Quelles sont les fonctions d'un circuit imprimé?

Une carte de circuit imprimé, ou PCB, se trouve dans presque tous les types d'appareils électroniques. Ces cartes en plastique et leurs composants intégrés fournissent la technologie de base pour tout, des ordinateurs et téléphones portables aux montres intelligentes. Les connexions de circuit sur un circuit imprimé permettent au courant électrique d'être acheminé efficacement entre les composants miniaturisés de la carte, remplaçant ainsi les appareils plus gros et les câblages encombrants.

Selon l'application pour laquelle elle est conçue, une carte PC peut effectuer diverses tâches liées à l'informatique, aux communications et au transfert de données. Outre les tâches qu'elle exécute, la fonction la plus importante d'une carte de circuit imprimé est peut-être de fournir un moyen d'intégrer l'électronique d'un appareil dans un espace compact. Un PCB permet aux composants d'être correctement connectés à une source d'alimentation tout en étant isolés en toute sécurité. De plus, les cartes de circuits imprimés sont moins chères que les autres options car elles peuvent être conçues avec des outils de conception numériques et fabriquées en grand volume à l'aide de l'automatisation d'usine.

Une carte de circuit imprimé moderne est généralement constituée de couches de différents matériaux. Les différentes couches sont fusionnées par un processus de laminage. Le matériau de base de nombreuses planches est la fibre de verre, qui fournit un noyau rigide. Une couche de feuille de cuivre sur un ou les deux côtés de la planche vient ensuite. Un processus chimique est ensuite utilisé pour définir des traces de cuivre qui deviennent des chemins conducteurs. Ces traces remplacent l'enroulement de fil désordonné trouvé dans la méthode de construction point à point utilisée pour les assemblages électroniques antérieurs.

UNE couche de masque de soudure est ajouté au circuit imprimé pour protéger et isoler la couche de cuivre. Cette couche de plastique recouvre les deux côtés de la planche et est souvent verte. Il est suivi d'un couche de sérigraphie avec des lettres, des chiffres et d'autres identifiants qui facilitent l'assemblage de la carte. Les composants d'une carte de circuit imprimé peuvent être fixés à la carte de diverses manières, y compris par soudure. Certaines méthodes de fixation utilisent de petits trous appelés via qui sont percés à travers le circuit imprimé. Leur but est de permettre à l'électricité de circuler d'un côté de la planche à l'autre.

UNE circuit est une boucle de matériau conducteur que l'électricité peut parcourir. Lorsque la boucle est fermée, l'électricité peut circuler sans interruption depuis une source d'alimentation telle qu'une batterie à travers le matériau conducteur, puis revenir à la source d'alimentation. La conception du circuit est basée sur le fait que l'électricité cherche à passer d'une tension de puissance plus élevée, qui est une mesure du potentiel électrique, à une tension plus basse.

Chaque circuit est composé d'au moins quatre éléments de base. Le premier élément est un source d'énergie pour l'alimentation CA ou CC. Le deuxième élément est un matériau conducteur tel qu'un fil sur lequel l'énergie peut se déplacer. Ce chemin conducteur est connu sous le nom de Piste ou trace. Le troisième élément est le charger, qui se compose d'au moins un composant qui draine une partie de l'énergie nécessaire à l'exécution d'une tâche ou d'une opération. Le quatrième et dernier élément est au moins un manette ou changer pour contrôler le flux de puissance.

Lorsque vous insérez une charge dans le chemin fermé d'un circuit, la charge peut utiliser le flux de courant électrique pour effectuer une action qui nécessite de l'énergie. Par exemple, un composant de diode électroluminescente (DEL) peut être amené à s'allumer lorsque le courant circule dans le circuit où il est inséré. La charge doit consommer de l'énergie car une surcharge de puissance pourrait endommager les composants connectés.

