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Introduction de la carte PCB et de son domaine d'application
2021-07-06
Circuit imprimé:
Une carte de circuit imprimé (PCB) est une base physique ou une plate-forme sur laquelle des composants électroniques peuvent être soudés. Des traces de cuivre relient ces composants les uns aux autres et permettent au PCB de fonctionner comme il est conçu.
La carte de circuit imprimé est le cœur de l'appareil électronique, elle peut être de n'importe quelle forme et taille, en fonction de l'application de l'appareil électronique. Le matériau de substrat/substrat le plus courant pour les PCB est le FR-4. Les PCB à base de FR-4 se trouvent couramment dans de nombreux appareils électroniques et leur fabrication est courante. Par rapport aux circuits imprimés multicouches, les circuits imprimés simple face et double face sont plus faciles à fabriquer.
Le PCB FR-4 est composé de fibre de verre et de résine époxy combinées à un revêtement en cuivre laminé. Certains des principaux exemples de circuits imprimés multicouches complexes (jusqu'à 12 couches) sont les cartes graphiques, les cartes mères, les cartes à microprocesseur, les FPGA, les CPLD, les disques durs, les RF LNA, les alimentations d'antenne de communication par satellite, les alimentations à découpage, les téléphones Android, etc. . Il existe également de nombreux exemples d'utilisation de circuits imprimés simples à une ou deux couches, tels que les téléviseurs CRT, les oscilloscopes analogiques, les calculatrices portables, les souris d'ordinateur, les circuits radio FM.
Application de PCB:
1. Équipement médical :
Les progrès actuels de la science médicale sont entièrement dus à la croissance rapide de l'industrie électronique. La plupart des appareils médicaux tels que les pH-mètres, les capteurs de rythme cardiaque, les mesures de température, les appareils ECG/EEG, les appareils d'IRM, les rayons X, les tomodensitogrammes, les appareils de pression artérielle, les appareils de mesure du taux de glucose, les incubateurs, les appareils microbiologiques et de nombreux autres appareils sont basés séparément sur PCB électroniques. Ces PCB sont généralement compacts et ont un petit facteur de forme. La densité signifie que les composants CMS plus petits sont placés dans des PCB de plus petite taille. Ces dispositifs médicaux sont plus petits, portables, légers et faciles à utiliser.
2. Équipement industriel.
Les PCB sont également largement utilisés dans la fabrication, les usines et les usines imminentes. Ces industries disposent d'équipements mécaniques de haute puissance entraînés par des circuits qui fonctionnent à haute puissance et nécessitent un courant élevé. Pour ce faire, une épaisse couche de cuivre est pressée sur le PCB, ce qui est différent des PCB électroniques sophistiqués, où le courant de ces PCB haute puissance atteint 100 ampères. Ceci est particulièrement important dans le soudage à l'arc, les grands servomoteurs, les chargeurs de batterie au plomb, l'industrie militaire, les métiers à tisser en coton et d'autres applications.
3. Éclairage.
En matière d'éclairage, le monde s'oriente vers des solutions économes en énergie. Ces ampoules halogènes sont rarement trouvées maintenant, mais maintenant nous voyons des lumières LED autour et des LED à haute intensité. Ces petites LED fournissent une lumière haute luminosité et sont montées sur PCB à base de substrat en aluminium. L'aluminium a la propriété d'absorber la chaleur et de la dissiper dans l'air. Par conséquent, en raison de la puissance élevée, ces circuits imprimés en aluminium sont couramment utilisés dans les circuits de lampes à LED pour les circuits à LED de moyenne et haute puissance.
4. Les industries automobile et aérospatiale.
Une autre application des PCB est l'industrie automobile et aérospatiale. Un facteur commun ici est la réverbération générée par le mouvement d'un avion ou d'une voiture. Par conséquent, afin de répondre à ces vibrations de force élevée, le PCB devient flexible. Ainsi, un PCB appelé Flex PCB est utilisé. Les PCB flexibles peuvent résister à des vibrations élevées et sont légers, ce qui peut réduire le poids total de l'engin spatial. Ces PCB flexibles peuvent également être ajustés dans un espace étroit, ce qui est un autre gros avantage. Ces circuits imprimés flexibles servent de connecteurs, d'interfaces et peuvent être assemblés dans des espaces compacts tels que derrière des panneaux, sous des tableaux de bord, etc. Une combinaison de circuits imprimés rigides et flexibles est également utilisée.
