quelles planches nous avons besoin et ce que nous pouvons faire à la maison avec cette méthode.

Exigences de base pour les panneaux manufacturés

Nous fabriquerons des appareils sur des microcontrôleurs, en utilisant des capteurs et des microcircuits modernes. Les microcircuits deviennent de plus en plus petits. En conséquence, les exigences suivantes doivent être remplies :

les cartes doivent être recto-verso (en règle générale, il est très difficile de séparer une carte simple face, il est assez difficile de fabriquer des cartes à quatre couches à la maison, les microcontrôleurs ont besoin d'une couche de masse pour se protéger des interférences)

les pistes doivent avoir une épaisseur de 0,2 mm - cette taille est largement suffisante - 0,1 mm serait encore mieux - mais il y a une possibilité de décapage, de départ de piste lors de la soudure

les écarts entre les pistes - 0,2 mm - cela suffit pour presque tous les circuits. Réduire l'écart à 0,1 mm entraîne une fusion des pistes et une difficulté à surveiller la carte pour les courts-circuits.

Nous n'utiliserons pas de masques de protection et ferons également de la sérigraphie - cela compliquera la production, et si vous fabriquez la planche pour vous-même, cela n'est pas nécessaire. Encore une fois, il existe de nombreuses informations sur Internet à ce sujet, et si vous le souhaitez, vous pouvez créer vous-même un «marafet».

Nous n'allons pas bricoler les planches, ce n'est pas non plus nécessaire (sauf si vous fabriquez un appareil depuis 100 ans). Pour la protection, nous utiliserons du vernis. Notre objectif principal est de fabriquer rapidement, efficacement et à moindre coût une carte pour l'appareil à la maison.

Voici à quoi ressemble la planche finie. réalisé par notre méthode - pistes 0,25 et 0,3, distances 0,2

Comment faire un tableau double face à partir de 2 simple face

L'un des problèmes liés à la fabrication de cartes double face est d'aligner les côtés de sorte que les vias s'alignent. Habituellement, un "sandwich" est fait pour cela. 2 côtés sont imprimés sur une feuille de papier à la fois. La feuille est pliée en deux, les côtés sont alignés avec précision à l'aide de marques spéciales. Une textolite double face est insérée à l'intérieur. Avec la méthode LUT, un tel sandwich est repassé et une planche double face est obtenue.

Cependant, dans la méthode du toner à transfert à froid, le transfert lui-même est effectué à l'aide d'un liquide. Et par conséquent, il est très difficile d'organiser le processus de mouillage d'un côté simultanément avec l'autre côté. Bien sûr, cela peut également être fait, mais à l'aide d'un appareil spécial - une mini-presse (étau). Des feuilles de papier épaisses sont prises - qui absorbent le fluide de transfert de toner. Les feuilles sont mouillées afin que le liquide ne coule pas et que la feuille conserve sa forme. Et puis un «sandwich» est fait - une feuille mouillée, une feuille de papier toilette pour absorber l'excès de liquide, une feuille avec un motif, une planche double face, une feuille avec un motif, une feuille de papier toilette, encore une fois une feuille mouillée drap. Tout cela est serré verticalement dans un étau. Mais nous ne le ferons pas, nous le ferons plus facilement.

Une très bonne idée s'est glissée dans les forums de fabrication de planches - quel problème de faire une planche double face - on prend un couteau et on coupe la textolite en deux. La fibre de verre étant un matériau soufflé, il n'est pas difficile de le faire avec une certaine habileté:

En conséquence, à partir d'une planche double face d'une épaisseur de 1,5 mm, nous obtenons deux moitiés unilatérales.

Ensuite, nous fabriquons deux planches, perçons et c'est tout - elles sont parfaitement alignées. Il n'était pas toujours possible de couper la textolite de manière uniforme et, par conséquent, l'idée est venue d'utiliser immédiatement une fine textolite unilatérale d'une épaisseur de 0,8 mm. Ensuite, vous ne pouvez pas coller les deux moitiés, elles seront maintenues par des cavaliers soudés dans les vias, les boutons, les connecteurs. Mais si nécessaire, vous pouvez le coller avec de la colle époxy sans aucun problème.

