Circuit imprimé

Une carte de circuit imprimé avec des composants électroniques montés dessus.

PCB flexible avec des pièces 3D et SMD pré-assemblées.

Dessin CAO PCB et PCB fini

Appareil

Une base métallique recouverte d'un diélectrique (par exemple, de l'aluminium anodisé) peut également servir de base aux cartes de circuits imprimés ; une feuille de cuivre des pistes est appliquée sur le diélectrique. Ces cartes de circuits imprimés sont utilisées dans l'électronique de puissance pour dissiper efficacement la chaleur des composants électroniques. Dans ce cas, la base métallique de la carte est fixée au dissipateur thermique.

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 plastique fluoré renforcé de fibre de verre (par exemple, FAF-4D) et de céramique.

• GOST 2.123-93 Système unifié pour la documentation de conception. Intégralité de la documentation de conception pour les cartes de circuits imprimés en conception assistée par ordinateur.
• GOST 2.417-91 Système unifié pour la documentation de conception. Planches imprimées. Règles pour l'exécution des dessins.

Autres normes de PCB :

• GOST R 53386-2009 Cartes de circuits imprimés. Termes et définitions.
• GOST R 53429-2009 Cartes de circuits imprimés. Paramètres de conception de base. Ce GOST spécifie les classes de précision des cartes de circuits imprimés et les paramètres géométriques correspondants.

Processus typique

Considérez un processus typique de développement d'une carte à partir d'un schéma de circuit prêt à l'emploi :

• Traduction d'un diagramme schématique vers une base de données de mise en page CAO circuit imprimé... Les dessins de chaque composant, l'emplacement et le but des broches, etc. sont déterminés à l'avance. Habituellement, des bibliothèques de composants prêtes à l'emploi fournies par les développeurs CAO sont utilisées.
• Clarification avec le futur fabricant de PCB de ses capacités technologiques (matériaux disponibles, nombre de couches, classe de précision, diamètres de trous admissibles, possibilité de revêtements, etc.).
• Détermination de la conception du circuit imprimé (dimensions, points de fixation, hauteurs admissibles Composants).
  • Dessiner les dimensions (bords) de la carte, les découpes et les trous, les zones où le placement de composants est interdit.
  • Emplacement des pièces structurellement attachées : connecteurs, indicateurs, boutons, etc.
  • Le choix du matériau du panneau, le nombre de couches de métallisation, l'épaisseur du matériau et l'épaisseur du foil (la fibre de verre la plus couramment utilisée avec une épaisseur de 1,5 mm avec un foil d'une épaisseur de 18 ou 35 microns).
• Effectuer le placement automatique ou manuel des composants. Habituellement, ils ont tendance à placer les composants sur un côté de la carte, car l'assemblage des pièces des deux côtés est nettement plus coûteux à fabriquer.
• Lancement du traceur. Si le résultat n'est pas satisfaisant, les composants sont réarrangés. Ces deux étapes sont souvent exécutées des dizaines ou des centaines de fois de suite. Dans certains cas, le traçage de circuits imprimés (dessin des pistes) est fait manuellement en tout ou en partie.
• Recherche d'erreurs sur la carte ( RDC, Contrôle des règles de conception) : vérifiez les lacunes, les courts-circuits, les chevauchements de composants, etc.
• Exportez le fichier dans un format accepté par le fabricant de PCB, tel que Gerber.
• Préparation d'une note de couverture, qui indique généralement le type de matériau revêtu de feuille, les diamètres de perçage de tous les types de trous, le type de vias (vernis ou ouverts, étamés), les zones de revêtements électrolytiques et leur type, la couleur de la soudure masque, le besoin de marquage, la méthode de séparation des planches (fraisage ou traçage), etc.

Fabrication

La fabrication de PCB est possible par la méthode additive ou soustractive. Dans la méthode additive, un motif conducteur est formé sur un matériau sans feuille par placage de cuivre chimique à travers un masque de protection préalablement appliqué sur le matériau. Dans le procédé soustractif, un motif conducteur est formé sur un matériau en feuille en éliminant les sections inutiles de la feuille. Dans l'industrie moderne, une méthode exclusivement soustractive est utilisée.

L'ensemble du processus de fabrication de PCB peut être divisé en quatre étapes :

• Réalisation d'un flan (matériau filmé).
• Traitement de la pièce pour obtenir l'aspect électrique et mécanique souhaité.
• Installation de composants.
• Essai.

Souvent, la fabrication de cartes de circuits imprimés n'est comprise que comme le traitement d'une pièce (matériau en feuille). Un processus typique de traitement d'un matériau en feuille comprend plusieurs étapes : perçage des vias, étirage des conducteurs en enlevant l'excès de feuille de cuivre, métallisation des trous, application de revêtements de protection et d'étamage, et marquage. Pour les PCB multicouches, l'extrusion de la carte finale à partir de plusieurs ébauches est ajoutée.

Fabrication de matériaux revêtus d'aluminium

Le matériau en feuille est une feuille diélectrique plate avec une feuille de cuivre collée dessus. En règle générale, le stratifié de fibres de verre est utilisé comme diélectrique. Dans les équipements anciens ou très bon marché, la textolite est utilisée sur une base de tissu ou de papier, parfois appelée getinax. Dans les appareils à micro-ondes, des polymères contenant du fluor (plastiques fluorés) sont utilisés. L'épaisseur du diélectrique est déterminée par la tenue mécanique et électrique requise, la plus répandue est l'épaisseur de 1,5 mm.

Une feuille solide de feuille de cuivre est collée sur le diélectrique d'un ou des deux côtés. L'épaisseur du foil est déterminée par les courants pour lesquels la planche est conçue. La feuille la plus utilisée avec une épaisseur de 18 et 35 microns. Ces valeurs sont basées sur les épaisseurs de cuivre standard dans les matériaux importés, où l'épaisseur de la feuille de cuivre est mesurée en onces (oz) par pied carré. 18 microns correspondent à ½ oz et 35 microns correspondent à 1 oz.

PCB en aluminium

Un groupe distinct de matériaux est constitué de cartes de circuits imprimés métalliques en aluminium. Ils peuvent être divisés en deux groupes.

Le premier groupe - des solutions sous la forme d'une feuille d'aluminium avec une surface oxydée de haute qualité, sur laquelle une feuille de cuivre est collée. De telles planches ne peuvent pas être percées, elles sont donc généralement fabriquées d'un seul côté. Le traitement de ces matériaux en feuille est effectué à l'aide des technologies traditionnelles de dessin chimique.

Le deuxième groupe implique la création d'un motif conducteur directement dans la base en aluminium. A cet effet, la feuille d'aluminium est oxydée non seulement le long de la surface, mais également sur toute la profondeur de la base selon le motif des régions conductrices spécifié par le photomasque.

Traitement de la pièce

Obtenir un dessin des conducteurs

Dans la fabrication des panneaux, des méthodes chimiques, électrolytiques ou mécaniques sont utilisées pour reproduire le motif conducteur requis, ainsi que leurs combinaisons.

Méthode chimique

La méthode chimique de fabrication de cartes de circuits imprimés à partir d'un matériau en feuille fini consiste en deux étapes principales : l'application d'une couche protectrice sur la feuille et la gravure des zones non protégées par des méthodes chimiques.

Dans l'industrie, la couche protectrice est appliquée par photolithographie à l'aide d'une résine photosensible sensible aux ultraviolets, d'un photomasque et d'une source de lumière ultraviolette. La feuille de cuivre est complètement recouverte d'une résine photosensible, après quoi le motif des pistes du photomasque est transféré sur la résine photosensible par illumination. La résine photosensible éclairée est lavée, exposant la feuille de cuivre pour la gravure, la résine photosensible non éclairée est fixée à la feuille, la protégeant de la gravure.

Le photoresist peut être liquide ou film. La résine photosensible liquide est appliquée dans un environnement industriel car elle est sensible au non-respect de la technologie d'application. La résine photosensible est populaire pour la fabrication artisanale de circuits imprimés, mais elle est plus chère. Le photomasque est un matériau transparent aux UV avec un motif de piste imprimé. Après exposition, la résine photosensible se développe et durcit comme dans un processus photochimique conventionnel.

En milieu amateur, une couche de protection sous forme de vernis ou de peinture peut être sérigraphiée ou appliquée manuellement. Pour former un masque de gravure sur la feuille, les radioamateurs utilisent le transfert de toner à partir d'une image imprimée sur une imprimante laser ("laser-ironing technology").

La gravure sur feuille fait référence au processus chimique de conversion du cuivre en composés solubles. La feuille non protégée est gravée, le plus souvent, dans une solution de chlorure ferrique ou dans une solution d'autres produits chimiques, par exemple du sulfate de cuivre, du persulfate d'ammonium, du chlorure de cuivre ammoniacal, du sulfate de cuivre ammoniacal, à base de chlorites, à base d'anhydride chromique. Lors de l'utilisation de chlorure ferrique, le processus de gravure du panneau est le suivant : FeCl 3 + Cu → FeCl 2 + CuCl. Concentration de solution typique 400 g / l, température jusqu'à 35 ° C. Lors de l'utilisation de persulfate d'ammonium, le processus de gravure du panneau se déroule comme suit : (NH 4) 2 S 2 O 8 + Cu → (NH 4) 2 SO 4 + CuSO 4.

Après la gravure, le motif protecteur est lavé de la feuille.

Méthode mécanique

La méthode de fabrication mécanique implique l'utilisation de fraiseuses et de machines de gravure ou d'autres outils pour l'élimination mécanique de la couche de feuille à partir de zones spécifiées.

Gravure laser

Jusqu'à récemment, la gravure au laser des cartes de circuits imprimés était mal utilisée en raison des bonnes propriétés réfléchissantes du cuivre à la longueur d'onde des lasers à gaz CO haute puissance les plus courants. En lien avec les progrès dans le domaine de l'ingénierie laser, des installations de prototypage industriel à base de lasers ont maintenant commencé à apparaître.

Placage des trous

Les vias et trous de montage peuvent être percés, poinçonnés mécaniquement (dans des matériaux souples comme le getinax) ou au laser (vias très fins). Le placage des trous est généralement effectué chimiquement ou mécaniquement.

La métallisation mécanique des trous est réalisée avec des rivets spéciaux, des fils soudés ou en remplissant le trou avec de la colle conductrice. La méthode mécanique est coûteuse à fabriquer et est donc utilisée extrêmement rarement, généralement dans des solutions de pièces très fiables, des équipements spéciaux à courant élevé ou des conditions de radio amateur.

Au cours de la métallisation chimique, des trous sont d'abord percés dans un flan de feuille, puis ils sont métallisés, et seulement ensuite la feuille est gravée pour obtenir un motif d'impression. Le placage chimique des trous est un processus complexe en plusieurs étapes qui est sensible à la qualité des réactifs et au respect de la technologie. Par conséquent, dans des conditions de radio amateur, il n'est pratiquement pas utilisé. Simplifié, il comprend les étapes suivantes :

• Application d'un substrat conducteur au diélectrique des parois des trous. Ce substrat est très fin et fragile. Il est appliqué par dépôt chimique de métaux à partir de composés instables tels que le chlorure de palladium.
• Un dépôt électrolytique ou chimique de cuivre est effectué sur la base obtenue.
• En fin de cycle de production, soit un étamage à chaud est utilisé pour protéger le cuivre déposé assez lâche, soit le trou est protégé par un vernis (masque de soudure). Les vias indésirables de mauvaise qualité sont l'une des causes les plus courantes de défaillance électronique.

Pressage de panneaux multicouches

Les cartes multicouches (avec plus de 2 couches de métallisation) sont assemblées à partir d'un empilement de cartes de circuits imprimés minces à deux ou à une seule couche fabriquées la manière traditionnelle(à l'exception des couches extérieures de l'emballage - elles sont toujours laissées avec la feuille intacte). Ils sont collectés sous forme de "sandwich" avec des tampons spéciaux (préimprégnés). En outre, le pressage dans le four, le perçage et la métallisation des vias sont effectués. Enfin, la feuille des couches externes est gravée.

Des trous dans de telles cartes peuvent également être réalisés avant le pressage. Si les trous sont réalisés avant pressage, alors il est possible d'obtenir des planches avec des trous dits borgnes (lorsqu'il y a un trou dans une seule couche du sandwich), ce qui permet de compacter le tracé.

enrobage

Revêtements possibles tels que :

• Revêtements de vernis protecteurs et décoratifs (« masque de soudure »). A généralement une couleur verte caractéristique.
• Étamage. Protège la surface du cuivre, augmente l'épaisseur du conducteur, facilite l'assemblage des composants. Habituellement effectué par immersion dans un bain de soudure ou une vague de soudure.
• Revêtement en feuille électrolytique avec des métaux inertes (dorure, placage palladium) et des vernis conducteurs pour améliorer les propriétés de contact des connecteurs et des claviers à membrane.
• Revêtements décoratifs et informatifs (marquage). Généralement appliqué par sérigraphie, moins souvent par jet d'encre ou laser.

Restauration mécanique

De nombreux tableaux individuels sont souvent placés sur une seule feuille vierge. Ils passent par tout le processus de traitement d'un flan d'aluminium comme une seule planche et ce n'est qu'à la fin qu'ils sont préparés pour la séparation. Si les planches sont rectangulaires, des rainures aveugles sont fraisées pour faciliter la rupture ultérieure des planches (tracage, de l'anglais. scribe gratter). Si les planches sont de forme complexe, elles le font par fraisage, laissant des ponts étroits pour que les planches ne s'effritent pas. Pour les planches sans placage, au lieu de fraiser, une série de trous à petit pas est parfois percée. Le perçage des trous de fixation (non plaqués) a également lieu à ce stade.

Voir aussi : GOST 23665-79 Cartes de circuits imprimés. Traitement des contours. Exigences pour les processus technologiques typiques.

Selon un processus technologique typique, la séparation des planches de la pièce se produit après l'assemblage des composants.

Installation des composants

La soudure est la principale méthode d'assemblage de composants sur des cartes de circuits imprimés. La soudure peut être réalisée soit manuellement avec un fer à souder, soit en utilisant des technologies spécifiques spécialement développées.

Soudure à la vague

La principale méthode de soudage de groupe automatisé pour les composants de sortie. À l'aide d'activateurs mécaniques, une longue vague de soudure en fusion est créée. La planche est passée sur la vague de sorte que la vague touche à peine la surface inférieure de la planche. Dans ce cas, les fils des composants de plomb préinstallés sont mouillés par la vague et soudés à la carte. Le fondant est appliqué sur la planche avec un tampon éponge.