Les composants les plus importants sur une carte de circuit imprimé comprennent :

• Batterie: Fournit l'alimentation d'un circuit, généralement via un dispositif à deux bornes qui fournit une différence de tension entre deux points du circuit
• Condensateur: Un composant semblable à une batterie qui peut rapidement contenir ou libérer une charge électrique
• Diode: Contrôle l'électricité sur un circuit imprimé en le forçant à circuler dans une direction
• Inducteur: Stocke l'énergie d'un courant électrique sous forme d'énergie magnétique
• IC (IntégréCircuit): Une puce qui peut contenir de nombreux circuits et composants sous forme miniaturisée et qui remplit généralement une fonction spécifique
• LED (LégerÉmettantDiode): Une petite lumière utilisée sur un circuit imprimé pour fournir un retour visuel
• Résistance: Régule le flux de courant électrique en fournissant une résistance
• Changer: Soit il bloque le courant, soit il le laisse circuler, selon qu'il est fermé ou ouvert
• Transistor: Un type d'interrupteur commandé par des signaux électriques

Chacun des composants d'une carte de circuit imprimé effectue une tâche spécifique ou un ensemble de tâches qui sont déterminés par la fonction globale du PCB. Certains des composants tels que les transistors et les condensateurs fonctionnent directement sur les courants électriques. Ils servent de blocs de construction au sein de composants plus complexes appelés circuits intégrés.

Le terme PCBA (acronyme de Printed Circuit Board Assembly) est utilisé pour décrire une carte de circuit imprimé entièrement remplie de composants attachés à la carte et connectés aux pistes de cuivre. Il est également appelé assemblage enfichable. Une carte qui a des traces de cuivre mais n'a pas de composants installés est souvent appelée planche nue ou un circuit imprimé.

La conception des cartes de circuits imprimés modernes leur permet d'être produites en série à un coût inférieur à celui des anciennes cartes enroulées. Après que la phase de conception d'une carte a été mise en place à l'aide d'un logiciel informatique spécialisé, la fabrication et l'assemblage sont pour la plupart automatisés. Un PCBA est considéré comme fini et prêt à l'emploi une fois les tests d'assurance qualité terminés.

Une circuit ouvert est celui qui n'est pas fermé en raison d'un fil cassé ou d'une connexion lâche. Un circuit ouvert ne fonctionnera pas car il ne peut pas conduire l'électricité. Bien que la tension puisse être disponible dans un circuit ouvert, il n'y a aucun moyen pour qu'elle circule. Dans certains cas, un circuit ouvert est souhaité. Par exemple, l'interrupteur utilisé pour allumer et éteindre une lumière ouvre et ferme le circuit qui relie la lumière à sa source d'alimentation.

Un autre type de circuit défectueux est le court-circuit, ce qui peut se produire lorsqu'une trop grande quantité de courant circule dans un circuit et endommage le matériau conducteur ou l'alimentation. Un court-circuit peut être causé par deux points d'un circuit qui se connectent alors qu'ils ne sont pas censés le faire, comme le deux bornes d'une alimentation étant connectées sans aucun composant de charge entre puis pour drainer une partie du courant. Court-circuiter une alimentation de cette manière peut être dangereux et peut même provoquer un incendie ou une explosion.

Les tubes à vide et les relais électriques remplissaient les fonctions de base des premiers ordinateurs. L'introduction des circuits intégrés a conduit à une réduction à la fois de la taille et du coût des composants électroniques. Bientôt, des circuits imprimés ont été développés qui contenaient tout le câblage d'un appareil qui occupait auparavant une pièce entière. Ces premières planches étaient fabriquées à partir de divers matériaux, notamment de la masonite, de la bakélite et du carton, et les connecteurs étaient constitués de fils de laiton enroulés autour de poteaux.

À partir des années 1940, les circuits imprimés sont devenus plus efficaces et moins chers à produire lorsque le fil de cuivre a remplacé le laiton. Les premières cartes avec câblage en cuivre étaient utilisées sur les radios militaires et, dans les années 1950, elles étaient également utilisées pour les appareils grand public. Bientôt, les cartes à simple face qui contenaient du câblage sur un seul côté ont évolué vers les PCB double face et multicouches qui sont actuellement largement utilisés.