Les principaux avantages de ce voyage :

Textolite d'une épaisseur de 0,8 mm se découpe facilement aux ciseaux sur du papier ! Dans n'importe quelle forme, c'est-à-dire qu'il est très facile à couper pour s'adapter au corps.

Textolite mince - transparent - en faisant briller une lanterne par le bas, vous pouvez facilement vérifier l'exactitude de toutes les pistes, courts-circuits, ruptures.

La soudure d'un côté est plus facile - les composants de l'autre côté n'interfèrent pas et vous pouvez facilement contrôler la soudure des broches du microcircuit - vous pouvez connecter les côtés à la toute fin

Vous devez percer deux fois plus de trous et les trous peuvent légèrement se désaligner.

La rigidité de la structure est légèrement perdue si vous ne collez pas les planches, et le collage n'est pas très pratique

La fibre de verre unilatérale de 0,8 mm d'épaisseur est difficile à acheter, la plupart du temps 1,5 mm est vendue, mais si vous ne pouvez pas l'obtenir, vous pouvez couper un textolite plus épais avec un couteau.

Passons aux détails.

Outils requis et chimie

Nous aurons besoin des ingrédients suivants :

Maintenant que tout cela est là, procédons étape par étape.

1. Disposition des couches de carton sur une feuille de papier pour impression avec InkScape

Jeu de pinces automatique :

Nous recommandons la première option - elle est moins chère. Ensuite, vous devez souder des fils et un interrupteur au moteur (de préférence un bouton). Il est préférable de placer le bouton sur le corps, de sorte qu'il soit plus pratique d'allumer et d'éteindre rapidement le moteur. Il reste à choisir une alimentation, vous pouvez prendre n'importe quelle alimentation pour 7-12V avec un courant de 1A (ou moins), s'il n'y a pas une telle alimentation, puis charger via USB à 1-2A ou une batterie Kron peut être approprié (il vous suffit d'essayer - tous les chargeurs n'aiment pas les moteurs, le moteur peut ne pas démarrer).

La perceuse est prête, vous pouvez percer. Mais il suffit de percer strictement à un angle de 90 degrés. Vous pouvez construire une mini machine - il existe différents schémas sur Internet :

Mais il existe une solution plus simple.

Gabarit de perçage

Pour percer exactement à 90 degrés, il suffit de fabriquer un gabarit de perçage. Nous allons faire quelque chose comme ceci :

C'est très facile à faire. Nous prenons un carré de n'importe quel plastique. Nous posons notre perceuse sur une table ou une autre surface plane. Et nous forons un trou dans le plastique avec la bonne perceuse. Il est important d'assurer un déplacement horizontal en douceur de la perceuse. Vous pouvez également appuyer le moteur contre un mur ou un rail et du plastique. Ensuite, utilisez une grande perceuse pour percer un trou pour le collet. Au verso, percez ou coupez un morceau de plastique afin que la perceuse soit visible. Une surface antidérapante peut être collée au fond - du papier ou une bande élastique. Un tel conducteur doit être fabriqué pour chaque exercice. Cela garantira un perçage parfaitement précis !

Cette option convient également, coupez la partie supérieure du plastique et coupez le coin du bas.

Voici comment se fait le forage avec :

Nous serrons la perceuse de sorte qu'elle dépasse de 2-3 mm lorsque la pince est complètement immergée. Nous plaçons la perceuse à l'endroit où il est nécessaire de percer (lors de la gravure de la planche, nous aurons une marque où percer sous la forme d'un mini trou dans le cuivre - dans Kicad, nous avons spécialement défini une case à cocher pour cela, de sorte que le la perceuse y montera toute seule), appuyez sur le conducteur et allumez le moteur - le trou est prêt. Pour l'éclairage, vous pouvez utiliser une lampe de poche en la plaçant sur la table.

Comme nous l'avons écrit précédemment, vous ne pouvez percer des trous que d'un côté - là où les rails s'adaptent - la seconde moitié peut être percée sans gabarit le long du premier trou de guidage. Cela permet d'économiser de l'énergie.