Brasage au four

La méthode de base pour le soudage groupé de composants planaires. Une pâte à souder spéciale (poudre à souder dans un flux pâteux) est appliquée sur les plages de contact de la carte de circuit imprimé à l'aide d'un pochoir. Ensuite, les composants planaires sont installés. Ensuite, la carte avec les composants installés est introduite dans un four spécial, où le flux de pâte à souder est activé et la poudre de soudure fond, soudant le composant.

Si un tel montage de composants est effectué des deux côtés, la carte est alors soumise à cette procédure deux fois - séparément pour chaque côté du montage. Les composants planaires lourds sont montés sur des billes d'adhésif pour les empêcher de tomber de la carte inversée lors de la seconde soudure. Les composants légers sont maintenus sur la carte par la tension superficielle de la soudure.

Après la soudure, la carte est traitée avec des solvants afin d'éliminer le flux résiduel et autres contaminants, ou, lors de l'utilisation de pâte à souder sans nettoyage, la carte est immédiatement prête pour certaines conditions de fonctionnement.

Installation des composants

L'installation des composants peut être effectuée à la fois manuellement et sur des installateurs automatiques spéciaux. Installation automatique réduit le risque d'erreur et accélère considérablement le processus (les meilleures machines installent plusieurs composants par seconde).

Revêtements de finition

Après soudure, le circuit imprimé avec les composants est recouvert de composés protecteurs : hydrofuges, vernis, moyens de protection des contacts ouverts.

Technologies similaires

Les substrats de circuits intégrés hybrides sont quelque peu similaires à une carte de circuit imprimé en céramique, cependant, d'autres procédés techniques sont généralement utilisés :

• sérigraphie d'un motif de conducteurs avec une pâte métallisée, suivie d'un frittage de la pâte dans un four. La technologie permet un câblage multicouche des conducteurs grâce à la possibilité d'appliquer une couche isolante sur la couche conductrice en utilisant les mêmes méthodes de sérigraphie.
• Dépôt de métal à travers un pochoir.

Quel est imprimé circuits imprimés une?

Imprimé circuits imprimés une ou circuits imprimés une, est une plaque ou un panneau constitué d'un ou de deux motifs conducteurs situés à la surface de la base diélectrique, ou d'un système de motifs conducteurs situés dans le volume et à la surface de la base diélectrique, interconnectés conformément au schéma électrique , destiné à la connexion électrique et à la fixation mécanique d'équipements électroniques, d'électronique quantique et de produits électriques installés dessus - composants électroniques passifs et actifs.

Le plus simple imprimé circuits imprimés oh est circuits imprimés une qui contient des conducteurs en cuivre d'un côté imprimé circuits imprimés s et ne relie les éléments du motif conducteur que sur l'une de ses surfaces. Tel circuits imprimés s connu sous le nom de couche unique imprimé circuits imprimés s ou unilatéral imprimé circuits imprimés s(abrégé - PPO).

Aujourd'hui, le plus populaire en production et le plus courant imprimé circuits imprimés s contenant deux couches, c'est-à-dire contenant un motif conducteur des deux côtés circuits imprimés s- double face (double couche) imprimé circuits imprimés s(abrégé DPP). Les trous traversants sont utilisés pour connecter les conducteurs entre les couches. installation trous métallisés ny et transitionnels. Cependant, selon la complexité physique de la conception imprimé circuits imprimés s lorsque le câblage est à double face circuits imprimés e devient trop compliqué en production ordre multicouche imprimé circuits imprimés s(abrégé PAM), où le motif conducteur est formé non seulement sur les deux côtés extérieurs circuits imprimés s, mais aussi dans les couches internes du diélectrique. Selon la complexité, multicouche imprimé circuits imprimés s peut être composé de 4,6,… .24 couches ou plus.

Pour installation une composants électroniques sur imprimé circuits imprimés s, une opération technologique est nécessaire - la soudure, utilisée pour obtenir une liaison permanente de pièces en métaux divers en introduisant du métal en fusion entre les contacts des pièces - une soudure ayant un point de fusion inférieur aux matériaux des pièces à assembler. Les contacts soudés des pièces, ainsi que la soudure et le flux, sont mis en contact et chauffés à une température supérieure à la température de fusion de la soudure, mais inférieure à la température de fusion des pièces à souder. En conséquence, la soudure devient liquide et mouille les surfaces des pièces. Après cela, le chauffage s'arrête et la soudure passe à la phase solide, formant un joint. Ce processus peut être effectué manuellement ou à l'aide de techniques spécialisées.

Avant la soudure, les composants sont placés sur imprimé circuits imprimés e composant conduit à des trous traversants circuits imprimés s et sont soudés aux plages de contact et/ou à la surface intérieure métallisée du trou - ce qu'on appelle. La technologie installation une dans les trous (THT Through Hole Technology - technologie installation une dans des trous ou en d'autres termes - goupille installation ou DIP- installation). En outre, une technologie de plus en plus avancée de surface installation une- également appelée TMP (technologie installation uneà la surface) ou CMS(technologie de montage en surface) ou la technologie SMD (à partir d'un appareil de montage en surface - un appareil monté sur une surface). Sa principale différence avec la technologie "traditionnelle" installation une dans les trous est que les composants sont montés et soudés sur des plages de terre, qui font partie du motif conducteur sur la surface imprimé circuits imprimés s... En technologie de surface installation une En règle générale, deux méthodes de soudage sont utilisées : le soudage par refusion et le soudage à la vague. Le principal avantage de la soudure à la vague est la possibilité de souder simultanément des composants montés en surface circuits imprimés s et dans les trous. Dans le même temps, le soudage à la vague est la méthode de soudage la plus efficace pour installation e dans les trous. La soudure par refusion est basée sur l'utilisation d'un matériau technologique spécial - la pâte à souder. Il contient trois composants principaux : la soudure, le flux (activateurs) et les charges organiques. Soudure pâte appliqué sur les plots de contact soit avec un distributeur soit par pochoir, puis les composants électroniques sont installés avec des fils sur la pâte à braser et ensuite, le processus de refusion de la brasure contenue dans la pâte à braser est effectué dans fours spéciaux en chauffant imprimé circuits imprimés s avec des composants.

Pour éviter et/ou empêcher le court-circuit accidentel des conducteurs de différents circuits pendant le processus de soudage, les fabricants imprimé circuits imprimés utilisez un masque de soudure protecteur (masque de soudure anglais, également connu sous le nom de "vert") - une couche de matériau polymère, conçu pour protéger les conducteurs contre la pénétration de soudure et de flux pendant le soudage, ainsi que contre la surchauffe. Soudure masque recouvre les conducteurs et laisse les plots et les connecteurs de lame ouverts. Les couleurs de masque de soudure les plus couramment utilisées dans imprimé circuits imprimés une x est vert, puis rouge et bleu. Il faut garder à l'esprit que soudure masque ne protège pas circuits imprimés de l'humidité pendant le fonctionnement circuits imprimés s et des revêtements organiques spéciaux sont utilisés pour la protection contre l'humidité.

Dans les programmes de conception assistée par ordinateur les plus populaires imprimé circuits imprimés et les appareils électroniques (en abrégé CAD - CAM350, P-CAD, Protel DXP, SPECCTRA, OrCAD, Allegro, Expedition PCB, Genesis), en règle générale, il existe des règles associées au masque de soudure. Ces règles définissent la distance/l'empreinte qui doit être respectée entre le bord de la pastille de soudure et le bord du masque de soudure. Ce concept est illustré à la figure 2 (a).

Sérigraphie ou marquage.

Le marquage (eng. Sérigraphie, légende) est un processus dans lequel un fabricant applique des informations sur les composants électroniques et qui aide à faciliter le processus d'assemblage, d'inspection et de réparation. En règle générale, des marquages ​​sont appliqués pour identifier les points de test ainsi que la position, l'orientation et la classification des composants électroniques. Il peut également être utilisé à des fins de constructeur. imprimé circuits imprimés, par exemple, indiquez le nom de l'entreprise, les instructions de configuration (cela est largement utilisé dans les anciennes cartes mères circuits imprimés une x ordinateurs personnels), etc. Le marquage peut être appliqué des deux côtés circuits imprimés s et il est, en règle générale, appliqué par la méthode de sérigraphie (sérigraphie) avec une peinture spéciale (avec durcissement thermique ou UV) de couleur blanche, jaune ou noire. La figure 2 (b) montre la désignation et la superficie des composants, réalisés avec des marques blanches.

Structure des calques en CAO

Comme indiqué au début de cet article, imprimé circuits imprimés s peut être composé de plusieurs couches. Lorsque imprimé circuits imprimés une conçu avec CAD, peut souvent être vu dans la structure imprimé circuits imprimés s plusieurs couches qui ne correspondent pas aux couches de câblage conducteur (cuivre) requises. Par exemple, les couches avec des marquages ​​et un masque de soudure sont des couches non conductrices. La présence de couches conductrices et non conductrices peut prêter à confusion car les fabricants utilisent le terme couche lorsqu'ils désignent uniquement des couches conductrices. À partir de maintenant, nous n'utiliserons que le terme « couches » sans « CAD » pour désigner les couches conductrices. Si nous utilisons le terme "couches CAO", nous entendons toutes sortes de couches, c'est-à-dire des couches conductrices et non conductrices.

Structure des calques en CAO :

La figure 3. montre trois structures de couches différentes. L'orange met en évidence les couches conductrices de chaque structure. Hauteur ou épaisseur de la structure imprimé circuits imprimés s peut varier en fonction de l'application, mais l'épaisseur la plus couramment utilisée est de 1,5 mm.

Types de boîtiers de composants électroniques

Il existe une grande variété de types de boîtiers de composants électroniques sur le marché aujourd'hui. Habituellement, il existe plusieurs types d'enceintes pour un élément passif ou actif. Par exemple, vous pouvez trouver le même microcircuit dans le boîtier QFP (de l'anglais Quad Flat Package - une famille de boîtiers de microcircuits avec des fils planaires situés sur les quatre côtés) et dans le boîtier LCC (de l'anglais Leadless Chip Carrier - représente un faible -profil carré en céramique avec contacts situés sur sa partie inférieure).

Il existe principalement 3 grandes familles de boîtiers électroniques :

Zone de contact imprimé circuits imprimés s(terre anglaise)

Zone de contact imprimé circuits imprimés s- une partie du motif conducteur imprimé circuits imprimés s utilisé pour le raccordement électrique des produits électroniques installés. Zone de contact imprimé circuits imprimés s représente les parties d'un conducteur en cuivre ouvertes à partir du masque de soudure, où les fils des composants sont soudés. Il existe deux types de tampons - les tampons installation trous pour installation une dans les trous et les patins planaires pour la surface installation une- Plateformes CMS. Parfois, les via pads SMD sont très similaires aux via pads. installation une dans les trous.

La figure 4 montre les plages de contact pour 4 composants électroniques différents. Huit pour IC1 et deux pour les pastilles SMD R1, respectivement, ainsi que trois pastilles avec des trous pour les composants électroniques Q1 et PW.

Conducteurs en cuivre

Les conducteurs en cuivre sont utilisés pour connecter deux points sur imprimé circuits imprimés e - par exemple, pour se connecter entre deux sites SMD (Figure 5.), ou pour connecter un site SMD au site installation ou pour connecter deux vias.

Les conducteurs peuvent avoir des largeurs calculées différentes en fonction des courants qui les traversent. De plus, aux hautes fréquences, il est nécessaire de calculer la largeur des conducteurs et les écarts entre eux, car la résistance, la capacité et l'inductance du système de conducteurs dépendent de leur longueur, de leur largeur et de leur position relative.

Vias traversants imprimé circuits imprimés s

Quand connecter le composant qui est allumé couche supérieure imprimé circuits imprimés s avec le composant situé sur la couche inférieure, on utilise des vias métallisés qui relient les éléments du motif conducteur sur différentes couches imprimé circuits imprimés s... Ces trous laissent passer le courant imprimé circuits imprimésà. La figure 6 montre deux conducteurs qui commencent au niveau des plots des composants sur la couche supérieure et se terminent aux autres plots des composants sur la couche inférieure. Chaque conducteur a son propre via, qui conduit le courant de la couche supérieure vers la couche inférieure.

Figure 6. Connexion de deux microcircuits à travers des conducteurs et des vias sur des côtés différents imprimé circuits imprimés s

La figure 7 donne une idée de \u200b\u200ble la Coupe transversale 4 plis imprimé circuits imprimés... Ici les couleurs indiquent les couches suivantes :

Sur modèle imprimé circuits imprimés s, la figure 7 montre un conducteur (rouge) qui appartient à la couche conductrice supérieure et qui traverse circuits imprimés y en utilisant la via traversante, puis continue son chemin vers la couche inférieure (bleu).

Figure 7. Conducteur de la couche supérieure traversant imprimé circuits imprimés y et continue son chemin vers la couche inférieure.

Trou métallisé "aveugle" imprimé circuits imprimés s

HDI (Interconnexion Haute Densité) imprimé circuits imprimés une x, il est nécessaire d'utiliser plus de deux couches, comme le montre la figure 7. En règle générale, dans les structures sandwich imprimé circuits imprimés s, qui transportent de nombreux circuits intégrés, utilisent des couches séparées pour l'alimentation et la terre (Vcc ou GND) afin que les couches de signal externes soient libérées des rails d'alimentation, ce qui facilite le câblage des signaux. Il existe également des cas où les conducteurs de signaux doivent aller de la couche externe (supérieure ou inférieure) le long du plus petit chemin afin de fournir l'impédance caractéristique nécessaire, les exigences d'isolation galvanique et se terminant par des exigences de résistance aux décharges électrostatiques. Pour de tels types de connexions, des trous métallisés borgnes sont utilisés (Blind via - "blind" ou "blind"). Il s'agit des trous de connexion couche externe avec un ou plusieurs internes, ce qui vous permet de faire le raccordement minimum en hauteur. Un trou borgne commence sur la couche externe et se termine sur la couche interne, il est donc préfixé par un trou borgne.

Pour savoir quel trou est présent sur circuits imprimés e, vous pouvez mettre imprimé circuits imprimés y au-dessus de la source lumineuse et regardez - si vous voyez de la lumière provenant de la source à travers le trou, alors c'est un via, sinon terne.

