Le guide ultime du PCB

Cartes de circuits imprimés (PCB) constituent le squelette central des produits électroniques, non seulement parce qu'ils transportent les composants, mais aussi parce qu'ils déterminent les performances et la fiabilité de l'appareil. Cet article aborde des éléments clés tels que les principes de conception des circuits imprimés, la sélection des matériaux et le contrôle de la qualité.

Qu'est-ce qu'un PCB ?

Les circuits imprimés créent des connexions électriques par l'intermédiaire de pistes de cuivre sur un substrat isolant, remplaçant ainsi les câblages complexes et permettant la transmission de signaux et la distribution d'énergie entre les composants. Surnommés la "mère des produits électroniques", les circuits imprimés ont évolué des premières structures à une seule couche à des formes complexes telles que Interconnexion haute densité (IDH) et Circuits flexiblesLes produits de l'UE ont été conçus pour répondre à des demandes allant de l'électronique grand public à l'aérospatiale.

Évolution des indicateurs clés

Fonctions essentielles du CCP

1. Interconnexion électrique - Permet une transmission complète du signal grâce à un routage précis ; les circuits à haute fréquence nécessitent un routage contrôlé. impédance caractéristique.
2. Soutien mécanique - Fournit une surface de montage stable pour les boîtiers tels que BGA, QFN.
3. Gestion thermique - Dissipe la chaleur à travers les vias thermiques, les substrats à noyau métallique (par exemple, les cartes d'éclairage LED).
4. Compatibilité électromagnétique - Réduit la diaphonie des signaux grâce à la planification de l'empilage multicouche des couches d'alimentation et de mise à la terre.

Un cas concret : Les cartes mères de smartphones utilisent HDI toutes couches permettant de réaliser un routage BGA au pas de 0,3 mm dans un empilement de 10 couches tout en intégrant des circuits RF d'antennes.

Aperçu complet de la classification des PCB

Classification par nombre de couches

• Simple face - Coût le plus bas, adapté aux circuits simples (par exemple, les modules d'alimentation)
• Double face - Performance optimale en termes de coûts, interconnexions via des trous d'interconnexion
• Multicouche - 4-30+ couches, permet l'interconnexion de circuits intégrés complexes (par exemple, cartes mères de serveurs)

Classification par substrat

Guide de sélection des matériaux pour circuits imprimés

Comparaison des substrats communs

FR-4 Tissu de verre époxy
├── Avantages : Faible coût (¥80-200/㎡), traitement mature.
├── Limites : Perte élevée à haute fréquence, résistance modérée à la chaleur.
└── Applications : Électronique grand public, équipements électriques

Série haute fréquence de Rogers
├── Avantages : Constante diélectrique stable, faible tangente de perte.
├── Limites : Coût élevé (5-8x FR-4)
└── Applications : Stations de base 5G, systèmes radar.

Circuit imprimé à noyau métallique (MCPCB)
├── Avantages : Excellente dissipation thermique (1-3W/m-K)
├── Limites : Difficile à fabriquer en multicouche
└── Applications : DEL de haute puissance, électronique automobile

Cartes flexibles en polyimide
├── Avantages : Supporte >100k courbures
├── Limites : Forte absorption d'humidité, nécessite une précuisson
└── Applications : Téléphones pliables, équipements dynamiques

Processus de décision en matière de sélection

1. Définir les besoins en électricité - Pour les hautes fréquences >1GHz, préférer les matériaux à faible perte.
2. Évaluer les conditions environnementales - Pour les environnements à haute température, choisir des matériaux à haute Tg (>170℃)
3. Exigences mécaniques - Pour les environnements vibrants, envisager une conception rigide-flexible
4. Optimisation des coûts - Utiliser le FR-4 comme matériau principal pour l'électronique grand public, matériaux mixtes locaux

Règles d'or de la Conception de circuits imprimés

Principes de présentation

• Mise en page par blocs - Séparation par fonction (RF, numérique, analogique)
• Priorité à la gestion thermique - Placez les dispositifs à haute puissance près du bord de la carte ou du chemin de dissipation de la chaleur.
• Orientation du flux de signaux - Minimiser la longueur de la trace pour les signaux à haute fréquence

Spécifications d'acheminement

Largeur de la trace en fonction de la capacité de courant (cuivre 1oz)
┌────────────┬──────────────────┐
│ Courant │ Largeur recommandée│
├────────────┼──────────────────┤
│ 1A │ 0.5mm │
│ 3A │ 1.5mm │
│ 5A │ 2.5mm │
└────────────┴──────────────────┘

• Contrôle strict de l'adaptation de la longueur pour les paires différentielles à haute vitesse (±5mil)
• Éviter les angles de 90°, utiliser des tracés à 45° ou en arc de cercle

Contrôle de la qualité : Processus complet, de la matière première au produit fini

Défauts courants et contre-mesures

Processus d'inspection

Inspection des matières premières → Imagerie de la couche interne → Inspection AOI → Lamination
→ Perçage et placage → Imagerie de la couche externe → Masque de soudure et sérigraphie → Essai électrique et emballage

Les usines modernes de circuits imprimés combinent Inspection optique automatisée (AOI) avec Test de la sonde volante pour garantir un rendement du produit >98%.

Panorama de la chaîne industrielle des PCB

En amont : Fibre de verre/feuilles de cuivre/résine → Milieu de gamme : CCL/Prepreg → Fabrication de circuits imprimés → En aval : Assemblage électronique

La Chine est devenue la plus grande base de production de PCB au monde, représentant 56% de la valeur de production globale, avec une proportion de produits à haute valeur ajoutée comme les cartes HDI et les cartes flexibles en constante augmentation.