8. Planche à étamer

Pourquoi des panneaux d'étain - principalement pour protéger le cuivre de la corrosion. Le principal inconvénient de l'étamage est la surchauffe de la planche, des dommages possibles aux pistes. Si vous n'avez pas de poste à souder - certainement - n'étamez pas la carte ! Si c'est le cas, le risque est minime.

Il est possible d'étamer la planche avec de l'alliage ROSE dans de l'eau bouillante, mais c'est cher et difficile à obtenir. Il est préférable d'étamer avec de la soudure ordinaire. Pour ce faire qualitativement, il faut faire d'une couche très fine un simple appareil. Nous prenons un morceau de tresse pour souder les pièces et le posons sur la piqûre, le fixons avec un fil à la piqûre pour qu'il ne se détache pas:

Nous couvrons la carte avec un flux - par exemple, LTI120 et une tresse aussi. Maintenant, nous collectons de l'étain dans la tresse et nous la conduisons le long de la planche (nous la peignons) - nous obtenons un excellent résultat. Mais à l'usage, la tresse se désagrège et des fibres de cuivre commencent à rester sur la carte - elles doivent être retirées, sinon il y aura un court-circuit ! Il est très facile de le voir en éclairant une lampe de poche au dos du tableau. Avec cette méthode, il est bon d'utiliser soit un fer à souder puissant (60 watts) soit un alliage ROSE.

En conséquence, il vaut mieux ne pas étamer les planches, mais les vernir à la toute fin - par exemple, PLASTIC 70, ou un simple vernis acrylique acheté en pièces auto KU-9004 :

Réglage fin de la méthode de transfert de toner

Il y a deux points dans la méthode qui se prêtent au réglage et peuvent ne pas fonctionner tout de suite. Pour les mettre en place, il faut réaliser une planche de test en Kicad, des pistes en spirale carrée de différentes épaisseurs, de 0,3 à 0,1 mm et à différents intervalles, de 0,3 à 0,1 mm. Il est préférable d'imprimer immédiatement plusieurs de ces échantillons sur une seule feuille et d'ajuster.

Problèmes possibles que nous allons résoudre :

1) les pistes peuvent changer de géométrie - s'étendre, devenir plus larges, généralement pas beaucoup, jusqu'à 0,1 mm - mais ce n'est pas bon

2) le toner peut ne pas bien adhérer au tableau, s'éloigner lors du retrait du papier, il peut ne pas bien adhérer au tableau

Les premier et deuxième problèmes sont interdépendants. Je résous le premier, vous arrivez au second. Nous devons trouver un compromis.

Les pistes peuvent se propager pour deux raisons - trop de poids de serrage, trop d'acétone dans la composition du liquide résultant. Tout d'abord, vous devez essayer de réduire la charge. La charge minimale est d'environ 800g, il ne faut pas la réduire en dessous. En conséquence, nous mettons la charge sans aucune pression - nous la mettons simplement sur le dessus et c'est tout. Assurez-vous d'avoir 2-3 couches de papier toilette pour une bonne absorption de l'excès de solution. Vous devez vous assurer qu'après avoir retiré la charge, le papier doit être blanc, sans taches violettes. De telles bavures indiquent une forte fusion du toner. S'il n'était pas possible d'ajuster la charge avec la charge, les traces sont toujours floues, alors on augmente la proportion de dissolvant pour vernis à ongles dans la solution. Peut être augmenté à 3 parts de liquide et 1 part d'acétone.

Le deuxième problème, s'il n'y a pas de violation de la géométrie, indique un poids insuffisant de la cargaison ou une petite quantité d'acétone. Encore une fois, cela vaut la peine de commencer par la charge. Plus de 3 kg n'a pas de sens. Si le toner n'adhère toujours pas bien au tableau, vous devez augmenter la quantité d'acétone.

Ce problème survient surtout lorsque vous changez de dissolvant pour vernis à ongles. Malheureusement, ce n'est pas un composant permanent et non pur, mais il n'a pas été possible de le remplacer par un autre. J'ai essayé de le remplacer par de l'alcool, mais apparemment le mélange n'est pas homogène et le toner colle avec quelques inclusions. De plus, le dissolvant pour vernis à ongles peut contenir de l'acétone, il en faudra donc moins. En général, vous devrez effectuer un tel réglage une fois jusqu'à ce que le liquide soit épuisé.