Les vias borgnes sont utiles dans la construction circuits imprimés s lorsque vous êtes limité en taille et avez trop peu d'espace pour placer des composants et câbler les fils de signal. Vous pouvez placer des composants électroniques des deux côtés et maximiser l'espace pour le câblage et les autres composants. Si les transitions sont effectuées à travers des trous traversants plutôt que des trous borgnes, un espace de trou supplémentaire sera nécessaire. le trou a lieu des deux côtés. Dans le même temps, des trous borgnes peuvent être situés sous le corps du microcircuit - par exemple, pour le câblage volumineux et complexe Bga Composants.

La figure 8 montre trois trous qui font partie d'un quadrillage imprimé circuits imprimés s... Si nous regardons de gauche à droite, le premier, nous verrons un trou traversant à travers toutes les couches. Le deuxième trou commence à la couche supérieure et se termine sur la deuxième couche intérieure - vias borgnes L1-L2. Enfin, le troisième trou commence dans la couche inférieure et se termine dans la troisième couche, on dit donc qu'il s'agit d'un aveugle via L3-L4.

Le principal inconvénient de ce type de trou est le coût de fabrication plus élevé. imprimé circuits imprimés s avec trous borgnes par rapport aux trous débouchants alternatifs.

Vias cachés

Anglais. Enterré via - "caché", "enterré", "encastré". Ces vias sont similaires aux vias borgnes, à la différence qu'ils commencent et se terminent sur les couches internes. Si nous regardons la figure 9 de gauche à droite, nous pouvons voir que le premier trou traverse toutes les couches. Le second est un via L1-L2 aveugle et le dernier est un via L2-L3 latent qui commence sur la deuxième couche et se termine sur la troisième couche.

Figure 9. Comparaison des vias, des trous borgnes et des trous enterrés.

Technologie de fabrication de vias aveugles et cachés

La technologie de fabrication de tels trous peut être différente, selon la conception que le développeur a définie et selon les capacités usine un constructeur. On distinguera deux types principaux :

Le trou est percé dans une pièce à double face DPP, métallisé, gravé puis cette pièce, en fait un fini bicouche imprimé circuits imprimés une, pressé à travers le préimprégné dans le cadre d'un flan multicouche imprimé circuits imprimés s... Si ce blanc est au dessus du "tarte" PAM, alors nous obtenons des trous borgnes, si au milieu, alors - vias cachés.

1. Le trou est percé dans la pièce pressée PAM, la profondeur de forage est contrôlée pour atteindre avec précision les zones des couches internes, puis le trou est métallisé. Ainsi, nous n'obtenons que des trous borgnes.

V structures complexes PAM des combinaisons des types de trous ci-dessus peuvent être utilisées - Figure 10.

Figure 10. Un exemple d'une combinaison typique de types de vias.

A noter que l'utilisation de trous borgnes peut parfois conduire à une réduction du coût du projet dans son ensemble, du fait d'économies sur le nombre total de couches, d'une meilleure traçabilité, et d'une diminution de la taille imprimé circuits imprimés s, ainsi que la possibilité d'appliquer des composants avec un pas plus fin. Cependant, dans chaque cas particulier, la décision de les utiliser doit être prise individuellement et raisonnablement. Cependant, il ne faut pas abuser de la complexité et de la variété des trous borgnes et cachés. L'expérience a montré que lors du choix entre l'ajout d'un autre type de trou borgne au projet et l'ajout d'une autre paire de couches, il est plus correct d'ajouter quelques couches. Dans tous les cas, la construction PAM doit être conçu en tenant compte de la manière dont il sera mis en œuvre en production.

Finition des revêtements de protection métalliques

L'obtention de joints de soudure corrects et fiables dans les équipements électroniques dépend de nombreux facteurs de conception et technologiques, y compris le niveau approprié de soudabilité des éléments connectés, tels que les composants et imprimé conducteurs. Pour maintenir la soudabilité imprimé circuits imprimés avant de installation une composants électroniques, assurant la planéité du revêtement et fiable installation une les joints de soudure doivent protéger la surface en cuivre des plages de contact imprimé circuits imprimés s de l'oxydation, le soi-disant revêtement protecteur métallique de finition.

Quand on regarde différents imprimé circuits imprimés s, vous pouvez constater que les plots de contact n'ont quasiment jamais la couleur du cuivre, souvent et surtout ils sont en argent, or brillant ou gris mat. Ces couleurs déterminent les types de revêtements de protection métalliques de finition.

La méthode la plus courante pour protéger les surfaces soudées imprimé circuits imprimés est le revêtement des plages de contact en cuivre avec une couche d'alliage argent-étain-plomb (POS-63) - HASL. Le plus fabriqué imprimé circuits imprimés protégés par la méthode HASL. Etamage à chaud HASL - procédé d'étamage à chaud circuits imprimés s, par immersion pendant une durée limitée dans un bain de soudure en fusion et avec un retrait rapide par soufflage avec un jet d'air chaud, en éliminant l'excès de soudure et en nivelant le revêtement. Cette couverture a dominé ces dernières années, malgré ses sérieuses limitations techniques. Plat s ainsi produites, bien qu'elles conservent une bonne soudabilité pendant toute la durée de stockage, sont inadaptées à certaines applications. Éléments hautement intégrés utilisés dans CMS les technologies installation une, nécessitent une parfaite planéité (planéité) des plages de contact imprimé circuits imprimés... Les revêtements HASL traditionnels ne répondent pas aux exigences de planéité.

Les technologies de revêtement qui répondent aux exigences de planéité sont les revêtements appliqués chimiquement :

L'or par immersion (Electroless Nickel / Immersion Gold - ENIG), qui est un mince film d'or appliqué sur une sous-couche de nickel. La fonction de l'or est de fournir une bonne soudabilité et de protéger le nickel de l'oxydation, et le nickel lui-même sert de barrière empêchant l'interdiffusion de l'or et du cuivre. Ce revêtement garantit une excellente planéité des plaquettes sans dommage imprimé circuits imprimés, fournit une résistance suffisante pour les joints de soudure à base d'étain. Leur principal inconvénient est le coût de production élevé.

Immersion Tin (ISn) - revêtement chimique gris mat pour une planéité élevée imprimé des sites circuits imprimés s et compatible avec toutes les méthodes de soudure que ENIG. Le processus d'application de l'étain par immersion est similaire au processus d'application de l'or par immersion. L'étain par immersion offre une bonne soudabilité après un stockage de longue durée, ce qui est assuré par l'introduction d'une sous-couche organométallique servant de barrière entre le cuivre des plages de contact et l'étain lui-même. Mais, circuits imprimés s revêtus d'étain à immersion nécessitent une manipulation soigneuse, scellés sous vide dans des armoires de stockage à sec et circuits imprimés s avec ce revêtement ne sont pas adaptés à la production de claviers/écrans tactiles.

Lors de l'utilisation d'ordinateurs, d'appareils avec connecteurs à couteaux, les contacts des connecteurs à couteaux sont soumis à des frottements pendant le fonctionnement circuits imprimés s par conséquent, les contacts d'extrémité sont plaqués d'une couche d'or plus épaisse et plus dure. Dorure électrolytique de connecteurs à couteaux (Gold Fingers) - revêtement de la famille Ni/Au, épaisseur de revêtement : 5 -6 Ni ; 1,5 - 3 m Au. Le revêtement est appliqué par dépôt électrochimique (galvanoplastie) et est principalement utilisé pour une application sur les contacts d'extrémité et les lamelles. Tolstoï, placage d'or a une résistance mécanique élevée, une résistance à l'abrasion et aux influences environnementales défavorables. Indispensable lorsqu'un contact électrique fiable et durable est essentiel.

De nos jours, la plupart des circuits électroniques sont fabriqués à partir de circuits imprimés. Des assemblages préfabriqués de microélectronique - modules hybrides, qui contiennent des composants à diverses fins fonctionnelles et degrés d'intégration, sont également fabriqués selon les technologies de fabrication des cartes de circuits imprimés. Les cartes de circuits imprimés multicouches et les composants électroniques à haut degré d'intégration permettent de réduire les caractéristiques de poids et de taille des équipements électroniques et informatiques. Le circuit imprimé a maintenant plus de cent ans.

Circuit imprimé

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

Il existe une formulation plus universelle :

En dessous de circuit imprimé désigne la construction d'interconnexions électriques fixes sur une base isolante.

Le principal éléments structurels carte de circuit imprimé - base diélectrique (rigide ou souple) sur la surface qui contient les conducteurs. La base diélectrique et les conducteurs sont 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 : plages de contact, trous de transition métallisés et de montage, lamelles de connecteur, zones d'évacuation de la chaleur, surfaces de blindage et de passage de courant, etc.

Le passage aux circuits imprimés a marqué un bond en avant dans la conception des équipements électroniques. Le circuit imprimé combine 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 prévu entre les conducteurs et 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 la conception et les méthodes de fabrication de cartes de circuits imprimés. Les premières méthodes de fabrication des circuits imprimés restent majoritairement additives (développement des idées de Thomas Edison). Mais sous 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 (« plaque d'impression » ou « matrice »). Par conséquent, l'ingénieur autrichien Paul Eisler est considéré comme le véritable "père des circuits imprimés". Il est d'abord arrivé à la conclusion que les technologies d'impression (soustractives) peuvent être utilisées pour la production en série de cartes de circuits imprimés. Dans les technologies soustractives, l'image est formée en supprimant les fragments inutiles. Paul Eisler a élaboré la technologie du dépôt galvanique de la feuille de cuivre et sa gravure au chlorure ferrique. Les technologies de production de masse 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 une base constructive pour les équipements radio, non seulement à des fins militaires, mais également à des fins domestiques.

Matériaux pour circuits imprimés

Diélectriques de base pour circuits imprimés

La connaissance des paramètres des matériaux pour les cartes de circuits imprimés, à la fois monocouches et multicouches, est importante pour tous ceux qui sont impliqués dans leur utilisation, en particulier pour les cartes de circuits imprimés d'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 d'onde des conducteurs sur la carte ;
- calcul de la valeur de l'isolation haute tension intercalaire ;
- sélection 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 garder à l'esprit que la tolérance pour l'épaisseur du matériau va généralement jusqu'à ± 10%, par conséquent, la tolérance pour l'épaisseur du panneau multicouche fini ne peut pas être inférieure à ± 10%.

Tg - température de transition vitreuse (destruction de la structure)

Dk - constante diélectrique

Diélectriques de base pour circuits imprimés micro-ondes

Les conceptions typiques des cartes de circuits imprimés sont basées sur l'utilisation de type de fibre de verre standard FR4, avec une température de fonctionnement de –50 à +110°C, et une température de transition vitreuse Tg (ramollissement) d'environ 135°C.
Avec des exigences accrues de résistance à la chaleur ou lors du montage de panneaux dans un four sans plomb (t jusqu'à 260 ° C), une température élevée FR4 Tg élevée ou FR5.
Lorsque des exigences pour un fonctionnement constant à des températures élevées ou avec des changements de température soudains sont utilisées polyimide... De plus, le polyimide est utilisé pour la fabrication de cartes avec une fiabilité accrue, pour des applications militaires, ainsi que dans les cas où une rigidité diélectrique accrue est requise.
Pour les planches avec Circuits micro-ondes(plus de 2 GHz) couches séparées appliquées Matériel micro-ondes, ou la planche est entièrement constituée d'un matériau pour 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 relatif au coût du FR4.

* Dk - constante diélectrique

Dk - constante diélectrique

Revêtements de plaquettes de PCB

Le plus souvent, les plaquettes sont recouvertes d'un alliage étain-plomb, ou POS. 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 avec de l'air chaud). Ce revêtement offre la meilleure soudabilité des pastilles. Cependant, il est remplacé par des revêtements plus modernes, généralement conformes aux exigences de la directive internationale RoHS.

Cette directive exige l'interdiction de 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 MPP sont présentées dans le tableau 7.

HASL est utilisé universellement, sauf indication contraire.

Dorure (chimique) par immersion utilisé pour fournir une surface de carte plus lisse (ceci est particulièrement important pour les plaquettes BGA), mais a une soudabilité légèrement inférieure. Le brasage au four est réalisé en utilisant approximativement la même technologie que le HASL, mais le brasage manuel nécessite l'utilisation de flux spéciaux. Un revêtement organique, ou OSP, protège la surface du cuivre de l'oxydation. Son inconvénient est la courte durée de conservation pour la soudabilité (moins de 6 mois).

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

Contacts du connecteur de lame exposé au frottement pendant le fonctionnement, le panneau est galvanisé avec une couche d'or plus épaisse et plus dure. Pour les deux types de dorure, une sous-couche de nickel est utilisée pour éviter la diffusion de l'or.

Remarque : Tous les revêtements, à l'exception de HASL, sont conformes à la directive RoHS et conviennent au soudage sans plomb.

Revêtements protecteurs et autres types de revêtements de circuits imprimés

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

Par souci d'exhaustivité, tenez compte de l'objectif fonctionnel et des matériaux des revêtements des 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 du soudage. Le masque ne supporte aucune autre charge fonctionnelle et ne peut servir de protection contre l'humidité, la moisissure, les pannes, etc. (sauf en cas d'utilisation de types de masques spéciaux).
2. Marquage - est appliqué sur la carte avec de la peinture sur un 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 spécifiées de la carte, qui doivent être temporairement protégées, par exemple contre la soudure. À l'avenir, il sera facile de l'enlever, car il s'agit d'un composé caoutchouteux et se décolle simplement.
4. Revêtement contact carbone - appliqué à certains endroits du tableau comme champs de contact pour les claviers. Le revêtement a une bonne conductivité, non-oxydation et résistance à l'usure.
5. Eléments résistifs en graphite - peut être appliqué à la surface de la carte pour remplir la fonction de résistances. Malheureusement, la précision des valeurs nominales est faible - pas plus précise que ± 20% (avec rognage laser - jusqu'à 5%).
6. Cavaliers de contact argent - peuvent être appliqués en tant que conducteurs supplémentaires, créant une couche conductrice supplémentaire lorsqu'il n'y a pas assez d'espace de 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 gros défaut. Dans des conditions de fortes vibrations, il nécessitait l'utilisation d'éléments mécaniques supplémentaires pour le fixer à l'intérieur de l'équipement électronique. Pour cela, des supports ont été utilisés sur lesquels étaient installés les radioéléments, les radioéléments eux-mêmes et des éléments de structure pour les connexions intermédiaires, les fils de fixation. Il s'agit d'un montage volumétrique.

Les circuits imprimés sont exempts de ces inconvénients. 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 unilatéral ou bilatéral de pistes conductrices.

