La fabrication d'un circuit imprimé (PCB)
Un circuit imprimé, également appelé PCB, sert, en termes simples, de support aux composants et aux connexions des composants entre eux et avec l'extérieur, qui forment ensemble le circuit. Dans la plupart des cas, le matériau de support sert d'isolant, tandis que la connexion entre les composants est assurée par des pistes de cuivre.
Dans ce cas, le circuit imprimé combine la fixation mécanique et la connexion électrique comme ses propriétés les plus importantes.
Les circuits imprimés sont utilisés comme base irremplaçable dans presque tous les appareils électroniques.
Matériau de support et connexions sur le circuit imprimé
Le tissu de fibres de verre (FR4/5), les feuilles de polyimide (Flex), l'aluminium, le téflon et les céramiques sont utilisés comme matériau porteur isolant du circuit imprimé.
Les connexions électriques consistent principalement en des pistes de cuivre pour les composants SMD ou en un câblage pour les composants THT.
Composants et assemblage
La plupart des composants sont soudés sur cette surface en tant que composants SMD (Surface Mounted Device) ou les composants THT (Through Hole Technology) sont montés par le biais d'un assemblage à travers le trou.
Le terme PCBA (Printed Circuit Board Assembly) ou "assemblage électronique" désigne le circuit imprimé équipé de composants. En intégrant des composants, le circuit imprimé n'est plus seulement un support de composants, mais devient parfois une partie du circuit lui-même.
Un circuit imprimé peut être simple face, double face ou composé de plusieurs couches. Si un circuit imprimé comporte plusieurs couches, il est appelé multicouche. Avec les multicouches, chaque couche offre de l'espace pour son propre circuit, ce qui permet de réaliser des circuits beaucoup plus compliqués.
Les circuits imprimés double face et multicouches sont les plus courants, les multicouches étant utilisées pour des applications plus complexes. Les circuits imprimés flexibles sont utilisés pour gagner de l'espace et pour réaliser des connexions flexibles entre les pièces mécaniques.
Les données nécessaires à la création du circuit imprimé sont saisies dans des programmes de mise en page tels que EAGLE, Altium ou TARGET 3001! (téléchargeables gratuitement à partir de la page Beta LAYOUT) et envoyées au fabricant de circuits imprimés ou, comme sur la page Beta LAYOUT, traitées par glisser-déposer. Le processus est décrit ici pour les PCB rigides, les PCB flexibles, que Beta LAYOUT vend également, nécessitent un processus modifié.
Uniformisation des ensembles de données des différentes solutions logicielles PCB-POOL au format Ext. Gerber (RS 274X).
Le fichier de sortie généré au format Ext. Gerber peut être envoyé en aperçu.
Les panneaux de production ainsi que la couche de perçage et les sous-couches sont découpés sur mesure. Les panneaux de production sont constitués du matériau de base FR4, qui est laminé sur les deux faces avec une couche de cuivre de 18 µm d'épaisseur.
A cet étape les trous de référence sont percés et le panneau standard PCB-Pool ainsi que la couche de perçage et les sous-couches sont fixés.
A l'aide d'une perçeuse CNC les trous métallisés et les trous de composants sont créés. Pendant ce processus, le mandrin atteint une vitesse de près de 230.000 tours par minute.
Puis un film électrographique (le Palladium par exemple) est galvanisé a l'intérieur du trou de percage, en attendant une galvanisation de cuivre plus tard.
Parce que les circuits imprimés doivent être sans trace de graisse ou de poussière, ils sont rigoureusement nettoyés (avec une brosse spécialisée par exemple) avant de passer à l'étape suivante.
Dans des conditions de haute pression et de chaleur extrême, le circuit entier est laminé par un processus à sec, photo-sensible.
Le circuit est exposée à l'aide d'un système d'exposition directe au laser de la plus grande précision.
Pendant le cycle de fabrication le circuit exposé est développé dans une solution comportant 1% de carbonate de sodium. Ceci donne aux différentes cartes de circuits imprimés leur structure sur le panneau.
Les pistes et pastilles développés sans vernis sont galvanisés au cuivre, avec une épaisseur allant jusqu'à env. 35 µm. Puis ils sont recouverts d'une couche d'étain ayant une épaisseur de 6 à 10 µm, ce qui protège les pistes et pastilles pendant l'étape finale de la gravure.
Le circuit est ensuite trempé dans une solution qui comporte 2,5% de soude caustique. Cette étape prépare aux étapes de l'immersion et du « revêtement en spray ».
L'étape qui suit comporte un trempage du circuit dans une solution d'ammoniaque. Ce processus rajoute encore du cuivre, pendant que les pistes et les pastilles sont protégées par l'étain galvanisé.
C'est uniquement à cette étape que l'étain se décolle à l'aide d'un décolleur à base de l'acide nitrique. Cette étape préfigure les processus de l'immersion et du trempage
La vernis est appliquée sur toute la surface par pulvérisation.
A l'aide de l'exposition directe au laser, le vernis est maintenant exposé avec la plus grande précision.
Le dévelopement du circuit exposé est ensuite achevé par un cycle de trempage dans une solution qui comporte 1% de sodium. De cette manière, les pastilles et les points de soudure qui attendent la galvanisation en étain, sont débarassés du vernis de soudure.
A l'aide d'une imprimante numérique à jet d'encre, la sérigraphie est imprimée immédiatement après l'application du vernis de soudure.
A une température d'env. 150°C, le vernis de soudure est complètement durci dans un four de séchage continu.
Nickel/Or chimique (ENIG)
Les pastilles obtenues débarrassées du vernis épargne sont revêtues en surface d’une couche Nickel/Or chimique dans des bains verticaux. La couche d’or permet de protéger la surface en nickel pour garantir l’adhésion des soudures.
L’avantage par rapport au traitement HAL est l’absence de contrainte du revêtement ainsi que la planéité de la surface.
Le nivelage à l'air chaud (HAL)
Dans un appareil spécifique, les pastilles sur la surface sont galvanisées à l'étain à 270 degrés Celsius. Le CI est plongé dans l'étain liquide et est exposé à une pression d'environ 5 bars avec de l'air préchauffé.
Les détails techniques de l'étain sans plomb se trouvent sur la page suivante: Spécifications.
Dans le même temps, les circuits sont attachés en attendant l'étape suivante.
C'est pendant les derniers étapes du processus que les circuits imprimés sont détachés du panneau standard PCB-Pool. A l'aide d'un appareil à détourer CNC, le processus atteint des vitesses de plus de 40.000 tours par minute et un « débit projeté » de 1 million par minute.
Multicouches
Sous des pressions et des températures extrêmes, les couches internes se laminent avec un vernis photo-sensible, sec. (LAMINAR 5038)
Le vernis est exposée à l'aide d'un système d'exposition directe au laser de la plus grande précision.
Dans le cycle de fabrication les couches internes exposées sont trempées dans une solution qui comporte 1% de carbonate de sodium.
C'est uniquement à cette étape là que les couches individuelles sont pressées dans un appareil à pressage Multi-couche. Le température maximale doit être de 175 degrés Celsius et la durée des cycles pour la structure des couches est de 90 minutes.