Conseil prêt

Si vous ne soudez pas immédiatement la carte, elle doit être protégée. La façon la plus simple de le faire est de l'enduire de flux de colophane à l'alcool. Avant de souder, ce revêtement devra être enlevé, par exemple avec de l'alcool isopropylique.

Alternatives

Vous pouvez également effectuer un paiement :

De plus, un service de fabrication de cartes personnalisées gagne en popularité - par exemple, Easy EDA. Si une carte plus complexe est nécessaire (par exemple, une carte à 4 couches), c'est la seule issue.

matériel de base - le support principal du dispositif de montage et des circuits électroniques de la carte de circuit imprimé. Le matériau de base est fourni au fabricant de PCB sous la forme d'un "panneau" et coupé à la taille requise pour la production d'une carte particulière. Il existe de nombreux matériaux de base pour PCB avec différentes épaisseurs et revêtements, ainsi que différentes propriétés électriques et mécaniques qui affectent la fonctionnalité d'un circuit électronique. Voir aussi Matériaux PP. Souvent, le matériau de base est de la fibre de verre avec de la résine époxy (FR4), disponible en feuille de cuivre ou en préimprégné.

Film Getinax - couches comprimées de papier isolant imprégné de résine phénolique ou époxyphénolique comme liant, doublé d'une feuille de cuivre sur une ou deux faces.

Flexibilité du matériau isolant – est fixé par le nombre de cycles de flexion autour du mandrin dont le diamètre est égal à plusieurs valeurs de l'épaisseur de la section flexible.

Dorure dure - Le placage d'or dur électrolytique est une surface protégée contre les frottements utilisée pour les mines d'or. Nous avons galvanisé le nickel sur la piste en cuivre. Le nickel est ensuite recouvert d'or.

Feuille de cuivre roulée - a un allongement relatif 5 à 6 fois supérieur à celui de la feuille électrolytique, il a donc une plus grande flexibilité, la capacité de se plier, ainsi que la capacité d'être usiné sans délaminage. Est coûteux. Utilisé dans la production de cartes de circuits imprimés flexibles.

Matériau de base du circuit imprimé - le matériau (diélectrique) sur lequel est dessiné le circuit imprimé.

Matériaux de base non durcis - feuille de cuivre recouverte de résine avec condition B - résine partiellement durcie ou avec condition C - résine entièrement durcie, ainsi que des diélectriques liquides et des diélectriques à film sec.

Diélectriques sans feuille sont de deux types. 1. Avec une couche adhésive, qui est appliquée pour augmenter la force d'adhérence du cuivre déposé dans le processus de fabrication du PP par une méthode chimique ; 2. Avec un catalyseur introduit dans le volume du diélectrique, qui favorise le dépôt de cuivre chimique.

PCB avec du cuivre épais - généralement une carte de cuivre épaisse est une carte de circuit imprimé avec une épaisseur de cuivre > 105µm. Ces cartes sont utilisées pour les courants de commutation élevés dans l'électronique automobile et industrielle et pour les demandes spécifiques des clients. Le cuivre offre la conductivité thermique la plus élevée après l'argent.
Les cartes avec une épaisse couche de cuivre vous permettent de :
Courants de commutation élevés
Dissipation optimale de la chaleur avec chauffage local
Durée de vie, fiabilité et niveau d'intégration accrus
Cependant, lors de la conception de la carte, des précautions particulières doivent être prises concernant le processus de gravure, seules des structures de trace plus larges sont acceptables.

Préimprégnés - matériau de rembourrage isolant utilisé pour le collage des couches MPP. Ils sont faits de fibre de verre imprégnée d'époxy thermodurcissable sous-polymérisée ou d'autres résines.

FAS (préimprégné à faible débit) est un adhésif à débit contrôlé qui est utilisé dans la fabrication de GFP, adhère à la fois à la fibre de verre et au polyimide.