PCB simple face est une plaque sur un côté de laquelle sont placés des conducteurs imprimés. Dans les cartes de circuits imprimés double face, les conducteurs occupaient également le côté cousu vide de la plaque. Et pour leur connexion, diverses options étaient proposées, parmi lesquelles les plus répandues étaient les vias plaqués. Des fragments de la construction 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'un côté a été la première étape sur le chemin de la transition du plan au volume. Si nous faisons abstraction (rejetons mentalement le substrat de la carte de circuit imprimé double face), nous obtenons une construction tridimensionnelle de conducteurs. Soit dit en passant, cette étape a été franchie assez rapidement. L'application d'Albert Hanson a déjà indiqué la possibilité de placer des conducteurs des deux côtés du substrat et de les connecter à l'aide de trous traversants.

Riz. 1. Fragments de la construction des cartes de circuits imprimés a) unilatérale et 6) double face : 1 - trou de montage, 2 - plot de contact, 3 - conducteur, 4 - substrat diélectrique, 5 - plaqué via

Développement ultérieur 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 l'augmentation de leur vitesse 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 circuits imprimés modernes, il peut être bien supérieur à dix. Dans un sens, les PCB multicouches ont pris du poids.

Conception de circuits imprimés multicouches

Dans la première version, la plus courante, les couches intérieures de la carte sont constituées de fibre de verre laminée de cuivre double face, appelée "noyau". Les couches externes sont constituées d'une feuille de cuivre qui est pressée dans les couches internes à l'aide d'un liant résineux appelé « préimprégné ». Après pressage à haute température, un "gâteau" d'une carte de circuit imprimé multicouche est formé, dans lequel des trous sont encore percés et plaqués. La deuxième option est moins courante, lorsque les couches externes sont formées de "noyaux" maintenus ensemble par du préimprégné. Il s'agit d'une description simplifiée et de nombreuses autres conceptions existent sur la base de ces options. Cependant, le principe de base est que le préimprégné agit comme un matériau de liaison entre les couches. Évidemment, il ne peut pas y avoir de situation où deux "noyaux" double face sont adjacents sans espaceur préimprégné, mais la structure feuille-préimprégné-feuille-préimprégné ... etc. est possible, et est souvent utilisée dans des planches avec des combinaisons complexes de trous borgnes et cachés.

Les PCB multicouches représentent désormais les deux tiers de la production mondiale de PCB en termes de prix, bien qu'en termes quantitatifs ils soient inférieurs aux cartes simple et double face.

Un fragment schématique (simplifié) de la conception d'une carte de circuit imprimé multicouche moderne est illustré à la Fig. 2. Les conducteurs dans de telles cartes de circuits imprimés sont placés non seulement sur la surface, mais également dans la majeure partie du substrat. Dans le même temps, la superposition de la disposition des conducteurs les uns par rapport aux autres a été préservée (conséquence de l'utilisation des technologies d'impression planaire). La superposition est inévitablement présente dans les noms des cartes de circuits imprimés et de leurs éléments - unilatéral, double face, multicouche, etc. La superposition reflète vraiment la construction et correspond à ces technologies constructives de fabrication de cartes de circuits imprimés.

Riz. 2. Un fragment de la construction d'une carte de circuit imprimé multicouche : 1 - trou traversant plaqué, 2 - micro-vias borgnes, 3 - micro-vias cachés, 4 - couches, 5 - trous intercalaires cachés, 6 - plots de contact

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

En termes de structure, les MPP sont beaucoup plus compliqués que les panneaux double face, ainsi que la technologie de leur production. Et leur structure elle-même est significativement différente de celle illustrée à la Fig. 2. Ils comprennent des couches de blindage supplémentaires (terre et alimentation) ainsi que plusieurs couches de signaux.

En réalité, ils ressemblent à ceci :

a) Schématiquement	Pour assurer la commutation entre les couches du MPP, des transitions intercouches (vias) et des microvias (microvias) sont utilisées dans la Fig. 3.a. Les vias peuvent se présenter sous la forme de vias reliant les couches externes entre elles et aux couches internes. Des transitions aveugles et cachées sont également utilisées. Une jonction aveugle est un canal de connexion métallisé visible uniquement du haut ou du bas de la carte. Des transitions cachées sont utilisées pour interconnecter les couches internes de la carte. Leur utilisation permet de simplifier considérablement la disposition des cartes, par exemple, une conception MPP à 12 couches peut être réduite à une conception équivalente à 8 couches. commutation. Les micro-vias ont été développés spécifiquement pour le montage en surface, la connexion des plages de contact et des couches de signal.
c) pour plus de clarté en 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 entretoises adhésives sont utilisées - des préimprégnés. Sur la figure 3, le préimprégné est représenté en blanc. Le préimprégné colle les couches d'un PCB multicouche par pressage à chaud. L'épaisseur globale des cartes de circuits imprimés multicouches augmente de manière disproportionnée avec le nombre de couches de signal. A cet égard, il est nécessaire de prendre en compte le rapport important entre l'épaisseur de la plaque et le diamètre du trou traversant, qui est un paramètre très strict pour le procédé de métallisation traversant. Cependant, même avec la difficulté de métalliser des vias de petit diamètre, les fabricants de circuits imprimés multicouches préfèrent atteindre une densité d'emballage élevée avec plus de couches relativement bon marché plutôt que moins de couches à haute densité mais en conséquence plus chères.
Avec) Dessin 3	La figure 3.c montre un exemple de structure et d'épaisseur de couche de PCB multicouche.

Vladimir Ourazaev [L.12] estime que le développement de conceptions et de technologies en microélectronique est conforme à la loi du développement objectivement existante systèmes techniques: les tâches liées au placement ou au mouvement des objets sont résolues en allant du point à la ligne, de la ligne au plan, du plan à l'espace tridimensionnel.

Je pense que les circuits imprimés devront obéir à cette loi. Le potentiel de mise en œuvre de telles cartes de circuits imprimés à plusieurs niveaux (niveau infini) existe. En témoignent la riche expérience dans l'utilisation des technologies laser dans la production de cartes de circuits imprimés, l'expérience non moins riche dans l'utilisation de la stéréolithographie laser pour la formation d'objets tridimensionnels à partir de polymères, la tendance à une augmentation de la température résistance des matériaux de base, etc. Évidemment, ces produits devront être appelés autrement. Étant donné que le terme « carte de circuit imprimé » ne reflétera plus ni leur contenu interne ni leur technologie de fabrication.

Il en sera peut-être ainsi.

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 l'installation volumétrique des composants électroniques avec l'emplacement des plages de contact sur toutes les surfaces des composants radio, réduit la fabricabilité de leur installation, la qualité des interconnexions et complique leurs tests et leur maintenance.

L'avenir nous le dira !

Cartes de circuits imprimés flexibles

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

Les circuits imprimés rigides sont le produit le plus répandu en électronique, que presque tout le monde connaît.

Mais il existe également des circuits imprimés flexibles, qui élargissent de plus en plus leur gamme d'applications. Un exemple est ce que l'on appelle les câbles imprimés flexibles (boucles). De telles cartes de circuits imprimés remplissent un champ de fonctions limité (la fonction de substrat pour les radioéléments est exclue). Ils servent à combiner les circuits imprimés conventionnels, 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 une bande Mobius.

Dessin 4

Un ou même deux degrés de liberté, mais une liberté très limitée, peuvent être conférés aux cartes de circuits imprimés rigides classiques, dans lesquelles la matrice polymère du substrat est dans un état rigide - vitreux. Ceci est obtenu en réduisant l'épaisseur du substrat. L'un des avantages des circuits imprimés gaufrés fabriqués à partir de diélectriques minces est la capacité 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 significative 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, il devient nécessaire de fixer leur forme. Car le pliage de telles cartes de circuits imprimés non flexibles conduit à des contraintes mécaniques élevées aux points de leur connexion à la carte de circuits imprimés flexibles.

Une position intermédiaire entre les circuits imprimés rigides et souples est occupée par des circuits imprimés « anciens », constitués d'éléments rigides repliés en accordéon. De tels "accordéons" ont probablement inspiré l'idée de créer des circuits imprimés multicouches. Les circuits imprimés modernes flexibles-rigides sont implémentés d'une manière différente. Il s'agit principalement de circuits imprimés multicouches. Ils peuvent combiner des couches rigides et souples. Si les couches flexibles sont amenées à l'extérieur des couches rigides, vous pouvez 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 en fonction de 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, un équipement de tissage, et non d'impression d'impression, 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 contours et les formes les plus bizarres.

Circuits imprimés basés sur une conductivité thermique élevée

Récemment, il y a eu une augmentation de la production de chaleur par les appareils électroniques, qui est associée à :

Une augmentation des performances des systèmes informatiques,

Besoins en commutation haute puissance,

L'application croissante de composants électroniques avec une dissipation thermique accrue.

Ce dernier se manifeste le plus clairement dans la technologie d'éclairage LED, où l'intérêt pour la création de sources lumineuses basées sur de puissantes LED ultra-lumineuses a fortement augmenté. L'efficacité lumineuse des LED à semi-conducteurs 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 : lampadaires, éclairage automobile, éclairage de secours, panneaux publicitaires, panneaux LED, indicateurs, lignes rampantes, feux de circulation, etc. Ces LED sont devenues indispensables dans l'éclairage décoratif, dans les systèmes LED dynamiques en raison de leur couleur monochrome et de leur rapidité d'allumage. Il est avantageux de les utiliser également là où il est nécessaire d'économiser strictement l'électricité, où l'entretien fréquent est coûteux et où les exigences de sécurité électrique sont élevées.

Des recherches ont montré qu'environ 65 à 85 % de l'électricité générée par une LED est convertie en chaleur. Cependant, à condition de respecter les conditions thermiques préconisées par le fabricant de LED, la durée de vie de la LED peut atteindre 10 ans. Mais, si le régime thermique est violé (généralement il s'agit de travaux avec une température de jonction de plus de 120 ... 125 ° C), la durée de vie de la LED peut chuter 10 fois ! Et en cas de non-respect flagrant des conditions thermiques recommandées, par exemple, lorsque les LED de type émetteur sont allumées sans radiateur pendant plus de 5 à 7 secondes, la LED peut déjà tomber en panne lors du premier allumage. Une augmentation de la température de transition entraîne en outre une diminution de la luminosité de luminescence 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 autant que possible la chaleur générée par la LED.

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

Figure 5

Ces circuits imprimés sur socle aluminium ont une résistance thermique faible et fixe, ce qui permet d'assurer simplement la dissipation thermique de la jonction p-n de la LED et d'assurer son fonctionnement pendant toute la durée de vie lorsqu'elle est installée sur un radiateur.

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

Problèmes de technologie de production industrielle

L'histoire du développement de la technologie pour la production de cartes de circuits imprimés, il y a une histoire d'amélioration de la qualité et de résolution des problèmes qui surviennent au cours du développement.

Voici quelques détails.

Les cartes de circuits imprimés fabriquées par métallisation traversante, malgré leur utilisation généralisée, présentent un inconvénient très sérieux. D'un point de vue constructif, le maillon le plus faible de telles cartes de circuits imprimés est la jonction des plots métallisés dans les vias et les couches conductrices (plages de contact). La connexion de la colonne métallisée et de la couche conductrice longe l'extrémité de la plage de contact. La longueur du joint est déterminée par l'épaisseur de la feuille de cuivre et est généralement de 35 µm ou moins. La métallisation galvanique des parois des vias est précédée d'une étape de métallisation chimique. Le cuivre chimique, contrairement au cuivre galvanique, est plus lâche. Par conséquent, la connexion de la colonne métallisée avec la surface d'extrémité de la plage de contact se produit à travers une sous-couche intermédiaire, plus faible en termes de résistance mécanique, de cuivre chimique. Le coefficient de dilatation thermique de la fibre de verre est beaucoup plus élevé que celui du cuivre. Lors du passage par la température de transition vitreuse de la résine époxy, la différence augmente considérablement. Avec le choc thermique, que subit une carte de circuit imprimé pour diverses raisons, la connexion est exposée à des contraintes mécaniques très élevées et... à des ruptures. En conséquence, le circuit électrique est rompu et la fonctionnalité du circuit électrique est perturbée.

Riz. 6. Jonctions intercouches dans les cartes de circuits imprimés multicouches : a) sans contre-dépouille diélectrique, 6) avec contre-dépouille diélectrique 1 - diélectrique, 2 - zone de contact de la couche interne, 3 - cuivre chimique, 4 - cuivre galvanique

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

Dans les cartes de circuits imprimés multicouches, une augmentation de la fiabilité des transitions internes peut être obtenue en introduisant une opération supplémentaire - la sous-dépouille (élimination partielle) du diélectrique dans les vias avant la métallisation. Dans ce cas, la connexion des plots métallisés avec les plots de contact s'effectue non seulement le long de l'extrémité, mais aussi 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 croissance couche par couche (Fig. 7). Les connexions entre les éléments conducteurs des couches imprimées dans ce procédé sont réalisées par galvanoplastie du cuivre dans les trous de la couche isolante. Contrairement à la méthode de métallisation des trous traversants, 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 facile. Et pourtant, cette technologie est également loin d'être idéale. La transition "cuivre galvanique - cuivre chimique - cuivre galvanique" subsiste.

Les circuits imprimés fabriqués par métallisation de trous traversants doivent résister à au moins quatre (multicouches au moins trois) ressoudages. Les circuits imprimés gaufrés permettent un nombre beaucoup plus élevé de re-soudures (jusqu'à 50). Selon les développeurs, les transitions métallisées dans les cartes de circuits imprimés en relief ne diminuent pas, mais augmentent leur fiabilité. Qu'est-ce qui a causé un tel saut qualitatif? La réponse est simple. Dans la technologie de fabrication des circuits imprimés gaufrés, les couches conductrices et les colonnes métallisées les reliant sont réalisées en un seul cycle technologique (simultanément). Il n'y a donc pas de transition "cuivre galvanique - cuivre chimique - cuivre galvanique". Mais un résultat aussi élevé a été obtenu à la suite du rejet de la technologie la plus massive pour la fabrication de cartes de circuits imprimés, à la suite de la transition vers une conception différente. Pour de nombreuses raisons, il n'est pas souhaitable d'abandonner le procédé de métallisation des trous traversants.

Comment être?