Type de circuit imprimé :
Les cartes de circuits imprimés (PCB) se répartissent en 8 catégories principales. Elles sont
PCB simple face :
Les composants du circuit imprimé simple face sont montés sur un seul côté, l'autre côté étant utilisé pour le fil de cuivre. Une fine couche de feuille de cuivre est appliquée sur un côté du substrat RF-4, puis un masque de soudure est appliqué pour fournir une isolation. Enfin, la sérigraphie est utilisée pour fournir les informations de marquage de C1, R1 et d'autres composants sur le PCB. Ces PCB monocouches sont faciles à concevoir et à fabriquer à grande échelle, sont très demandés et bon marché à l'achat. Très couramment utilisé dans les produits ménagers tels que les presse-agrumes/mixeurs, les ventilateurs de charge, les calculatrices, les petits chargeurs de batterie, les jouets, les télécommandes de télévision, etc.
PCB double :
Une carte PCB double face est appliquée sur la couche de cuivre PCB des deux côtés de la carte. Percez des trous dans lesquels des éléments THT avec fils sont installés. Ces trous relient une partie à l'autre via des rails en cuivre. Les fils de composants passent à travers le trou, les fils en excès sont coupés par un cutter et les fils sont soudés au trou. Tout cela se fait manuellement. Vous pouvez également avoir des composants SMT et des composants THT avec 2 couches de PCB. Aucun trou n'est requis pour les composants SMT, mais les plots sont réalisés sur le PCB et les composants SMT sont fixés au PCB par soudage par refusion. Les composants CMS occupent très peu d'espace sur le PCB, ils peuvent donc utiliser plus d'espace libre sur la carte pour réaliser plus de fonctions. Le PCB double face est utilisé pour l'alimentation, l'amplificateur, le pilote de moteur à courant continu, le circuit d'instrument, etc.
PCB multicouche :
Le PCB multicouche est composé d'un PCB multicouche à 2 couches, pris en sandwich entre des couches d'isolation diélectrique pour garantir que la carte et les composants ne sont pas endommagés par la surchauffe. Les PCB multicouches sont disponibles dans une variété de formes et de couches, allant de PCB à 4 couches à 12 couches. Plus il y a de couches, plus le circuit est complexe, plus la conception du circuit imprimé est complexe.
Les circuits imprimés multicouches ont généralement des couches de mise à la terre, des couches d'alimentation, des couches de signal haute vitesse, des considérations d'intégrité du signal et une gestion thermique distinctes. Les applications courantes sont les exigences militaires, l'aérospatiale et l'électronique aérospatiale, les communications par satellite, l'électronique de navigation, le suivi GPS, le radar, le traitement du signal numérique et le traitement d'images.
PCB rigide :
Tous les types de PCB mentionnés ci-dessus appartiennent à la catégorie des PCB rigides. Les PCB rigides ont des substrats solides tels que FR-4, Rogers, résines phénoliques et époxy. Ces planches ne se plient pas et ne se tordent pas, mais peuvent rester en forme pendant de nombreuses années jusqu'à 10 ou 20 ans. C'est pourquoi de nombreux appareils électroniques ont une longue durée de vie en raison de la rigidité, de la robustesse et de la rigidité d'un PCB rigide. Les PCB pour ordinateurs et ordinateurs portables sont rigides, et de nombreux téléviseurs domestiques, téléviseurs LCD et LED sont constitués de PCB rigides. Toutes les applications de circuits imprimés simple face, double face et multicouches ci-dessus s'appliquent également aux circuits imprimés rigides.
Un PCB flexible ou un PCB flexible n'est pas rigide, mais il est flexible et peut être plié facilement. Ils ont une élasticité, une résistance élevée à la chaleur et d'excellentes propriétés électriques. Le matériau du substrat pour Flex PCB dépend des performances et du coût. Les matériaux de substrat courants pour Flex PCB sont le film polyamide (PI), le film polyester (PET), le PEN et le PTFE.
Le coût de fabrication de Flex PCB n'est pas seulement un PCB rigide. Ils peuvent être pliés ou enroulés autour des coins. Ils prennent moins de place que leurs homologues rigides. Ils sont légers mais ont une très faible résistance à la déchirure.
La combinaison de circuits imprimés rigides et flexibles est importante dans de nombreuses applications où l'espace et le poids sont limités. Par exemple, dans une caméra, les circuits sont complexes, mais la combinaison de PCB rigides et flexibles réduira le nombre de pièces et réduira la taille du PCB. Le câblage de deux PCB peut également être combiné sur un seul PCB. Les applications courantes sont les appareils photo numériques, les téléphones portables, les voitures, les ordinateurs portables et les appareils avec des pièces mobiles
PCB haute vitesse :
Les PCB haute vitesse ou haute fréquence sont des PCB utilisés pour des applications impliquant la communication de signaux à des fréquences supérieures à 1 GHz. Dans ce cas, des problèmes d'intégrité du signal entrent en jeu. Le matériau du substrat PCB HF doit être soigneusement sélectionné pour répondre aux exigences de conception.