Connexion par l'or - Surface PCB Bond gold est un terme collectif désignant les surfaces collables, généralement des surfaces en or. Les connexions sont : le placage d'or par immersion au nickel (ENIG) pour les fils d'aluminium (Al), l'or doux électrolytique pour les fils d'or (Au) et ENEPIG (placage d'or par immersion au nickel palladium), qui convient aux deux méthodes de connexion.
L'épaisseur de la couche d'or pour la dorure chimique (immersion) est d'environ 0,3-0,6 µm, pour la dorure électrolytique (douce) d'environ 1,0-2,0 µm et d'environ 0,05-0,1 µm d'or plus 0,05-0,15 µm de palladium pour ENEPIG. Les couches d'or sont basées sur environ 3,0 à 6,0 µm de nickel.

Feuille de fibre de verre - couches pressées de fibre de verre imprégnées d'époxyphénol ou de résine époxy. Comparé au getinax, il a de meilleures propriétés mécaniques et électriques, une plus grande résistance à la chaleur et moins d'absorption d'humidité.

Matériaux technologiques (consommables) pour la fabrication de PP – résines photosensibles, encres spéciales pour pochoirs, masques de protection, électrolytes de cuivrage, gravure, etc.

Matériaux de base renforcés et préimprégnés – matériaux de verre non tissés spécialement développés pour la technologie laser avec une géométrie de filament donnée et une répartition de filament donnée (côté plat dans la direction de l'axe Z), matériaux organiques avec un arrangement de fibres non orienté (aramide), préimprégné pour laser technologie, conceptions standard à base de tissu de verre, etc.

diélectriques en feuille - consistent en un tissu en fibre de verre composé de filaments ; résine utilisée pour imprégner la fibre de verre; feuille utilisée comme revêtement métallique de matériaux en feuille.

Polyimide avec ou sans film - utilisé dans les équipements électroniques critiques à haute température pour la fabrication de cartes de circuits imprimés flexibles, FPC, cartes de circuits imprimés flexibles-rigides, ainsi que de cartes de circuits imprimés multicouches, de bandes de support de circuits intégrés et de grands circuits intégrés hybrides avec jusqu'à 1000 broches .

Feuille de cuivre électrolytique - peu coûteux; utilisé dans la fabrication de HPC avec un motif de conducteurs à haute densité. Il a une résolution plus élevée lors du décapage du cuivre à partir d'espaces par rapport au katana.

CME 1 est un matériau de base pour PCB fabriqué à partir de papier multicouche. CEM 1 a un support en papier imprégné d'époxy et une couche extérieure en fibre de verre. En raison du support en papier, ce matériau ne convient pas au placage de trous traversants. La spécification du matériau est contenue dans le document IPC-4101.

IMDS - Système international de données sur les matériaux . IMDS (www.mdsystem.com) a été développé par les constructeurs automobiles pour collecter la composition des matériaux utilisés dans les automobiles, les pièces, les dispositifs et les systèmes afin d'identifier les composants matériels individuels de chaque machine ou sous-groupe (par exemple moteur).
Depuis l'entrée en vigueur de la Directive VHU (21/06/2003), les équipementiers automobiles sont tenus de fournir des données sur les ingrédients de leurs produits dans le cadre de l'IMDS afin de déterminer les taux de valorisation disponibles.
Doit être enregistré auprès de l'IMDS :
Cartes de circuits imprimés
Circuits imprimés montés
Composants
ZVEI et l'industrie automobile ont signé les données de données sur les matériaux d'assemblage - Collaboration sur la déclaration des données sur les matériaux :
La division Composants et systèmes électroniques et la division PCB et systèmes électroniques de ZVEI, l'association allemande des fabricants d'électronique et d'électricité, ont développé un concept efficace pour la déclaration des données matérielles pour les composants électroniques et les cartes de circuits imprimés. Les données matérielles doivent être obtenues en formant des groupes de produits inter-entreprises et des valeurs typiques. Ces fiches matières, appelées spécifications « parapluie », simplifient grandement la déclaration sans perte notable de précision. Ce concept est appliqué avec succès dans l'industrie automobile depuis 2004.
Afin d'appliquer les "Spécifications parapluies" avec le système IMDS, IMDS a publié la Recommandation 019 "Cartes de circuits imprimés". Ces directives décrivent une méthode pour saisir le contenu matériel des cartes de circuits imprimés assemblées.
Extrait de la clause 5. Règles et directives standard pour E/E (composant de carte de circuit imprimé) de la recommandation 019 de l'IMDS : « Les données des composants PCB dans IMDS, Umbrella Spec, IPC1752 ou un format similaire sont acceptées lorsqu'elles sont convenues entre les partenaires commerciaux. »
Spécifications « Umbrella » pour IMDS développées par ZVEI avec les fabricants de PCB.
Le programme dynamique permet de compter facilement les substances contenues dans une carte de circuit imprimé de n'importe quelle taille. La surface et le nombre de couches sont librement sélectionnables. Les technologies standard sont stockées dans une base de données.