Des années 1970 aux années 1990, la conception de PCB est devenue plus complexe. Dans le même temps, la taille physique et le coût des cartes ont continué à diminuer. Au fur et à mesure que les cartes devenaient plus denses avec des composants attachés, des applications de conception assistée par ordinateur (CAO) ont été développées pour faciliter leur création. Aujourd'hui, il existe une variété d'outils disponibles pour la conception de circuits imprimés numériques, des options gratuites et peu coûteuses aux packages entièrement fonctionnels et coûteux qui aident à la conception, à la fabrication et aux tests.

L'électronique moderne ne pourrait pas exister sans le circuit intégré, qui a été introduit à la fin des années 1950. Un CI est un ensemble miniaturisé de circuits et de composants tels que des transistors, des résistances et des diodes assemblés sur une puce informatique pour remplir une fonction spécifique. Une seule puce IC peut contenir des milliers, voire des millions de composants. Les types de circuits intégrés les plus courants comprennent les portes logiques, les temporisateurs, les compteurs et les registres à décalage.

Outre les circuits intégrés de bas niveau, il existe également des circuits intégrés de microprocesseur et de microcontrôleur plus complexes qui ont la capacité de contrôler un ordinateur ou un autre appareil. D'autres circuits intégrés complexes comprennent des capteurs numériques tels que des accéléromètres et des gyroscopes que l'on trouve dans les téléphones portables et autres appareils électroniques. Comme d'autres parties des PCB, la taille des circuits intégrés a régulièrement diminué au cours des dernières décennies.

Montage de composants sur les premiers circuits imprimés simple face utilisés technologie de trou traversant, où un composant a été attaché à un côté de la carte et fixé à travers un trou à des pistes de fil conducteur de l'autre côté à l'aide de soudure. Au moment de son introduction, la technologie des trous traversants était une avancée par rapport à la construction point à point, mais les trous percé dans le PCB pour le montage a conduit à plusieurs problèmes de conception, en particulier suite à l'introduction du multicouche planches. Étant donné que les trous devaient traverser toutes les couches, un grand pourcentage de l'espace disponible sur le plateau a été éliminé.

Technologie de montage en surface (SMT) a résolu de nombreux problèmes causés par les trous traversants. Il est devenu largement utilisé dans les années 1990, bien qu'il ait été introduit plusieurs décennies plus tôt. Les composants ont été modifiés pour avoir de petites pastilles attachées qui pourraient être soudées à une carte de circuit imprimé directement au lieu de passer par un fil conducteur. SMT a permis aux fabricants de PCB d'emballer de manière dense un grand nombre de composants des deux côtés d'un PCB. Ce type de montage est également plus facile à fabriquer avec l'automatisation.

Le montage CMS n'a pas éliminé le besoin de trous dans les circuits imprimés. Certaines conceptions de PCB utilisent encore des vias pour permettre les interconnexions entre les composants sur différentes couches. Cependant, ces trous ne sont pas aussi intrusifs que les trous traversants utilisés précédemment pour le montage des composants.

Les dispositifs électroniques les plus complexes peuvent inclure des PCB multicouches. Ces panneaux sont constitués d'au moins trois couches d'un matériau conducteur tel que le cuivre alternant avec des couches d'isolant. Les configurations courantes pour les cartes multicouches comprennent quatre, six, huit ou 10 couches. Toutes les couches doivent être laminées ensemble pour s'assurer qu'aucun air n'est piégé entre les couches. Ce processus est généralement effectué sous haute température et pression.

Les avantages des PCB multicouches incluent une densité plus élevée de composants et de circuits dans un espace plus petit. Ils sont utilisés pour les ordinateurs, les serveurs de fichiers, la technologie GPS, les appareils de soins de santé et les systèmes satellitaires et aérospatiaux. Cependant, les panneaux multicouches présentent également certains inconvénients. Ils sont plus complexes et plus difficiles à concevoir et à fabriquer que les panneaux simple et double face, ce qui les rend plus chers. Ils peuvent également être difficiles à réparer lorsque quelque chose ne va pas dans les couches internes de la planche.