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 le câblage encombrant.

Fonctions d'un circuit imprimé

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'il effectue, la fonction la plus importante d'un 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 d'autres options car elles peuvent être conçues avec des outils de conception numériques et fabriquées en grand volume à l'aide de l'automatisation en usine.

Composition d'un circuit imprimé

Une carte de circuit imprimé moderne est généralement constituée de couches de différents matériaux. Les différentes couches sont fusionnées par un processus de stratification. 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 carte 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 que l'on trouve 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'une 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 vias qui sont percés à travers le circuit imprimé. Leur but est de permettre à l'électricité de circuler d'un côté à l'autre du tableau.

Fonction de base du circuit

Un circuit est une boucle de matériau conducteur que l'électricité peut parcourir. Lorsque la boucle est fermée, l'électricité peut circuler sans interruption à partir d'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 d'alimentation 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 une source d'énergie pour une 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 tracer . Le troisième élément est la charge , qui se compose d'au moins un composant qui draine une partie de l'énergie pour effectuer une tâche ou une opération. Le quatrième et dernier élément est au moins un contrôleur ou changer pour contrôler le flux de puissance.

Fonction des composants PCB

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 nécessitant 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 électrique pourrait endommager les composants connectés.

Les composants les plus importants d'un circuit imprimé incluent :

• Batterie  :Fournit de l'énergie à un circuit, généralement via un dispositif à double borne qui fournit une différence de tension entre deux points du circuit
• Condensateur  :Un composant semblable à une batterie qui peut rapidement retenir ou libérer une charge électrique
• Diode  :contrôle l'électricité sur une carte de circuit imprimé en la forçant à circuler dans une direction
• Inducteur  :Stocke l'énergie d'un courant électrique sous forme d'énergie magnétique
• IC (intégré Circuit)  :Une puce qui peut contenir de nombreux circuits et composants sous forme miniaturisée et qui remplit généralement une fonction spécifique
• DEL (Lumière Émettant Diode ):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 bloque le courant, soit lui permet de circuler, selon qu'il est fermé ou ouvert
• Transistor :Type d'interrupteur commandé par des signaux électriques

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

PCB contre PCBA

Le terme PCBA (un acronyme pour 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 qui n'a pas de composants installés est souvent appelée carte nue ou un circuit imprimé .

La conception des cartes de circuits imprimés modernes leur permet d'être produites en masse à un coût inférieur à celui des anciennes cartes à fils enroulés. Après que la phase de conception d'une carte a été tracée à l'aide de logiciels informatiques spécialisés, la fabrication et l'assemblage sont – pour la plupart – automatisés. Un PCBA est considéré comme terminé et prêt à l'emploi une fois les tests d'assurance qualité terminés.

Problèmes de circuit possibles

Un circuit ouvert est celui qui n'est pas fermé en raison d'un fil cassé ou d'une connexion desserrée. 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 d'énergie 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 les deux bornes d'une alimentation électrique étant connectées sans composant de charge entre elles pour drainer une partie du courant. Court-circuiter une alimentation électrique de cette manière peut être dangereux et peut même provoquer un incendie ou une explosion.

Évolution du circuit imprimé

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, dont la masonite, la bakélite et le 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 un câblage sur un seul côté ont évolué pour devenir les cartes à double face et multicouches qui sont actuellement largement utilisées.

Des années 1970 aux années 1990, la conception des PCB est devenue plus complexe. At the same time, both the physical size and the cost of boards continued to shrink. As boards became denser with attached components, computer-aided design applications (CAD) were developed to aid in their creation. Today there are a variety of tools available for digital PCB design, from free and low-cost options to fully functional, high-priced packages that help with design, manufacturing and testing.

Role of Integrated Circuits

Modern electronics couldn't exist without the integrated circuit, which was introduced in the late 1950s. An IC is a miniaturized collection of circuits and components such as transistors, resistors and diodes assembled on a computer chip to perform a specific function. A single IC chip may contain thousands or even millions of components. The most common types of integrated circuits include logic gates, timers, counters and shift registers.

Besides low-level ICs, there are also more complex microprocessor and microcontroller ICs that have the capability of controlling a computer or another device. Other complex integrated circuits include digital sensors such as accelerometers and gyroscopes that are found in mobile phones and other electronic devices. Like other parts of PCBs, the size of integrated circuits has steadily decreased over the past few decades.

Component Mounting Technologies

Component mounting on early single-sided PCBs used through-hole technology , where a component was attached to one side of the board and fastened through a hole to conductive wire traces on the other side using soldering. At the time it was introduced, through-hole technology was an advancement over point-to-point construction, but holes drilled in the PCB for mounting led to several design issues, especially following the introduction of multilayer boards. Since holes needed to pass through all layers, a large percentage of available real estate on the board was eliminated.

Surface-mount technology (SMT) solved many of the problems caused by through-holes. It became widely used in the 1990s, although it had been introduced several decades earlier. Components were changed to have small pads attached that could be soldered to a circuit board directly instead of through a wire lead. SMT allowed PCB manufacturers to densely package a large number of components on both sides of a PCB. This type of mounting is also easier to manufacture with automation.

SMT mounting did not eliminate the need for holes in circuit boards. Some PCB designs still make use of vias to allow interconnections between components on different layers. However, these holes are not as intrusive as the through-holes used previously for component mounting.

Multilayer Circuit Boards

The most complex electronic devices may include multilayer PCBs. These boards consist of at least three layers of a conductive material such as copper alternating with layers of insulation. Common configurations for multilayer boards include four, six, eight or 10 layers. All the layers must be laminated together to ensure that no air is trapped between the layers. This process is usually done under high temperature and pressure.

The benefits of multilayer PCBs include a higher density of components and circuits in a smaller space. They are used for computers, file servers, GPS technology, health care devices, and satellite and aerospace systems. However, multilayer boards also have some disadvantages. They are more intricate and harder to design and manufacture than single- and double-sided boards, which makes them more expensive. They can also be difficult to repair when something goes wrong within the internal layers of the board.