Les matériaux couramment utilisés sont le polyphénylène (PPO) et le polytétrafluoroéthylène. Il a une constante diélectrique stable et une faible perte diélectrique. Ils absorbent moins d'eau mais coûtent plus cher.
De nombreux autres matériaux diélectriques ont des constantes diélectriques variables qui provoquent des changements d'impédance, entraînant une distorsion des signaux harmoniques et numériques et une perte de l'intégrité du signal
Le matériau de substrat PCBS à base d'aluminium présente les caractéristiques d'une dissipation thermique efficace. En raison de la faible résistance thermique, le refroidissement des PCB à base d'aluminium est plus efficace que son homologue à base de cuivre. Il rayonne de la chaleur dans l'air et dans la zone de jonction chaude du PCB.
De nombreux circuits de lampes à LED, les LED à haute luminosité sont fabriqués à partir de PCB à dos d'aluminium.
L'aluminium est un métal abondant et bon marché à extraire, de sorte que les coûts des PCB sont faibles. L'aluminium est recyclable et non toxique, ce qui le rend respectueux de l'environnement. L'aluminium est robuste et durable, réduisant ainsi les dommages pendant la fabrication, le transport et l'assemblage
Toutes ces caractéristiques rendent les circuits imprimés à base d'aluminium avantageux pour les applications à courant élevé telles que les contrôleurs de moteur, les chargeurs de batterie à usage intensif et les lampes LED à haute luminosité.
Conclusion:
Ces dernières années, les circuits imprimés ont évolué à partir de versions simples à couche unique adaptées à des systèmes plus complexes, tels que les circuits imprimés en téflon haute fréquence.
Les PCB imprègnent maintenant presque tous les domaines de la technologie moderne et de la science en évolution. La microbiologie, la microélectronique, la nanoscience et la technologie, l'industrie aérospatiale, l'armée, l'avionique, la robotique, l'intelligence artificielle et d'autres domaines reposent tous sur diverses formes de blocs de construction de cartes de circuits imprimés (PCB).
Une carte de circuit imprimé (PCB) est une base physique ou une plate-forme sur laquelle des composants électroniques peuvent être soudés. Des traces de cuivre relient ces composants les uns aux autres et permettent au PCB de fonctionner comme il est conçu.
La carte de circuit imprimé est le cœur de l'appareil électronique, elle peut être de n'importe quelle forme et taille, en fonction de l'application de l'appareil électronique. Le matériau de substrat/substrat le plus courant pour les PCB est le FR-4. Les PCB à base de FR-4 se trouvent couramment dans de nombreux appareils électroniques et leur fabrication est courante. Par rapport aux circuits imprimés multicouches, les circuits imprimés simple face et double face sont plus faciles à fabriquer.
Le PCB FR-4 est composé de fibre de verre et de résine époxy combinées à un revêtement en cuivre laminé. Certains des principaux exemples de circuits imprimés multicouches complexes (jusqu'à 12 couches) sont les cartes graphiques, les cartes mères, les cartes à microprocesseur, les FPGA, les CPLD, les disques durs, les RF LNA, les alimentations d'antenne de communication par satellite, les alimentations à découpage, les téléphones Android, etc. . Il existe également de nombreux exemples d'utilisation de circuits imprimés simples à une ou deux couches, tels que les téléviseurs CRT, les oscilloscopes analogiques, les calculatrices portables, les souris d'ordinateur, les circuits radio FM.
Application de PCB:
1. Équipement médical :
Les progrès actuels de la science médicale sont entièrement dus à la croissance rapide de l'industrie électronique. La plupart des appareils médicaux tels que les pH-mètres, les capteurs de rythme cardiaque, les mesures de température, les appareils ECG/EEG, les appareils d'IRM, les rayons X, les tomodensitogrammes, les appareils de pression artérielle, les appareils de mesure du taux de glucose, les incubateurs, les appareils microbiologiques et de nombreux autres appareils sont basés séparément sur PCB électroniques. Ces PCB sont généralement compacts et ont un petit facteur de forme. La densité signifie que les composants CMS plus petits sont placés dans des PCB de plus petite taille. Ces dispositifs médicaux sont plus petits, portables, légers et faciles à utiliser.
2. Équipement industriel.
