Circuit imprimé - Définition

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Circuit imprimé côté pistes.
Circuit imprimé côté pistes.
Envers d'un circuit imprimé.
Envers d'un circuit imprimé.

Le circuit imprimé est un support, généralement une plaque, destiné à regrouper des composants électroniques, afin de réaliser un système plus complexe.

Fabrication

Le circuit imprimé (aussi appelé " PCB " pour " Printed Circuit Board ") est une plaque fabriquée à partir de matériaux composites (anciennement bakélite, puis résine époxy, doublée d'une fine couche de cuivre. Cette plaque, de longueurs et largeurs très variables, a une épaisseur de l'ordre du millimètre (standard = 16/10 mm), tel le FR-4).

La couche de cuivre, par transfert photographique du circuit électrique avec une insoleuse et, dissolution de l'excédent de cuivre, permet la fabrication de circuits électriques à la demande. Après perçage des trous de passage, il permet d'implanter par brasure (communément appelé soudure à l'étain) les composants électroniques (circuits intégrés, condensateurs, résistances, diodes, transistors, etc.). Il seront alors reliés par les lignes conductrices ainsi créées. Cette plaque forme alors un sous-système électronique. La dissolution du cuivre peut être réalisée par du perchlorure de fer liquide. Ce type de circuit imprimé est dit mono-couche.

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

Avec l'apparition de circuits de plus en plus complexes, les techniques de gravures ont évolué. Les circuits imprimés ont vu le nombre de leurs couches se multiplier (les couches sont ajoutées deux par deux). Les liaisons entre les pistes des différentes couches et les composants sont assurées par de minuscule rivets conducteurs appelés vias. Dans une carte mère de micro-ordinateur par exemple, les couches sont au nombre de six, voire plus. Une couche est réservée à la masse ou alimentation 0 V, une à l'alimentation 5 V, les autres sont distribuées en fonction des besoins. Quand la complexité est vraiment élevée et que le coût peut être considéré comme secondaire, on peut rencontrer jusqu'à vingt couches.

Exemples d'utilisation

Presque tous les domaines de l'électronique utilisent maintenant des circuits imprimés :

  • Micro-ordinateur ;
  • Imprimante ;
  • Calculatrice ;
  • Appareillage électroménager hi-fi ;
  • Carte que l'on trouve dans les jeux d'arcade ;
  • etc.

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

  • La carte mère ;
  • Les barrettes mémoires ;
  • Les cartes d'extension de micro-ordinateur PCI/ISA.

Évolutions

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

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

Le détail des techniques de circuit imprimé a évolué avec l'apparition du CMS composant monté en surface qui a permis de réduire considérablement la taille des composants. De ce fait, la miniaturisation a induit l'augmentation des fréquences d'utilisations, la diminution des tensions utilisées et la chaleur produite par le passage du courant electrique, mais ceci a imposé des adaptations spécifiques comme l'augmentation du nombre moyen de traversées mais aussi l'apparition de traversées "in-pad" (faites au laser), c'est-à-dire intégrées dans la plage où le composant vient se braser.

Dans certains cas extrêmes, le support peut sortir totalement de l'ordinaire (tout en reprenant les mêmes principes). Par exemple, certaines applications militaires ou spatiales qui sont soumises à des environnements thermiques très éprouvants utilisant des circuits imprimés en céramique.

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