La responsabilité de la formation d'une couche barrière à la jonction des extrémités des plages de contact et des calottes métallisées incombe principalement aux technologues. Ils ont pu résoudre ce problème. Des changements révolutionnaires dans la technologie de fabrication des cartes de circuits imprimés ont introduit des méthodes de métallisation directe des trous, qui excluent l'étape de métallisation chimique, limitée uniquement à l'activation préliminaire de la surface. De plus, les procédés de métallisation directe sont mis en œuvre de telle sorte qu'un film conducteur n'apparaisse que là où il est nécessaire - à la surface du diélectrique. En conséquence, la couche barrière dans les vias métallisés des cartes de circuits imprimés fabriquées par le procédé de métallisation directe des trous est tout simplement absente. N'est-ce pas une belle façon de résoudre une contradiction technique ?

Il a été possible de surmonter la contradiction technique liée à la métallisation des vias. Les trous plaqués peuvent être un maillon faible dans les circuits imprimés pour une autre raison. L'épaisseur de paroi des vias doit idéalement être uniforme sur toute leur hauteur. Sinon, des problèmes de fiabilité se posent à nouveau. La chimie physique des procédés 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 des trous métallisés a déjà dépassé la barre des 100 microns, et le rapport hauteur sur diamètre des trous dans certains cas atteint 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 des vias métallisés dans le circuit imprimé. 1 - diélectrique, 2 - profil de métallisation idéal des parois des trous, 3 - profil de métallisation réel des parois des trous,
4 - résister

Traditionnellement, ce problème était résolu grâce à l'utilisation d'électrolytes avec des additifs de nivellement, 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 en contrecarrant le dépôt de placage excessif sur les bords tranchants et les zones adjacentes (plus proches de la surface du PCB).

Une autre solution à ce problème est théoriquement connue depuis longtemps, mais dans la pratique, elle a été mise en œuvre avec succès 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 pulsée (inverse) pour les bains galvaniques. Le courant continu est appliqué la plupart du temps. Dans ce cas, le dépôt du revêtement se produit. Le courant inverse est appliqué la plupart du temps. En même temps, le revêtement déposé se dissout. Une densité de courant inégale (plus dans les angles vifs) n'est bénéfique que dans ce cas. Pour cette raison, la dissolution du revêtement se produit principalement et dans une plus grande mesure à la surface du PCB. Dans cette solution technique, tout un « bouquet » de techniques de résolution des contradictions techniques est utilisé : utiliser une action partiellement redondante, tourner le mal en faveur, appliquer le passage d'un processus continu à un processus impulsionnel, faire l'inverse, etc. Et le le résultat obtenu correspond à ce " bouquet ". Avec une certaine combinaison de la durée des impulsions aller et retour, il est 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 de métal (propriété des circuits imprimés modernes), grâce à quoi la densité d'interconnexions dans les PCB est approximativement doublée.

Les problèmes liés à la fiabilité des jonctions métallisées dans les cartes de circuits imprimés sont de nature locale. Par conséquent, les contradictions qui surviennent 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 pour toutes les cartes de circuits imprimés.

Le processus de développement résout également d'autres problèmes auxquels les technologues sont confrontés, mais les consommateurs n'y pensent même pas. 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 les cartes de circuits imprimés qui ont été utilisés pour l'installation volumétrique de l'équipement électronique, mais 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 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 produit en série une radio à tube portable "Dorozhniy", dans laquelle une carte de circuit imprimé a été utilisée.

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 des fragments de circuits électroniques combinés sur une seule puce - modules fonctionnels et microcircuits, leur conception prévoyait l'installation de circuits imprimés exclusivement non imprimés.

Alors que la taille des composants actifs et passifs continue de diminuer, un nouveau concept est apparu - la "microminiaturisation".

Dans les composants électroniques, cela a entraîné l'apparition de LSI et VLSI contenant plusieurs millions de transistors. Leur apparition a forcé une augmentation du nombre de connexions externes (voir la surface de contact du processeur graphique sur la figure 9.a), ce qui a à son tour causé la complication du câblage des lignes conductrices, cela peut être vu sur la figure 9.b.

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

Figure 9

Et que cela ne vous paraisse pas une blague, un CPU 2010 d'Intel ou d'AMD est aussi une carte de circuit imprimé, de plus, une carte multicouche.

Figure 9a

Le développement des circuits imprimés, ainsi que de la technologie électronique en général, est une ligne de réduction de ses éléments ; leurs sceaux sur la surface imprimée, ainsi que la réduction d'éléments de technologie électronique. Dans ce cas, les "éléments" doivent être compris comme la propriété des cartes de circuits imprimés (conducteurs, vias, etc.), et des éléments du super-système (assemblage de circuits imprimés) - les radioéléments. Ces derniers en termes de rapidité de mise en œuvre de la microminiaturisation sont en avance sur les circuits imprimés.

Microelectronics est engagé dans le développement de VLSI.

L'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 la base de l'élément donnée. À cet égard, de nombreux problèmes doivent être résolus. Nous parlerons plus en détail de deux de ces problèmes et des moyens de les résoudre.

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

Il a été supposé que la largeur des conducteurs et les écarts entre les conducteurs sont mesurés en millimètres. Dans cette version, cette technologie était tout à fait réalisable. 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 réaliser des cartes de circuits imprimés avec des tailles d'éléments mesurées en dixièmes de millimètre.

Atteindre un niveau de résolution dans les cartes de circuits imprimés d'environ 0,1 mm (100 m) a été un événement marquant. D'une part, il y a eu une transition « vers le bas » d'un ordre de grandeur de plus. D'autre part, c'est une sorte de saut qualitatif. Pourquoi? Le substrat diélectrique de la plupart des cartes de circuits imprimés modernes est la fibre de verre - stratifié 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 deviennent proportionnels à l'épaisseur des fils de verre ou à l'épaisseur des nœuds de ces fils 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 d'une sorte de capillaires en fibre de verre, "fermant" ces conducteurs, est devenue réelle. Dans des conditions humides, les capillaires conduisent finalement à une détérioration du niveau d'isolement entre les conducteurs des circuits imprimés. Plus précisément, cela se produit même dans des conditions d'humidité normales. La condensation de l'humidité dans les structures capillaires de la fibre de verre est notée et dans des conditions normales, l'humidité réduit toujours le niveau de résistance d'isolation.

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

Il est rapporté que les spécialistes de Samsung maîtrisent la technologie de fabrication de cartes de circuits imprimés avec une largeur de conducteur et des écarts entre eux de 8 à 10 microns. Mais ce n'est pas l'épaisseur d'un fil de verre, mais de 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. Par quelles méthodes il sera résolu - traditionnel ou non traditionnel - et s'il sera résolu - le temps nous le dira.

Riz. 10. Profils de gravure de 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 de PCB. Dans les méthodes soustractives, un motif de circuit électrique est formé en enlevant des morceaux de feuille inutiles. Pendant la Seconde Guerre mondiale, Paul Eisler a mis au point la technologie de gravure d'une feuille de cuivre avec du chlorure ferrique. Cette technologie sans prétention est encore utilisée par les radioamateurs. La technologie industrielle n'est pas très éloignée de cette technologie "cuisine". Peut-être que 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 diélectrique), mais également dans une direction transversale non souhaitée. La contre-dépouille latérale des conducteurs est comparable à l'épaisseur de la feuille de cuivre (environ 70 %). Typiquement, au lieu d'un profil de conducteur idéal, un profil en forme de champignon est obtenu (Figure 10). Lorsque la largeur des conducteurs est grande et que, dans les circuits imprimés les plus simples, elle se mesure même en millimètres, ils ferment simplement les yeux sur la contre-dépouille latérale des conducteurs. Si la largeur des conducteurs est à la hauteur de leur hauteur ou même inférieure à celle-ci (les réalités d'aujourd'hui), alors les "efforts latéraux" jettent le doute sur l'opportunité d'utiliser de telles technologies.

En pratique, la valeur de la contre-dépouille latérale des conducteurs imprimés peut être réduite dans une certaine mesure. Ceci est obtenu en augmentant la vitesse de gravure ; en utilisant un revêtement par jet (les jets de gravure 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 aujourd'hui de résoudre tous ces problèmes. Ces solutions sont issues des technologies microélectroniques.

Technologie radioamateur pour la production de circuits imprimés

La fabrication de circuits imprimés dans une 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 produire à bas prix des cartes de circuits imprimés à la maison préoccupe tous les radioamateurs, probablement depuis les années 60 du siècle dernier, lorsque les cartes de circuits imprimés étaient largement utilisées dans les appareils ménagers. Et si alors le choix des technologies n'était pas si grand, aujourd'hui, grâce au développement de la technologie moderne, les radioamateurs sont capables de produire rapidement et efficacement des cartes de circuits imprimés sans utiliser d'équipement coûteux. Et ces opportunités ne cessent de s'élargir permettant de rapprocher la qualité de leurs créations des dessins industriels.

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

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

Nous ne considérons que la technologie "classique" la plus courante, dans laquelle l'excès de cuivre de la surface de la carte est éliminé par gravure chimique. De plus, il est possible, par exemple, d'éliminer le cuivre par fraisage ou à l'aide d'une installation électrique à étincelles. Cependant, ces méthodes ne se sont généralisées 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 fabriquer très rapidement des cartes de circuits imprimés simples en une seule quantité).

Et ici, nous allons parler 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 pouvant rivaliser avec les conceptions industrielles. Par conséquent, généralement dans des conditions de radio amateur, des cartes de circuit imprimé double face sont utilisées et, dans la conception de dispositifs à micro-ondes, uniquement double face.

Bien que l'on doive s'efforcer de fabriquer des cartes de circuits imprimés à la maison, il faut s'efforcer d'utiliser autant de composants de montage en surface que possible lors de la conception d'un circuit, ce qui, dans certains cas, vous permet de router presque tout le circuit d'un côté de la carte. Cela est dû au fait qu'aucune technologie vraiment réalisable à la maison pour la métallisation des vias n'a encore été inventée. Par conséquent, si la carte ne peut pas être acheminée d'un côté, l'autre côté doit être câblé en utilisant les broches des différents composants installés sur la carte en tant que vias, qui dans ce cas devront être soudés des deux côtés de la carte. Bien sûr, il existe différentes manières de remplacer la métallisation des trous (à l'aide d'un conducteur mince inséré dans le trou et soudé aux pistes des deux côtés de la carte ; à l'aide de capuchons spéciaux), mais elles présentent toutes des inconvénients importants et sont peu pratiques à utiliser. Idéalement, la carte ne doit être acheminée que d'un côté en utilisant le nombre minimum de cavaliers.

Arrêtons-nous maintenant plus en détail sur chacune des étapes de fabrication d'un 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 de temps, la technologie de nettoyage de surface n'a pas subi de changements significatifs. L'ensemble du processus se résume à éliminer les oxydes et les impuretés de la surface du panneau à l'aide de divers agents abrasifs et d'un dégraissage ultérieur.

Pour éliminer les saletés tenaces, vous pouvez utiliser du papier émeri à grain fin ("zéro"), de la poudre abrasive fine ou tout autre moyen qui ne laisse pas de rayures profondes sur la surface de la planche. Parfois, vous pouvez simplement frotter la surface du PCB avec une éponge dure avec un détergent ou de la poudre (à ces fins, il est pratique d'utiliser un gant de toilette abrasif pour laver la vaisselle, qui ressemble à du feutre avec de petites inclusions d'une substance; souvent, un tel gant de toilette est collé sur un morceau de caoutchouc mousse). De plus, avec une surface PCB suffisamment propre, vous pouvez sauter complètement l'étape de l'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 pendant 3 à 5 secondes avec une solution de chlorure ferrique, puis en la rinçant à l'eau courante froide. Cependant, il est à noter qu'il est souhaitable soit d'effectuer cette opération juste avant l'application du revêtement de protection, soit après l'avoir réalisée pour stocker la pièce dans un endroit sombre, car le cuivre s'oxyde rapidement à la lumière.

La dernière étape de la préparation de la surface est le dégraissage. Pour ce faire, vous pouvez utiliser un chiffon doux et non pelucheux 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 avec une quantité importante d'impuretés ont commencé à apparaître, qui laissent des taches blanchâtres sur la planche après séchage. Si tel est le cas, il vaut la peine de chercher un autre composé dégraissant. Après dégraissage, la planche doit être rincée à l'eau froide courante. La qualité du nettoyage peut être contrôlée en observant le degré de mouillage par l'eau de la surface du cuivre. Une surface complètement mouillée avec de l'eau, sans formation de gouttes et de déchirures du film d'eau, est un indicateur d'un niveau de nettoyage normal. Des irrégularités dans ce film d'eau indiquent que la surface n'est pas suffisamment nettoyée.

Revêtement de protection

Le revêtement protecteur est l'étape la plus importante du processus de fabrication des PCB, et c'est ce qui détermine 90 % de la qualité du PCB fabriqué. Actuellement, dans l'environnement radioamateur, les plus populaires sont trois méthodes d'application d'un revêtement protecteur. Nous les considérerons par ordre croissant de qualité des planches obtenues avec leur utilisation.

Tout d'abord, il est nécessaire de préciser que le revêtement protecteur à la surface de la pièce doit former une masse homogène, sans défauts, avec des limites même nettes et résistante aux effets des composants chimiques de la solution de gravure.

Revêtement de protection manuel

Avec cette méthode, le dessin de la carte de circuit imprimé est transféré manuellement sur la fibre de verre à l'aide d'un dispositif d'écriture. Récemment, de nombreux marqueurs sont apparus sur le marché, dont le colorant n'est pas lavé à l'eau et donne une couche protectrice assez durable. De plus, vous pouvez utiliser un stylo à dessin ou un autre appareil rempli de colorant pour le dessin à la main. Par exemple, il est pratique d'utiliser une seringue avec une aiguille fine pour le dessin (les seringues à insuline avec un diamètre d'aiguille de 0,3 à 0,6 mm sont les mieux adaptées à cet effet), 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. Alternativement, au lieu d'une seringue, vous pouvez utiliser un tube en verre ou en plastique mince étendu 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 la planche, sinon vous pourriez endommager les zones déjà peintes. En tant que colorant lorsque vous travaillez avec de tels appareils, vous pouvez utiliser un bitume dilué dans un solvant ou un autre vernis, du zaponlak ou même une solution de colophane dans de l'alcool. Dans ce cas, il est nécessaire de sélectionner la consistance du colorant de manière à ce qu'il s'écoule librement lors de l'étirage, 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. La largeur de voie minimale qui peut être obtenue par dessin à la main est de l'ordre de 0,5 mm.

Utilisation de « l'imprimante laser et de la technologie du fer »

Cette technologie est apparue relativement récemment, mais s'est immédiatement généralisée en raison de sa simplicité et de la haute qualité des planches résultantes. La technologie est basée sur le transfert de toner (poudre utilisée pour l'impression dans les imprimantes laser) d'un substrat à 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 comme papier d'aluminium, il est gravé avec du cuivre .