Les PCB sont également largement utilisés dans la fabrication, les usines et les usines imminentes. Ces industries disposent d'équipements mécaniques de haute puissance entraînés par des circuits qui fonctionnent à haute puissance et nécessitent un courant élevé. Pour ce faire, une épaisse couche de cuivre est pressée sur le PCB, ce qui est différent des PCB électroniques sophistiqués, où le courant de ces PCB haute puissance atteint 100 ampères. Ceci est particulièrement important dans le soudage à l'arc, les grands servomoteurs, les chargeurs de batterie au plomb, l'industrie militaire, les métiers à tisser en coton et d'autres applications.
3. Éclairage.
En matière d'éclairage, le monde s'oriente vers des solutions économes en énergie. Ces ampoules halogènes sont rarement trouvées maintenant, mais maintenant nous voyons des lumières LED autour et des LED à haute intensité. Ces petites LED fournissent une lumière haute luminosité et sont montées sur PCB à base de substrat en aluminium. L'aluminium a la propriété d'absorber la chaleur et de la dissiper dans l'air. Par conséquent, en raison de la puissance élevée, ces circuits imprimés en aluminium sont couramment utilisés dans les circuits de lampes à LED pour les circuits à LED de moyenne et haute puissance.
4. Les industries automobile et aérospatiale.
Une autre application des PCB est l'industrie automobile et aérospatiale. Un facteur commun ici est la réverbération générée par le mouvement d'un avion ou d'une voiture. Par conséquent, afin de répondre à ces vibrations de force élevée, le PCB devient flexible. Ainsi, un PCB appelé Flex PCB est utilisé. Les PCB flexibles peuvent résister à des vibrations élevées et sont légers, ce qui peut réduire le poids total de l'engin spatial. Ces PCB flexibles peuvent également être ajustés dans un espace étroit, ce qui est un autre gros avantage. Ces circuits imprimés flexibles servent de connecteurs, d'interfaces et peuvent être assemblés dans des espaces compacts tels que derrière des panneaux, sous des tableaux de bord, etc. Une combinaison de circuits imprimés rigides et flexibles est également utilisée.
Type de circuit imprimé :
Les cartes de circuits imprimés (PCB) se répartissent en 8 catégories principales. Elles sont
PCB simple face :
Les composants du circuit imprimé simple face sont montés sur un seul côté, l'autre côté étant utilisé pour le fil de cuivre. Une fine couche de feuille de cuivre est appliquée sur un côté du substrat RF-4, puis un masque de soudure est appliqué pour fournir une isolation. Enfin, la sérigraphie est utilisée pour fournir les informations de marquage de C1, R1 et d'autres composants sur le PCB. Ces PCB monocouches sont faciles à concevoir et à fabriquer à grande échelle, sont très demandés et bon marché à l'achat. Très couramment utilisé dans les produits ménagers tels que les presse-agrumes/mixeurs, les ventilateurs de charge, les calculatrices, les petits chargeurs de batterie, les jouets, les télécommandes de télévision, etc.
PCB double :
Une carte PCB double face est appliquée sur la couche de cuivre PCB des deux côtés de la carte. Percez des trous dans lesquels des éléments THT avec fils sont installés. Ces trous relient une partie à l'autre via des rails en cuivre. Les fils de composants passent à travers le trou, les fils en excès sont coupés par un cutter et les fils sont soudés au trou. Tout cela se fait manuellement. Vous pouvez également avoir des composants SMT et des composants THT avec 2 couches de PCB. Aucun trou n'est requis pour les composants SMT, mais les plots sont réalisés sur le PCB et les composants SMT sont fixés au PCB par soudage par refusion. Les composants CMS occupent très peu d'espace sur le PCB, ils peuvent donc utiliser plus d'espace libre sur la carte pour réaliser plus de fonctions. Le PCB double face est utilisé pour l'alimentation, l'amplificateur, le pilote de moteur à courant continu, le circuit d'instrument, etc.
PCB multicouche :
Le PCB multicouche est composé d'un PCB multicouche à 2 couches, pris en sandwich entre des couches d'isolation diélectrique pour garantir que la carte et les composants ne sont pas endommagés par la surchauffe. Les PCB multicouches sont disponibles dans une variété de formes et de couches, allant de PCB à 4 couches à 12 couches. Plus il y a de couches, plus le circuit est complexe, plus la conception du circuit imprimé est complexe.
Les circuits imprimés multicouches ont généralement des couches de mise à la terre, des couches d'alimentation, des couches de signal haute vitesse, des considérations d'intégrité du signal et une gestion thermique distinctes. Les applications courantes sont les exigences militaires, l'aérospatiale et l'électronique aérospatiale, les communications par satellite, l'électronique de navigation, le suivi GPS, le radar, le traitement du signal numérique et le traitement d'images.