RoHS - directive sur l'interdiction des substances nocives. Cette disposition du droit de l'Union européenne stipule que les appareils électroniques ne peuvent pas contenir de plomb ou d'autres substances nocives. Pour les cartes de circuits imprimés, la conformité RoHS est contrôlée par deux composants : le matériau de base et la surface.

Pour la fabrication d'un circuit imprimé, il faut sélectionner les matériaux suivants : le matériau de la base diélectrique du circuit imprimé, le matériau des conducteurs imprimés et le matériau du revêtement de protection contre l'humidité. Dans un premier temps, nous définirons le matériau de la base diélectrique du PCB.

Il existe une grande variété de feuilles de cuivre plastiques laminés. Ils peuvent être divisés en deux groupes :

- sur papier ;

- à base de fibre de verre.

Ces matériaux sous forme de feuilles rigides sont formés de plusieurs couches de papier ou de fibre de verre liées entre elles par un liant par pressage à chaud. Le liant est généralement une résine phénolique pour le papier ou une résine époxy pour la fibre de verre. Dans certains cas, le polyester, les résines de silicone ou le fluoroplaste peuvent également être utilisés. Les stratifiés sont revêtus sur une ou les deux faces d'une feuille de cuivre d'épaisseur standard.

Les caractéristiques de la carte de circuit imprimé finie dépendent de la combinaison spécifique de matières premières, ainsi que de la technologie, y compris et usinage planches.

Selon le matériau de base et d'imprégnation, il existe plusieurs types de matériaux pour la base diélectrique de la carte de circuit imprimé.

Le getinax phénolique est une base papier imprégnée de résine phénolique. Les cartes Getinax sont conçues pour être utilisées dans les équipements grand public, car elles sont très bon marché.

Les getinaks époxy sont un matériau à base de papier, mais imprégné de résine époxy.

La fibre de verre époxy est un matériau à base de fibre de verre imprégnée de résine époxy. Ce matériau combine une résistance mécanique élevée et de bonnes propriétés électriques.

La résistance à la flexion et la ténacité de la carte de circuit imprimé doivent être suffisamment élevées pour que la carte puisse être chargée sans dommage par les éléments avec une masse importante installée dessus.

En règle générale, les stratifiés à base de getinaks phénoliques et époxy ne sont pas utilisés dans les panneaux à trous plaqués. Dans de telles cartes, une fine couche de cuivre est appliquée sur les parois des trous. Le coefficient de dilatation thermique du cuivre étant 6 à 12 fois inférieur à celui des getinaks phénoliques, il existe un certain risque de fissuration de la couche métallisée sur les parois des trous lors d'un choc thermique, qui est soumis à une carte de circuit imprimé dans un machine à souder de groupe.

Une fissure dans la couche métallisée sur les parois des trous réduit fortement la fiabilité de la connexion. Dans le cas de l'utilisation de fibre de verre époxy, le rapport des coefficients de dilatation thermique est approximativement égal à trois et le risque de fissuration dans les trous est assez faible.

D'une comparaison des caractéristiques des bases, il ressort qu'à tous égards (sauf pour le coût), les bases en fibre de verre époxy sont supérieures aux bases en getinaks. Les cartes de circuits imprimés en fibre de verre époxy se caractérisent par moins de déformation que les cartes de circuits imprimés en getinaks phénoliques et époxy; ces derniers ont un degré de déformation dix fois supérieur à la fibre de verre.