La première étape de l'utilisation de cette technologie consiste à imprimer une image miroir d'un motif de carte de circuit imprimé sur un substrat. Dans ce cas, les paramètres d'impression de l'imprimante doivent être réglés pour une qualité d'impression maximale (puisque dans ce cas la couche de toner est appliquée sur la plus grande épaisseur). Comme support, vous pouvez utiliser du papier couché mince (couvertures de divers magazines), du papier fax, du papier d'aluminium, un film pour imprimantes laser, un support de film autocollant Oracal ou d'autres matériaux. Si vous utilisez du papier ou du papier d'aluminium trop fin, vous devrez peut-être le coller autour du périmètre sur un morceau de papier résistant. Idéalement, l'imprimante doit avoir un chemin de papier sans pli pour éviter de froisser un tel sandwich à l'intérieur de l'imprimante. Grande importance Cela s'applique également à l'impression sur papier d'aluminium ou sur support film Oracal, car le toner y adhère très faiblement, et si le papier est plié à l'intérieur de l'imprimante, il est fort probable que vous deviez passer quelques minutes désagréables à nettoyer l'unité de fusion de l'imprimante. des résidus de toner collés. Il est préférable que l'imprimante puisse alimenter le papier horizontalement tout en imprimant sur le dessus (comme la HP LJ2100, l'une des meilleures imprimantes pour la fabrication de circuits imprimés). Je tiens à avertir immédiatement les propriétaires d'imprimantes telles que HP LJ 5L, 6L, 1100, afin qu'ils n'essayent pas d'imprimer sur du papier d'aluminium ou de la 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 un substrat est qu'il puisse être facilement séparé 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, après transfert du toner sur la carte, est simplement retiré (cas d'un film pour imprimantes laser ou d'un substrat de chez Oracal), soit il est pré-trempé dans l'eau puis progressivement séparés (papier couché).

Le transfert du toner sur la carte consiste à appliquer le substrat avec le toner sur la carte préalablement nettoyée puis à le chauffer à une température légèrement supérieure à la température de fusion du toner. Il existe un grand nombre d'options pour le faire, mais le plus simple est d'appuyer le substrat contre la planche avec un fer chaud. Dans le même temps, pour répartir uniformément la pression du fer sur le substrat, il est recommandé de poser plusieurs couches de papier épais entre elles. Très problème important est la température du fer et le temps de maintien. Ces paramètres varient d'un cas à l'autre, vous devrez donc peut-être effectuer plusieurs expériences avant d'obtenir de bons résultats. Il n'y a qu'un seul critère : le toner doit avoir suffisamment de temps pour fondre suffisamment pour adhérer à la surface du carton, et en même temps, il ne doit pas avoir le temps d'atteindre un état semi-liquide pour que les bords des pistes ne s'aplatissent pas. . Après avoir "soudé" le toner à la carte, il est nécessaire de séparer le substrat (sauf dans le cas de l'utilisation d'une feuille d'aluminium comme substrat : il ne doit pas être retiré, car il se dissout dans presque toutes les solutions de gravure). Le film laser et le support d'Oracal sont faciles à décoller, tandis que le papier ordinaire doit être trempé dans de l'eau chaude.

Il convient de noter qu'en raison des particularités 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 la carte, ou après avoir retiré le substrat, vous aurez pour retoucher la planche manuellement. En général, l'utilisation de cette technologie après quelques entraînements permet d'atteindre la largeur des pistes et les écarts entre elles jusqu'à 0,3 mm.

J'utilise cette technologie depuis de nombreuses années (depuis que l'imprimante laser est à ma disposition).

Application de résines photosensibles

Une résine photosensible est une substance sensible à la lumière (généralement dans la région du rayonnement ultraviolet proche), qui modifie ses propriétés sous l'influence de la lumière.

Récemment, plusieurs types de résines photosensibles en aérosol importées sont apparues sur le marché russe, qui sont particulièrement pratiques pour une utilisation à domicile. L'essence de l'application de la résine photosensible est la suivante : un photomasque () est appliqué sur le panneau avec une couche de résine photosensible appliquée dessus et son exposition est effectuée, après quoi les zones exposées (ou non éclairées) de la résine photosensible sont lavées avec un solvant spécial, qui est généralement de la soude caustique (NaOH). Toutes les résines photosensibles se répartissent en deux catégories : positives et négatives. Pour les photoresists positifs, la piste sur la carte correspond à une zone noire sur le photomasque, et pour les négatifs, elle est transparente.

Les plus répandus sont les photoresists positifs comme les plus pratiques à utiliser.

Arrêtons-nous plus en détail sur l'utilisation des photoresists positifs dans les récipients aérosols. La première étape consiste à préparer un photomasque. A la maison, vous pouvez l'obtenir en imprimant un dessin de la planche sur une imprimante laser sur film. Dans ce cas, il faut Attention particulière pour donner la densité de couleur noire sur le photomasque, pour laquelle 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.

À la deuxième étape, un mince film de résine photosensible est appliqué sur la surface préalablement préparée et nettoyée du panneau. 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 la carte.

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 cette température est d'environ 20 à 30 minutes. Dans les cas extrêmes, il est permis de sécher la planche lorsque température ambiante en 24 heures. Les panneaux enduits de résine photosensible doivent être stockés dans un endroit frais et sombre.

La prochaine étape après l'application de la résine photosensible est l'exposition. Dans ce cas, un photomasque est superposé au tableau (avec la face imprimée vers le tableau, cela aide à augmenter la clarté lors de l'exposition), qui est pressé avec du verre mince ou. Si les dimensions des planches sont suffisamment petites, une plaque photographique lavée de l'émulsion peut être utilisée pour le serrage. Étant donné que la zone de sensibilité spectrale maximale de la plupart des résines photosensibles modernes se situe dans la plage ultraviolette, il est conseillé d'utiliser une lampe avec une grande proportion de rayonnement UV dans le spectre d'éclairage (DRS, DRT, etc.). En dernier recours, vous pouvez utiliser une puissante lampe au xénon. Le temps d'exposition dépend de nombreuses raisons (le type et la puissance de la lampe, la distance de la lampe au panneau, l'épaisseur de la couche de résine photosensible, etc.) et est sélectionné 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 déconseille l'utilisation de plaques pour le pressage, car elles ont une forte absorption des rayons UV)

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

Gravure

De nombreuses compositions sont connues pour la gravure 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 d'une solution. Vous trouverez ci-dessous des informations sur les solutions de décapage les plus courantes.

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 de couleur 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 garantit que la solution est mélangée avec des bulles d'air. De plus, la réaction est accélérée lorsque la solution est chauffée. En fin de gravure, la planche doit être lavée abondamment à l'eau, de préférence au savon (pour neutraliser les résidus acides). Les inconvénients de cette solution incluent la formation de déchets au cours de la réaction, qui se déposent sur la plaque et interfèrent avec le déroulement normal du processus de gravure, ainsi qu'une vitesse de réaction relativement faible.

Persulfate d'ammonium

Substance cristalline légère, se dissout dans l'eau sur la base du rapport de 35 g de substance pour 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 agitée. En fin de gravure, la planche doit être rincée à l'eau courante. Les inconvénients de cette solution incluent la nécessité de maintenir la température et le mélange requis.

Une solution d'acide chlorhydrique (HCl) et de peroxyde d'hydrogène (H 2 O 2)

- Pour préparer cette solution, il faut ajouter 200 ml d'acide chlorhydrique à 35 % et 30 ml de peroxyde d'hydrogène à 30 % à 770 ml d'eau. La solution préparée doit être conservée dans une bouteille sombre, non fermée hermétiquement, 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 corrosifs. Tous les travaux doivent être effectués uniquement à l'extérieur ou sous une hotte aspirante. Si la solution entre en contact avec la peau, celle-ci 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 mélangée à température ambiante. La solution ne doit pas être chauffée au-dessus de 50 degrés. Après gravure, la planche doit être rincée à l'eau courante.

Cette solution après gravure peut être réduite en ajoutant 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 entraîne un ralentissement de la réaction de gravure. L'inconvénient de cette solution est la nécessité de respecter scrupuleusement toutes les précautions de sécurité lors de son utilisation.

Solution acide citrique et le peroxyde d'hydrogène de Radiocat

Dans 100 ml d'eau oxygénée à 3% de pharmacie, 30 g d'acide citrique et 5 g de chlorure de sodium sont dissous.

Cette solution devrait suffire pour graver 100 cm2 de cuivre de 35 µm d'épaisseur.

Le sel lors de la préparation de la solution ne peut 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 en plus. lorsque les ingrédients restants sont ajoutés, sa concentration diminue.

Plus on ajoute de peroxyde d'hydrogène (hydropérite), plus le processus ira vite, mais n'en faites pas trop - la solution n'est pas stockée, c'est-à-dire il n'est pas réutilisé, ce qui signifie que l'hydropérite sera simplement dépassée. Un excès de peroxyde peut être facilement identifié par le "bullage" abondant lors de la gravure.

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

Nettoyage de la pièce

Après avoir gravé et rincé le panneau, 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 protecteur, 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 en un tour de perçage sans appliquer la force.

L'étape suivante consiste à enduire la planche de flux suivi d'un étamage. Vous pouvez utiliser des fondants spéciaux de qualité industrielle (de préférence lavés à l'eau ou ne nécessitant aucun rinçage) ou simplement recouvrir la planche d'une solution faible de colophane dans de l'alcool.

L'étamage peut se faire de deux manières :

Par immersion dans la soudure fondue

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 - Rose ou alliage de bois. La masse fondue doit être complètement recouverte d'une couche de glycérine sur le dessus pour éviter l'oxydation de la soudure. Vous pouvez utiliser un fer à repasser à l'envers ou une cuisinière électrique pour chauffer le plateau. La planche est immergée dans la masse fondue puis retirée tandis que l'excès de soudure est retiré du caoutchouc dur avec une raclette.

Conclusion

Pense, ce materiel aide les lecteurs à se faire une idée de la conception et de la fabrication des circuits imprimés. Et pour ceux qui commencent à se lancer dans l'électronique, apprenez les bases de leur fabrication à la maison.Pour une connaissance plus complète des circuits imprimés, je vous conseille de lire [L.2]. Il peut être téléchargé sur Internet.

Littérature

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2. Medvedev A.M. Cartes de circuits imprimés. Constructions et matériaux. M. : Technosphère. 2005.
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4. Nouveaux éléments de la technologie électronique. Intel annonce l'ère des transistors 3D. Alternative aux appareils planaires traditionnels // Elektronika-NTB. 2002. N° 6.
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6. Mokeev M. N, Lapin M. S. Processus et systèmes technologiques pour la production de circuits imprimés et de boucles tissés. L. : LDNTP 1988.
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9. Medvedev A.M. Métallisation par impulsions de circuits imprimés // Technologies dans l'industrie électronique. 2005. N° 4
10. Circuits imprimés - lignes de développement, Vladimir Urazaev,

Stratifié FR4

Vous pouvez trouver une description détaillée du revêtement de sol stratifié.

Stratifiés dans l'entrepôt TePro

Matériel pour micro-ondes ROGERS

REMARQUE. Pour une utilisation dans la production de panneaux de matériaux ROGERS, veuillez l'indiquer dans le bon de commande.

Étant donné que le matériel de Rogers coûte beaucoup plus cher que le FR4 standard, nous sommes obligés d'introduire un supplément supplémentaire pour les planches fabriquées avec du matériel de Rogers. Champs de travail des flans utilisés : 170 × 130 ; 270 × 180 ; 370 × 280 ; 570 × 380.

Stratifiés à base de métal

Représentation visuelle du matériau

Stratifié d'aluminium ACCL 1060-1 avec une conductivité thermique diélectrique de 1 W / (m K)

La description

Stratifié d'aluminium CS-AL88-AD2 (AD5) avec conductivité thermique diélectrique de 2 (5) W / (m K)

La description

Préimprégné

En production, nous utilisons des préimprégnés 2116, 7628 et 1080 grade A (le plus élevé) de la marque ILM.

Vous pouvez trouver une description détaillée des préimprégnés.

Masque de soudure

Propriétés

Vous pouvez trouver une description détaillée du masque de soudure.

Foire aux questions et réponses sur les stratifiés et les préimprégnés

Qu'est-ce que XPC ?

Quelle est la différence entre FR1 et FR2 ?

Qu'est-ce que FR2 ?

Qu'est-ce que FR3 ?

Qu'est-ce que FR4 ?

Qu'est-ce que FR5 ?

Qu'est-ce que le CEM-1 ?

Qu'est-ce que le CEM-3 ?

Qu'est-ce que le G10 ?

Comment remplacer les stratifiés ?

Que sont les préimprégnés ?

Que signifie FR ou CEM ?

FR4 est-il vraiment vert ?

La couleur du logo signifie-t-elle quelque chose ?

L'orientation du logo a-t-elle un sens ?

Qu'est-ce que le stratifié bloquant les UV ?

Quels stratifiés conviennent au placage de trous traversants ?

Existe-t-il une alternative pour le placage de trous traversants?

Quelle est l'épaisseur du matériau ?

Qu'est-ce que : PF-CP-Cu ? CEI-249 ? GFN ?

Qu'est-ce que le CTI ?

Que veut dire #7628 ? Quels sont les autres numéros ?

Qu'est-ce que 94V-0, 94V-1, 94-HB ?

Circuit imprimé- une plaque constituée d'un diélectrique, sur laquelle est formé au moins un circuit électriquement conducteur (circuit électronique) (généralement par un procédé imprimé). La carte de circuit imprimé est conçue pour la connexion électrique et mécanique de divers composants électroniques ou la connexion de composants électroniques individuels. Les composants électroniques d'une carte de circuit imprimé sont connectés par leurs fils à des éléments d'un motif conducteur, généralement par soudure, enroulement, rivetage ou pressage, à la suite de quoi le module électronique (ou la carte de circuit imprimé montée) est assemblé.

Types de planches

Selon le nombre de couches avec un motif électriquement conducteur, les cartes de circuits imprimés sont divisées en simple face, double face et multicouche.
Contrairement au montage en surface, un motif électriquement conducteur sur une carte de circuit imprimé est constitué d'une feuille à l'aide d'une méthode additive ou soustractive. Dans le processus additif, un motif conducteur est formé sur un matériau sans feuille, généralement par placage de cuivre chimique à travers un masque de protection préalablement appliqué sur le matériau. Dans la méthode soustractive, un motif conducteur est formé sur un matériau en feuille en éliminant les sections inutiles de la feuille, généralement à l'aide d'une gravure chimique.