PCB rigide :
Tous les types de PCB mentionnés ci-dessus appartiennent à la catégorie des PCB rigides. Les PCB rigides ont des substrats solides tels que FR-4, Rogers, résines phénoliques et époxy. Ces planches ne se plient pas et ne se tordent pas, mais peuvent rester en forme pendant de nombreuses années jusqu'à 10 ou 20 ans. C'est pourquoi de nombreux appareils électroniques ont une longue durée de vie en raison de la rigidité, de la robustesse et de la rigidité d'un PCB rigide. Les PCB pour ordinateurs et ordinateurs portables sont rigides, et de nombreux téléviseurs domestiques, téléviseurs LCD et LED sont constitués de PCB rigides. Toutes les applications de circuits imprimés simple face, double face et multicouches ci-dessus s'appliquent également aux circuits imprimés rigides.
Un PCB flexible ou un PCB flexible n'est pas rigide, mais il est flexible et peut être plié facilement. Ils ont une élasticité, une résistance élevée à la chaleur et d'excellentes propriétés électriques. Le matériau du substrat pour Flex PCB dépend des performances et du coût. Les matériaux de substrat courants pour Flex PCB sont le film polyamide (PI), le film polyester (PET), le PEN et le PTFE.
Le coût de fabrication de Flex PCB n'est pas seulement un PCB rigide. Ils peuvent être pliés ou enroulés autour des coins. Ils prennent moins de place que leurs homologues rigides. Ils sont légers mais ont une très faible résistance à la déchirure.
La combinaison de circuits imprimés rigides et flexibles est importante dans de nombreuses applications où l'espace et le poids sont limités. Par exemple, dans une caméra, les circuits sont complexes, mais la combinaison de PCB rigides et flexibles réduira le nombre de pièces et réduira la taille du PCB. Le câblage de deux PCB peut également être combiné sur un seul PCB. Les applications courantes sont les appareils photo numériques, les téléphones portables, les voitures, les ordinateurs portables et les appareils avec des pièces mobiles
PCB haute vitesse :
Les PCB haute vitesse ou haute fréquence sont des PCB utilisés pour des applications impliquant la communication de signaux à des fréquences supérieures à 1 GHz. Dans ce cas, des problèmes d'intégrité du signal entrent en jeu. Le matériau du substrat PCB HF doit être soigneusement sélectionné pour répondre aux exigences de conception.
Les matériaux couramment utilisés sont le polyphénylène (PPO) et le polytétrafluoroéthylène. Il a une constante diélectrique stable et une faible perte diélectrique. Ils absorbent moins d'eau mais coûtent plus cher.
De nombreux autres matériaux diélectriques ont des constantes diélectriques variables qui provoquent des changements d'impédance, entraînant une distorsion des signaux harmoniques et numériques et une perte de l'intégrité du signal
Le matériau de substrat PCBS à base d'aluminium présente les caractéristiques d'une dissipation thermique efficace. En raison de la faible résistance thermique, le refroidissement des PCB à base d'aluminium est plus efficace que son homologue à base de cuivre. Il rayonne de la chaleur dans l'air et dans la zone de jonction chaude du PCB.
De nombreux circuits de lampes à LED, les LED à haute luminosité sont fabriqués à partir de PCB à dos d'aluminium.
L'aluminium est un métal abondant et bon marché à extraire, de sorte que les coûts des PCB sont faibles. L'aluminium est recyclable et non toxique, ce qui le rend respectueux de l'environnement. L'aluminium est robuste et durable, réduisant ainsi les dommages pendant la fabrication, le transport et l'assemblage
Toutes ces caractéristiques rendent les circuits imprimés à base d'aluminium avantageux pour les applications à courant élevé telles que les contrôleurs de moteur, les chargeurs de batterie à usage intensif et les lampes LED à haute luminosité.
Conclusion:
Ces dernières années, les circuits imprimés ont évolué à partir de versions simples à couche unique adaptées à des systèmes plus complexes, tels que les circuits imprimés en téflon haute fréquence.
Les PCB imprègnent maintenant presque tous les domaines de la technologie moderne et de la science en évolution. La microbiologie, la microélectronique, la nanoscience et la technologie, l'industrie aérospatiale, l'armée, l'avionique, la robotique, l'intelligence artificielle et d'autres domaines reposent tous sur diverses formes de blocs de construction de cartes de circuits imprimés (PCB).