Certaines caractéristiques des différents types de stratifiés sont présentées dans le tableau 4.

Tableau 4 - Caractéristiques des différents types de stratifiés

En comparant ces caractéristiques, nous concluons que seule la fibre de verre époxy doit être utilisée pour la fabrication d'une carte de circuit imprimé double face. Dans ce projet de cours, la qualité de fibre de verre SF-2-35-1.5 a été choisie.

En tant que feuille utilisée pour feuilleter la base diélectrique, une feuille de cuivre, d'aluminium ou de nickel peut être utilisée. Cependant, la feuille d'aluminium est inférieure à la feuille de cuivre, car elle est difficile à souder et le nickel a un coût élevé. Par conséquent, nous choisissons le cuivre comme feuille.

La feuille de cuivre est disponible en différentes épaisseurs. Les épaisseurs de feuille standard pour la plus large gamme d'applications sont de 17,5 ; 35; 50 ; 70 ; 105 µm. Lors de la gravure de l'épaisseur du cuivre, le décapant agit également sur la feuille de cuivre à partir des bords latéraux sous la résine photosensible, provoquant ce que l'on appelle la "gravure". Pour le réduire, une feuille de cuivre plus fine d'une épaisseur de 35 et 17,5 microns est généralement utilisée. Par conséquent, nous choisissons une feuille de cuivre d'une épaisseur de 35 microns.

1.7 Choix de la méthode de fabrication du PCB

Tous les processus de fabrication de PCB peuvent être divisés en processus soustractifs et semi-additifs.

processus soustractif ( soustraction-soustraire) pour obtenir un motif conducteur consiste en l'élimination sélective de sections de la feuille conductrice par gravure.

Procédé additif ( en plus- ajouter) - dans le dépôt sélectif d'un matériau conducteur sur un matériau de base non clinquant.

Le processus semi-additif implique l'application préalable d'un mince revêtement conducteur (auxiliaire), qui est ensuite retiré des interstices.

Conformément à GOST 23751 - 86, la conception des cartes de circuits imprimés doit être réalisée en tenant compte des méthodes de fabrication suivantes:

– chimique pour GPC

– positif combiné pour DPP

Métallisation des trous traversants pour MPP

Ainsi, cette carte de circuit imprimé, développée dans le cadre du projet de cours, sera réalisée sur la base d'un diélectrique en feuille double face par une méthode positive combinée. Cette méthode permet d'obtenir des conducteurs jusqu'à 0,25 mm de large. Le motif conducteur est obtenu par la méthode soustractive.

2 CALCUL DES ÉLÉMENTS DU MOTIF CONDUCTEUR

2.1 Calcul des diamètres des trous de montage

Le calcul structurel et technologique des cartes de circuits imprimés est effectué en tenant compte des erreurs de production dans le motif des éléments conducteurs, du photomasque, de la base, du perçage, etc. Les valeurs limites des principaux paramètres du câblage imprimé, qui peuvent être fournies lors de la conception et de la production pour cinq classes de densité de montage, sont données dans le tableau 4.

Tableau 4 - Valeurs aux limites des principaux paramètres du câblage imprimé

Le tableau indique :

t est la largeur du conducteur ;

S est la distance entre les conducteurs, les pastilles, le conducteur et la pastille ou le conducteur et le trou métallisé ;

b - distance du bord trou percé au bord du plot de contact de ce trou (ceinture de garantie) ;

g est le rapport du diamètre minimal du trou métallisé à l'épaisseur de la planche.

Les dimensions sélectionnées conformément au tableau 1 doivent être coordonnées avec les capacités technologiques d'une production particulière.

Les valeurs limites des paramètres technologiques des éléments structurels de la carte de circuit imprimé (tableau 5) ont été obtenues à la suite de l'analyse des données de production et des études expérimentales de la précision des opérations individuelles.

Tableau 5 - Valeurs limites des paramètres technologiques

Tableau 5 suite

Diamètre minimum du trou métallisé (via) :

d min V H calc ´ g = 1,5 ´ 0,33 = 0,495 mm;

où g = 0,33 est la densité du câblage imprimé pour la troisième classe de précision.

H calc est l'épaisseur de la feuille diélectrique de la carte.