La carte de circuit imprimé contient généralement des trous et des plots de montage, qui peuvent être en outre recouverts d'un revêtement protecteur : alliage étain-plomb, étain, or, argent, revêtement protecteur organique. De plus, les cartes de circuits imprimés ont des vias pour la connexion électrique des couches de cartes, un revêtement isolant externe ("masque de protection") qui recouvre la surface de la carte non utilisée pour le contact avec une couche isolante, le marquage est généralement appliqué par sérigraphie, moins souvent par jet d'encre ou laser.

Types de circuits imprimés

Par le nombre de couches de matériau conducteur :
- Un côté
-Bilatéral
-Multi-couche (MPP)

Par flexibilité :
-Rigide
-Souple

Technologie d'installation :
-Pour le montage à travers des trous
- Pour montage en surface

Chaque type de carte de circuit imprimé peut avoir ses propres caractéristiques, en raison des exigences de conditions de fonctionnement spéciales (par exemple, une plage de température étendue) ou de caractéristiques d'application (par exemple, dans des appareils fonctionnant à hautes fréquences).

Matériaux (modifier)

La base du circuit imprimé est un diélectrique ; les matériaux les plus couramment utilisés sont le textolite, le stratifié de fibre de verre, le getinax.
Une base métallique recouverte d'un diélectrique (par exemple, de l'aluminium anodisé) peut également servir de base aux cartes de circuits imprimés ; une feuille de cuivre des pistes est appliquée sur le diélectrique. Ces cartes de circuits imprimés sont utilisées dans l'électronique de puissance pour dissiper efficacement la chaleur des composants électroniques. Dans ce cas, la base métallique de la carte est fixée au dissipateur thermique.
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 plastique fluoré renforcé de fibre de verre (par exemple, FAF-4D) et de céramique. Les panneaux flexibles sont fabriqués à partir de matériaux polyimide tels que le kapton.

FR-4

Une famille de matériaux sous le nom général FR-4 selon la classification de la NEMA (National Electrical Manufacturers Association, USA). Ces matériaux sont les plus courants pour la production de DPP, MPP et OPP avec des exigences accrues en matière de résistance mécanique. FR-4 est un matériau à base de fibre de verre avec de la résine époxy comme liant (fibre de verre). Habituellement jaunâtre mat ou transparent, habituel couleur verte il est appliqué par un masque de soudure appliqué à la surface de la carte de circuit imprimé. Classe d'inflammabilité UL94-V0.
Selon les propriétés et la portée de FR-4
-standard, avec une température de transition vitreuse Tg ~ 130°C, avec ou sans blocage UV. Le type le plus répandu et le plus utilisé, en même temps le moins cher du FR-4 ;

Avec une température de transition vitreuse élevée, Tg ~ 170 ° C-180 ° C;
-sans halogène;
-avec index de suivi normalisé, CTI 400, ≥600 ;
- haute fréquence, avec une faible constante diélectrique ε ≤3,9 et une petite tangente de l'angle de perte diélectrique df ≤0,02.

CEM-3

Famille de matériaux classés NEMA CEM-3. Le composite fibre de verre-époxy est généralement blanc laiteux ou transparent. Se compose de deux couches extérieures de fibre de verre, entre lesquelles est placé un non-tissé en fibre de verre (feutre de fibre de verre). Il est largement utilisé dans la production de DPP avec métallisation. Ses propriétés sont très proches du FR-4 et n'en diffèrent, en gros, que par une résistance mécanique plus faible. C'est une excellente alternative bon marché au FR-4 pour majorité absolue applications. Excellent traitement mécanique (fraisage, emboutissage). Classe d'inflammabilité UL94-V0.
Le CEM-3 est subdivisé en les sous-classes suivantes en fonction de ses propriétés et de son domaine d'application :
-standard, avec ou sans blocage UV ;

CEM-1

Classe de matériau CEM-1 selon la classification NEMA. Ces composites sont doublés de papier avec deux couches de fibre de verre à l'extérieur. Habituellement blanc laiteux, jaune laiteux ou brun brunâtre. Ils sont incompatibles avec le procédé de métallisation des trous, ils ne sont donc utilisés que pour la production d'OPP. Les propriétés diélectriques sont proches de FR-4, les propriétés mécaniques sont un peu moins bonnes. Le CEM-1 est une bonne alternative au FR-4 pour la production de PCB simple face où le prix est le facteur déterminant. Excellent traitement mécanique (fraisage, emboutissage). Classe d'inflammabilité UL94-V0.
Divisé dans les sous-classes suivantes :
-la norme;
-Haute température, compatible avec les technologies d'étamage et de soudure sans plomb ;
-sans halogène, sans phosphore et sans antimoine ;
-avec indice de suivi normalisé, CTI ≥600
- résistant à l'humidité, avec une stabilité dimensionnelle accrue

FR-1 / FR-2

Classe de matériau FR-1 et FR-2 selon la classification NEMA. Ces matériaux sont fabriqués sur une base de papier phénolique et ne sont utilisés que pour la production d'OPP. FR-1 et FR-2 ont des caractéristiques similaires, FR-2 diffère de FR-1 uniquement en utilisant une résine phénolique modifiée avec une température de transition vitreuse plus élevée comme liant. En raison des caractéristiques et de la portée similaires du FR-1 et du FR-2, la plupart des fabricants de matériaux ne produisent qu'un seul de ces matériaux, le plus souvent le FR-2. Excellent traitement mécanique (fraisage, emboutissage). Moins cher. Classe d'inflammabilité UL94-V0 ou V1.
Divisé dans les sous-classes suivantes :
-la norme;
-sans halogène, sans phosphore ni antimoine, non toxique ;
- résistant à l'humidité

Finitions pour circuits imprimés

Afin de préserver la soudabilité des cartes de circuits imprimés après stockage, d'assurer une installation fiable des composants électroniques et de conserver les propriétés des joints brasés ou soudés pendant le fonctionnement, il est nécessaire de protéger la surface en cuivre des plages de contact de la carte de circuit imprimé avec un revêtement de surface soudé, le soi-disant revêtement de finition. Nous portons à votre connaissance une large gamme de revêtements de finition, ce qui vous permet de faire un choix optimal en faveur d'un voire plusieurs d'entre eux en même temps dans la réalisation de vos circuits imprimés.

HAL ou HASL (de l'anglais Hot Air Leveling ou Hot Air Solder Leveling - hot air leveling) en utilisant des soudures à base d'alliage étain-plomb (Sn / Pb), par exemple OS61, OS63, et un nivellement avec une lame d'air. Il est appliqué au stade final de la fabrication sur une carte de circuit imprimé déjà formée avec un masque de soudure appliqué en le trempant dans un bain avec une masse fondue, puis en nivelant et en éliminant l'excès de soudure à l'aide d'une lame d'air. Ce revêtement, actuellement le plus répandu, est le plus classique, le plus connu et utilisé depuis longtemps. Fournit une excellente soudabilité des PCB même après un stockage à long terme. Le revêtement HAL est technologiquement avancé et peu coûteux. Compatible avec toutes les méthodes connues de montage et de soudage - manuel, soudage à la vague, refusion dans un four, etc. Les inconvénients de ce type de couche de finition incluent mener - l'un des métaux les plus toxiques interdits d'utilisation dans l'Union Européenne par la directive RoHS (Restriction of Hazardous Substances Directives), ainsi que le fait que le revêtement HAL ne respecte pas les conditions de planéité des plots de contact pour le montage de microcircuits avec un très haut degré d'intégration. Le revêtement n'est pas adapté à la technologie consistant à coller des cristaux sur une carte (COB - Chip on board) et à s'appliquer aux contacts d'extrémité (lamelles).

HAL sans plomb - Option revêtement HAL, mais utilisant des soudures sans plomb, par exemple, Sn100, Sn96.5/Ag3/Cu0.5, SnCuNi, SnAgNi. Le revêtement est entièrement conforme à RoHS et a une très bonne rétention et soudabilité. Cette couche de finition est appliquée à une température plus élevée que HAL à base de PIC, ce qui impose des exigences de température plus élevées au matériau de base du PCB et des composants électroniques. Le revêtement est compatible avec toutes les méthodes de montage et de soudure, aussi bien avec l'utilisation de soudures sans plomb (qui est la plus recommandée), qu'avec l'utilisation de soudures étain-plomb, mais nécessite une attention particulière aux conditions de température de la soudure. Comparé à HAL à base de Sn/Pb, ce revêtement est plus cher en raison du coût plus élevé des soudures sans plomb et également en raison de la consommation d'énergie plus élevée.

Le principal problème avec le revêtement HAL , est une irrégularité importante de l'épaisseur du revêtement. Le problème est particulièrement pertinent pour les composants avec un petit pas de broche, par exemple, QFP avec un pas de 0,5 mm ou moins, BGA avec un pas de 0,8 mm ou moins. L'épaisseur du revêtement peut varier de 0,5 micron à 40 microns, en fonction des dimensions géométriques de la zone de contact et de l'irrégularité de l'effet lame d'air. De plus, à la suite d'un choc thermique lors de l'application de HASL, le PCB peut être déformé sous forme de flexion / torsion. Ceci est particulièrement vrai pour les planches d'une épaisseur<1,0 мм и для плат с несимметричным стеком слоев, несбалансированных по меди, имеющих несимметричные по слоям сплошные медные заливки, ряды металлизированных отверстий, а также для бессвинцового покрытия.

Or plongeant (ENIG - Electroless Nickel / Immersion Gold) - placage de la famille Ni / Au. Épaisseur du revêtement : Ni 3-7 microns, Au 0,05-0,1 microns. Il est appliqué chimiquement à travers les fenêtres dans un masque de soudure. Un revêtement sans plomb largement utilisé qui offre une planéité des pastilles, une bonne soudabilité, une conductivité de surface élevée des pastilles et une longue durée de conservation. Excellent pour les applications de composants à pas fin ainsi que pour les tests en circuit. Le revêtement est entièrement conforme RoHS. Compatible avec toutes les méthodes de montage et de soudure. Plus cher que HASL.

Il existe de nombreux fabricants de produits chimiques pour l'application d'or par immersion, et la technologie d'application diffère d'un fabricant à l'autre. Le résultat final dépend également du choix des produits chimiques et du processus d'application. Certains produits chimiques peuvent ne pas être compatibles avec le type spécifique de masque de soudure. Ce type de revêtement est sujet à la formation de deux types de défauts critiques - le "pastille noire" (pastille noire, non mouillage de la surface de la pastille avec de la soudure) et la fissuration sous contrainte mécanique ou thermique (des fissures se produisent entre le nickel et couches de cuivre, le long de la couche intermétallique). Également pendant le placage, la quantité d'or doit être contrôlée pour éviter la fragilisation du joint de soudure. Le respect précis de la technologie d'application de l'or par immersion et le remplacement rapide des solutions garantissent la qualité du revêtement et l'absence de défauts du tampon noir. Pour éviter les fissures sous contrainte mécanique, il est possible de recommander d'augmenter l'épaisseur du PCB à 2,0 mm ou plus lors de l'utilisation de boîtiers BGA supérieurs à 25x25 mm ou avec une taille de carte supérieure à 250 mm. L'augmentation de l'épaisseur du panneau réduit les contraintes mécaniques sur les composants lors du pliage du panneau.

Doigts d'or - placage de la famille Ni/Au. Épaisseur du revêtement : Ni 3-5 microns, Au 0,5-1,5 microns. Il est appliqué par dépôt électrochimique (galvanoplastie). Utilisé pour l'application sur les contacts d'extrémité et les lamelles. A une résistance mécanique élevée, une résistance à l'abrasion et aux influences environnementales défavorables. Indispensable lorsqu'un contact électrique fiable et durable est essentiel.

Etain d'immersion - Revêtement chimique conforme RoHS pour une planéité élevée des plaquettes PCB. Revêtement technologique compatible avec toutes les méthodes de soudure. Contrairement aux idées reçues basées sur l'expérience de l'utilisation de types de revêtements obsolètes, l'étain par immersion offre une bonne soudabilité après un stockage suffisamment long - une durée de conservation garantie de 6 mois. (La soudabilité du revêtement dure jusqu'à un an ou plus avec un stockage approprié). Ces longues périodes de conservation d'une bonne soudabilité sont assurées par l'introduction d'une sous-couche organométallique faisant barrière entre le cuivre des plages de contact et l'étain lui-même. La sous-couche barrière empêche l'interdiffusion du cuivre et de l'étain, la formation de composés intermétalliques et la recristallisation de l'étain. Le revêtement final à l'étain par immersion avec une sous-couche d'organométallique, d'une épaisseur d'environ 1 micron, a une surface lisse et plane, conserve la soudabilité et la possibilité de plusieurs ressoudages même après un stockage suffisamment long.

OSP (de l'anglais Organic Solderability Preservatives) - un groupe de couches de finition organiques appliquées directement sur les plots de contact en cuivre et protégeant la surface du cuivre de l'oxydation pendant le stockage et le soudage. Avec la diminution de l'espacement des composants, l'intérêt pour les revêtements qui offrent la planéité nécessaire, et en particulier pour l'OSP, ne cesse de croître. Récemment, les revêtements OSP progressent rapidement, des variétés de revêtements sont apparues qui permettent une soudure multi-passes sans oxydation du cuivre, même avec des intervalles de temps suffisamment longs entre les passes (jours). Une distinction est faite entre un revêtement mince d'environ 0,01 µm et un revêtement relativement épais de 0,2 à 0,5 µm ou plus. Sélectionnez un revêtement plus épais pour le brasage en 2 ou multi-passes. OSP fournit des pastilles plates, est sans plomb et conforme RoHS et fournit un joint de soudure très fiable lorsqu'il est stocké et manipulé correctement. La couche mince OSP est moins chère que HAL. Épais - presque le même que HAL.

