Comment les circuits imprimés sont fabriqués
La fabrication PCB est un processus précis, multi-étapes, qui transforme un design de circuit en carte physique avec pistes cuivre, vias, et plots composants. Les usines modernes automatisent la plupart des étapes pour consistance et débit.
1. Design & Préparation données
- Schéma & Routage : Outils CAE (Altium, KiCad, Eagle, OrCAD) définissent netlist, stackup, placement composants, routage, règles conception (DRC).
- Génération sorties : Fichiers Gerber RS-274X (ou X2), IPC-2581, ou ODB++ pour chaque couche (cuivre, masque soudure, sérigraphie, perçage, pâte). Inclut netlist pour test électrique.
- Panélisation : Multiples designs ou copies combinés en panneau production avec trous repère, fiduciaux, languettes détachement (V-score ou mouse bites).
2. Fabrication carte nue
Couches internes (Multicouches)
- Préparation matériau : Panneaux stratifié (FR-4, high-Tg, Rogers, polyimide) découpés à taille.
- Image couches internes : Photorésine film sec appliquée → UV exposée via film Gerber → développée (résine non exposée retirée).
- Gravure : Chlorure cuivrique ou ammoniacal grave cuivre exposé ; résine retirée.
- Inspection optique automatisée (AOI) : Compare motif gravé au CAO ; détecte coupures, courts-circuits, éraflures.
Stratification (Lamination)
Couches internes empilées avec préimprégné (résine stade B) et feuilles cuivre pour couches externes. Pressées sous chaleur (180–200 °C) et pression (200–400 psi) pour polymériser en panneau multicouche solide.
Perçage
- Traversants (PTH) : Perçage CNC (mécanique) pour vias et trous composants. Min typique 0,15–0,2 mm.
- Vias aveugles/enterrés : Stratification séquentielle ou perçage laser (CO₂/UV) pour HDI.
- Désmear / Ébavurage : Enlèvement chimique ou plasma résine dans trous pour placage fiable.
Cuivre chimique & Électrolyse
- Cuivre chimique : Couche mince (~0,5 µm) conductrice déposée chimiquement parois trous et surfaces.
- Image couches externes : Même processus photorésine que couches internes, mais définissant pistes/plots à conserver.
- Placage motif : Électrolyse cuivre (20–35 µm) zones exposées → Étain/plomb ou étain comme résine gravure.
- Désimage & Gravure : Résine retirée → gravure alcaline enlève cuivre de base non désiré → étain retiré.
Finitions finales
- Masque soudure (LPI) : Époxy photoimageable liquide appliqué, exposé, développé. Vert, noir, bleu, blanc, etc. Définit zones soudables.
- Finition surface (sur cuivre exposé) :
- HASL (Nivelage air chaud) — plomb ou sans plomb.
- ENIG (Nickel chimique / Or immersion) — plat, durée vie, wire-bondable.
- OSP (Préservateur soudabilité organique) — bas coût, durée vie courte.
- Immersion Ag, Immersion Sn, ENEPIG, Or dur (connecteurs bord).
- Sérigraphie : Jet d'encre ou sérigraphie légende (références, polarité, logos).
- Test électrique : Sonde volante (prototypes) ou lit de clous (volume) vérifie continuité/isolation selon netlist.
- Découpe / V-Score : Cartes individuelles séparées du panneau.
- Inspection finale & Emballage : Visuelle, dimensionnelle, microsection (témoins). Scellé sous vide avec déshydratant.
3. Assemblage (PCBA) — Aperçu rapide
- Dépôt pâte soudure : Pochoir acier découpé laser dépose pâte sur plots.
- Pick-and-Place : Machines haute vitesse placent composants CMS (0201 à gros BGA).
- Refusion : Four convection/vapeur phase avec profil thermique contrôlé.
- Traversant (THT) : Brase à vague ou sélective pour connecteurs, gros condos.
- Inspection : AOI, Rayons X (BGA), ICT (Test In-Circuit), Test fonctionnel.
- Revêtement conformal / Potting : Protection environnementale optionnelle.
Règles clés Design-for-Manufacturing (DFM)
- Piste/espace min : 3,5/3,5 mil (standard), 2/2 mil (avancé), <1,5/1,5 mil (HDI).
- Perçage min : 8 mil (mécanique), 3–4 mil (laser).
- Ratio aspect (épaisseur/perçage) : ≤ 10:1 (standard), ≤ 16:1 (avancé).
- Équilibrage cuivre entre couches pour éviter gauchissement.
- Teardrops jonctions via-piste.