Cependant, OSP ne fournit pas de soudure aux extrémités de la pastille de cuivre pendant la refusion. L'étalement de surface de la soudure est pire qu'avec le revêtement HASL. Par conséquent, lors de l'application de la pâte, les trous dans le pochoir doivent être d'une taille égale à la zone de contact. Sinon, toute la surface de la pastille ne sera pas recouverte de soudure (bien que ce défaut ne soit que cosmétique, la fiabilité de la connexion reste très bonne). Les surfaces en cuivre qui ne sont pas soudées s'oxydent avec le temps, ce qui peut nuire aux réparations. Il y a aussi le problème du mouillage des trous plaqués lors du soudage à la vague. Une quantité suffisamment importante de flux doit être appliquée avant le soudage, le flux doit pénétrer dans les trous afin que la soudure mouille le trou de l'intérieur et forme un congé au dos de la carte. Les inconvénients de ce revêtement incluent également : un temps de stockage court avant utilisation, une incompatibilité avec les solvants terpéniques, des limitations de testabilité lors des tests en circuit et fonctionnels (ce qui est partiellement résolu en appliquant de la pâte à souder aux points de contrôle). Si vous avez opté pour l'OSP, nous vous recommandons d'utiliser les revêtements ENTEK d'Enthone (ENTEK PLUS, ENTEK PLUS HT), car ils offrent la meilleure combinaison de mouillabilité, de fiabilité de connexion et de multi-passes.

Développement de

Jetons un coup d'œil à un processus de développement typique pour un PCB à 1-2 couches.
-Détermination des dimensions (pas indispensable pour une maquette).
-Sélection de l'épaisseur du matériau du panneau à partir d'un certain nombre de normes :
-Le matériau le plus couramment utilisé est de 1,55 mm d'épaisseur.
-Dessiner dans le programme CAD dans la couche BOARD des dimensions (bords) de la planche.
-Emplacement des gros composants radio: connecteurs, etc. Cela se produit généralement dans la couche supérieure (TOP):
-On considère que les dessins de chaque composant, l'emplacement et le nombre de broches, etc. ont déjà été déterminés (ou des bibliothèques de composants prêtes à l'emploi sont utilisées).
Étaler le reste des composants sur la couche supérieure ou, moins fréquemment, sur les deux couches pour les panneaux à 2 faces.
-Démarrage du traceur. Si le résultat n'est pas satisfaisant, les composants sont réarrangés. Ces deux étapes sont souvent exécutées des dizaines ou des centaines de fois de suite.
Dans certains cas, le traçage des circuits imprimés (traces de tracé) se fait manuellement en tout ou en partie.
-Vérifier les erreurs sur la carte (DRC, Design Rules Check) : vérifier les écarts, les courts-circuits, les chevauchements de composants, etc.
-Exportez le fichier dans un format accepté par le fabricant de PCB, tel que Gerber.

Fabrication

La production de circuits imprimés est généralement comprise comme le traitement d'une pièce (matériau en feuille). Un processus typique se compose de plusieurs étapes : perçage des vias, étirage des conducteurs en enlevant l'excès de feuille de cuivre, placage des trous, application de revêtements de protection et d'étamage, et marquage.

Obtenir un dessin des conducteurs

Dans la fabrication des panneaux, des méthodes chimiques, électrolytiques ou mécaniques sont utilisées pour reproduire le motif conducteur requis, ainsi que leurs combinaisons.

Méthode chimique

La méthode chimique de fabrication de cartes de circuits imprimés à partir d'un matériau en feuille fini consiste en deux étapes principales : l'application d'une couche protectrice sur la feuille et la gravure des zones non protégées par des méthodes chimiques.

Dans l'industrie, la couche protectrice est appliquée photochimiquement à l'aide d'une résine photosensible sensible aux ultraviolets, d'un photomasque et d'une source de lumière ultraviolette. Le photoresist peut être liquide ou film. La résine photosensible liquide est appliquée dans un environnement industriel car elle est sensible au non-respect de la technologie d'application. La résine photosensible est populaire pour la fabrication artisanale de PCB. Le photomasque est un matériau transparent aux UV avec un motif de piste imprimé. Après exposition, la résine photosensible se développe et durcit comme dans un processus photo conventionnel.

La couche protectrice sous forme de vernis ou de peinture peut être sérigraphiée ou appliquée manuellement. Pour former un masque de gravure sur la feuille, les radioamateurs utilisent le transfert de toner à partir d'une image imprimée sur une imprimante laser ("laser-ironing technology").

Ensuite, la feuille non protégée est gravée dans une solution de chlorure ferrique ou (beaucoup moins souvent) d'autres produits chimiques, tels que le sulfate de cuivre. Après la gravure, le motif protecteur est lavé de la feuille.

Méthode mécanique

La méthode de fabrication mécanique implique l'utilisation de fraiseuses et de machines de gravure ou d'autres outils pour l'élimination mécanique de la couche de feuille à partir de zones spécifiées.
-Trous de métallisation
-Application de revêtements

Revêtements possibles tels que :
- Enductions de vernis protecteur ("masque de soudure").
-Étamage.
-Revêtement de la feuille avec des métaux inertes (dorure, placage palladium) et des vernis conducteurs pour améliorer les propriétés de contact.
-Enduits décoratifs et informatifs (marquage).

PCB multicouches

Les cartes de circuits imprimés multicouches (en abrégé MPP [source ?], en anglais. Carte de circuits imprimés multicouches) sont utilisées dans les cas où le câblage des connexions sur une carte double face devient trop compliqué. À mesure que la complexité des dispositifs conçus et la densité de montage augmentent, le nombre de couches sur les cartes augmente.

Dans les cartes multicouches, les couches externes (ainsi que les vias) sont utilisées pour le placement des composants, tandis que les couches internes contiennent des interconnexions ou des plans d'alimentation solides (polygones). Les vias plaqués sont utilisés pour connecter les conducteurs entre les couches. Dans la fabrication de cartes de circuits imprimés multicouches, les couches internes sont d'abord fabriquées, qui sont ensuite collées à l'aide d'espaceurs adhésifs spéciaux (préimprégnés). En outre, le pressage, le perçage et la métallisation des vias sont effectués.

Conception de circuits imprimés multicouches

Considérons une conception typique d'une carte multicouche (Fig. 1). Dans la première version, la plus courante, les couches intérieures de la carte sont constituées de fibre de verre laminée de cuivre double face, appelée "noyau". Les couches externes sont constituées d'une feuille de cuivre, qui est pressée dans les couches internes à l'aide d'un liant résineux appelé « préimprégné ». Après pressage à haute température, une "tarte" d'une carte de circuit imprimé multicouche est formée, dans laquelle des trous sont encore percés et plaqués. La deuxième option est moins courante, lorsque les couches externes sont formées de "noyaux" maintenus ensemble par du préimprégné. Il s'agit d'une description simplifiée et de nombreuses autres conceptions existent sur la base de ces options. Cependant, le principe de base est que le préimprégné agit comme un matériau de liaison entre les couches. Évidemment, il ne peut pas y avoir de situation où deux "noyaux" double face sont adjacents sans espaceur préimprégné, mais la structure feuille-préimprégné-feuille-préimprégné ... etc. est possible, et est souvent utilisée dans des planches avec des combinaisons complexes de trous borgnes et cachés.

Trous aveugles et cachés

Le terme " trous borgnes « Désigne les transitions qui relient la couche externe aux couches internes les plus proches et n'ont pas de sortie vers la deuxième couche externe. Il vient du mot anglais blind, et est analogue au terme "blindholes". Cachés, ou enterrés (de l'anglais enterré), des trous sont pratiqués dans les couches internes et n'ont pas de sortie vers l'extérieur. Les options les plus simples pour les trous borgnes et cachés sont illustrées à la Fig. 2. Leur utilisation est justifiée dans le cas de câblages très denses ou pour des cartes très riches en composants planaires des deux côtés. La présence de ces trous entraîne une augmentation du coût de la carte d'une fois et demie à plusieurs fois, mais dans de nombreux cas, en particulier lors du routage de microcircuits dans un boîtier BGA avec un petit pas, ils ne peuvent être évités. Il existe différentes manières de former de tels vias, elles sont décrites plus en détail dans la section Cartes avec trous borgnes et cachés, mais pour l'instant, examinons de plus près les matériaux à partir desquels une carte multicouche est construite.

Diélectriques de base pour circuits imprimés
Les principaux types et paramètres de matériaux utilisés pour la fabrication de MPP sont présentés dans le tableau 1. Les conceptions typiques de cartes de circuits imprimés sont basées sur l'utilisation de fibre de verre FR4 standard, avec une température de fonctionnement, en règle générale, de -50 à +110 °C, température de transition vitreuse (destruction) Tg environ 135°C. Sa constante diélectrique Dk peut aller de 3,8 à 4,5, selon le fournisseur et le type de matériau. Avec des exigences accrues en matière de résistance à la température ou lors du montage de panneaux dans un four utilisant la technologie sans plomb (t jusqu'à 260 ° C), le FR4 High Tg ou FR5 à haute température est utilisé. Lorsque les exigences d'un fonctionnement continu à des températures élevées ou avec des changements de température soudains, le polyimide est utilisé. De plus, le polyimide est utilisé pour la fabrication de cartes avec une fiabilité accrue, pour des applications militaires, ainsi que dans les cas où une rigidité diélectrique accrue est requise. Pour les cartes avec circuits micro-ondes (plus de 2 GHz), des couches séparées de matériau micro-ondes sont utilisées, ou la carte est entièrement constituée de matériau micro-ondes (Fig. 3). 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 la dernière colonne du tableau 1 par rapport au coût du FR4. Des exemples de cartes avec différents types de diélectriques sont illustrés à la Fig. 4, 5.

Épaisseur de matériau
Connaître les épaisseurs de matériaux disponibles est important pour un ingénieur non seulement pour façonner l'épaisseur globale du panneau. Lors de la conception d'un MPP, les développeurs sont confrontés à des tâches telles que :
- calcul de la résistance d'onde des conducteurs sur la carte ;
- calcul de la valeur de l'isolation haute tension intercalaire ;
- sélection 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 garder à l'esprit que la tolérance pour l'épaisseur du matériau va généralement jusqu'à ± 10%, par conséquent, la tolérance pour l'épaisseur du panneau multicouche fini ne peut pas être inférieure à ± 10%.

Tableau 2. « Noyaux » FR4 double face pour les couches internes de la carte de circuit imprimé Épaisseur du diélectrique et épaisseur du cuivre 5 m 17 m 35 m 70 m 105 m
0,050 mm z z
0,075 mm m z z
0,100 mm z z
0,150 mm
0,200 mm m z z
0,250 mm
0,300 mm
0,350 mm m z z
0,400 mm z z
0,450 mm
0,710 mm m z z
0,930 mm mz
1 000 mm h
Plus de 1 mm h

Habituellement en stock;
h - Sur demande (pas toujours disponible)
m - Peut être fabriqué ;
Remarque : pour garantir la fiabilité des cartes finies, il est important de savoir que pour les couches internes étrangères, nous préférons utiliser des noyaux avec une feuille de 35 microns, et non 18 microns (même avec une largeur de conducteur et un écart de 0,1 mm). Cela améliore la fiabilité des cartes de circuits imprimés.
La constante diélectrique des noyaux FR4 peut aller de 3,8 à 4,4, selon la marque.

Revêtements de plaquettes de PCB

Considérons quels sont les revêtements des tampons en cuivre. Le plus souvent, les plaquettes sont recouvertes d'un alliage étain-plomb, ou POS. 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 avec de l'air chaud). Ce revêtement offre la meilleure soudabilité des pastilles. Cependant, il est remplacé par des revêtements plus modernes, en règle générale, conformes aux exigences de la directive internationale RoHS. Cette directive exige l'interdiction de 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. Nous décrirons les problèmes liés à RoHS dans l'une des sections suivantes, pour l'instant familiarisons-nous avec les options possibles pour couvrir les sites du PAM. HASL est utilisé universellement, sauf indication contraire. Le placage d'or par immersion (chimique) est utilisé pour fournir une surface de carte plus lisse (ceci est particulièrement important pour les plaquettes BGA), mais a une soudabilité légèrement inférieure. Le brasage au four est réalisé en utilisant approximativement la même technologie que le HASL, mais le brasage manuel nécessite l'utilisation de flux spéciaux. Un revêtement organique, ou OSP, protège la surface du cuivre de l'oxydation. Son inconvénient est la courte durée de conservation pour la soudabilité (moins de 6 mois). L'étain d'immersion offre une surface plane et une bonne soudabilité, bien qu'il ait également une durée de vie limitée. Le HAL sans plomb a les mêmes propriétés que le plomb, mais la composition de la soudure est d'environ 99,8 % d'étain et 0,2 % d'additifs. Les contacts des connecteurs à couteaux, qui sont soumis à des frottements lors du fonctionnement de la carte, sont plaqués d'une couche d'or plus épaisse et plus rigide. Pour les deux types de dorure, une sous-couche de nickel est utilisée pour éviter la diffusion de l'or.

Revêtements protecteurs et autres types de revêtements de circuits imprimés
Par souci d'exhaustivité, tenez compte de l'objectif fonctionnel et des matériaux des revêtements des cartes de circuits imprimés.
- Masque de soudure - appliqué sur 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 pendant la soudure. Le masque ne supporte aucune autre charge fonctionnelle et ne peut servir de protection contre l'humidité, la moisissure, les pannes, etc. (sauf en cas d'utilisation de types de masques spéciaux).
- 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.
- Masque pelable - appliqué sur des zones spécifiées de la carte qui doivent être temporairement protégées, par exemple contre la soudure. À l'avenir, il sera facile de l'enlever, car il s'agit d'un composé caoutchouteux et se décolle simplement.
- Revêtement de contact en carbone - appliqué à certains endroits sur la carte comme champs de contact pour les claviers. Le revêtement a une bonne conductivité, non-oxydation et résistance à l'usure.
- Éléments résistifs en graphite - peuvent être appliqués à la surface de la carte pour remplir la fonction de résistances. Malheureusement, la précision des valeurs nominales est faible - pas plus précise que ± 20% (avec rognage laser - jusqu'à 5%).
- Sangles de contact en argent - peuvent être appliquées comme conducteurs supplémentaires, créant une autre couche conductrice lorsqu'il n'y a pas assez d'espace de routage. Ils sont principalement utilisés pour les circuits imprimés simple couche et double face.

Conclusion
Le choix des matériaux est grand, mais, malheureusement, souvent dans la fabrication de petites et moyennes séries de circuits imprimés, la pierre d'achoppement est la disponibilité des matériaux nécessaires dans l'entrepôt de l'usine - le fabricant du MPP. Par conséquent, avant de concevoir un MPP, en particulier lorsqu'il s'agit de créer une conception atypique et l'utilisation de matériaux atypiques, il est impératif de se mettre d'accord avec le fabricant sur les matériaux et les épaisseurs de couche utilisés dans le MPP, et peut-être de commander ces matériaux à l'avance.