Que vous soyez un concepteur électronique professionnel ou un amateur, les cartes de circuits imprimés (PCB) personnalisées de haute qualité peuvent être livrées dans la semaine suivant la commande, voire plus rapidement dans certains cas. Ces circuits imprimés sont disponibles à des prix suffisamment bas pour que vous vous demandiez comment il est possible de les fabriquer. La réponse, en grande partie, est due aux concepts d’usine intelligente fortement automatisés utilisés dans la production, à commencer par le processus de commande lui-même.
Une fois que vous avez conçu votre circuit imprimé à l’aide d’un logiciel d’automatisation de la conception électronique (EDA) tel que KiCad, Eagle ou Altium, le processus de fabrication automatisée de circuits imprimés se poursuit chez le fabricant de circuits imprimés, souvent appelé simplement « fab ». Vous tracez (virtuellement) un ensemble standard d’instructions, généralement des fichiers Gerber au format RS-274X ou RS-274X2, avec les fichiers de perçage. Ceux-ci sont ensuite téléchargés vers le fabricant de PCB de votre choix. De nombreux fournisseurs, tels que OSHPark et PCBWay, vous donneront un devis instantané que vous pourrez utiliser pour commander votre carte.
Les fabricants vérifient généralement les cartes téléchargées pour s’assurer que leurs règles de conception ne sont pas violées, afin que le PCB puisse être fabriqué correctement. Cela implique une automatisation importante, mais une certaine intervention humaine et/ou des allers-retours peuvent être nécessaires. Une fois les vérifications et la communication terminées, les multiples planches du client sont combinées sur un seul panneau à découper. Généralement, ces panneaux sont découpés à une taille standard pour le processus d’une fab, avec des couches extérieures en cuivre, et un substrat intérieur en FR4 (fibre de verre) pour assurer la résistance et l’isolation.
Éléments du processus de fabrication automatisée de PCB
Bien qu’il soit impossible de décrire ici les subtilités de la façon dont tous les fabricants de PCB font les choses, nous pouvons décomposer le processus de fabrication automatisée de PCB en plusieurs éléments primaires. Notez que nous considérerons la fabrication de cartes à deux couches pour des raisons de simplicité, mais beaucoup plus de couches peuvent être utilisées selon les besoins via un processus d’empilage et de collage. De plus, bien que ce processus de fabrication intelligente implique une quantité massive d’automatisation, les humains sont toujours nécessaires pour des tâches telles que le transport des travaux en cours, le réglage des machines et les vérifications finales.
1. Percer des trous de passage et des trous traversants
Généralement, la première étape du processus de fabrication d’un PCB (après les opérations de nettoyage et d’ébavurage) est le perçage pour les composants à trous traversants et les vias. Cette opération est effectuée dans une perceuse, qui peut former des trous jusqu’à 100 microns, soit plus petits qu’un cheveu humain (dont le diamètre est d’environ 150 microns). Les changements d’embouts pour différents diamètres sont effectués automatiquement.
2. Traçage de photos et résistance des couches
Afin de former les traces du PCB et les zones de remplissage du cuivre, une image négative du cuivre fini est imprimée sur une feuille transparente, sur la base des informations Gerber fournies. Le panneau est recouvert des deux côtés d’une couche de film photosensible, appelée photorésist. La feuille imprimée est alignée avec le haut et le bas du panneau, et des lampes UV durcissent le photorésist dans les zones où il n’y a pas d’image imprimée sur le film. Un traitement ultérieur élimine par lavage la résine photosensible non durcie, ainsi que le cuivre sous-jacent.
À ce stade, la planche fait toujours partie d’un panneau entier, qui peut contenir un certain nombre de dessins. Le nettoyage est effectué à de nombreux moments de l’ensemble de l’opération de fabrication du PCB, et différentes inspections, y compris des processus optiques, sont réalisées progressivement afin de traiter les erreurs le plus tôt possible.
3. Placage et processus chimiques
Du cuivre supplémentaire est déposé par électrolyse sur les circuits imprimés, créant ainsi un canal conducteur pour les vias et les connexions à trous traversants, et renforçant la feuille d’origine. Différentes épaisseurs de cuivrage peuvent être spécifiées, et l’ensemble du processus est soigneusement contrôlé pour répondre aux exigences du client.
4. Masque de soudure, sérigraphie, HASL
Le masque de soudure, qui protège les traces de cuivre, est appliqué sous forme liquide sur les deux faces d’un PCB. Après cette application, les panneaux sont cuits jusqu’à un état semi-durci et une feuille imprimée transparente est ensuite appliquée sur les deux faces. Le masque de soudure exposé est durci à l’aide d’un procédé UV, et le masque de soudure non exposé est retiré, de la même manière que le procédé de photoréserve effectué précédemment.
Une imprimante à jet d’encre applique ensuite une couche visible, appelée sérigraphie, utilisée pour l’identification des composants et autres marquages. Enfin, un processus tel que le nivellement de la soudure à l’air chaud (HASL) est généralement effectué pour protéger les plages de soudure exposées de l’oxydation. Une inspection par sonde à fil volant peut alors être effectuée pour s’assurer que le circuit imprimé conduit et résiste au flux de courant comme prévu.
5. Profilage et routage
Une fois que chaque circuit imprimé d’un panneau a été correctement traité et vérifié, une opération de détourage commandée par ordinateur découpe les caractéristiques internes du profil et des trous non traversants de la carte. Ces bords et caractéristiques ne doivent pas nécessairement être droits. Les panneaux peuvent également être rainurés en V (partiellement coupés en « V ») avant ce processus. Les scores V sont limités aux lignes droites et permettent aux clients de décomposer les modules une fois reçus.
6. Finir, emballer, expédier
Après un nettoyage final, un traitement supplémentaire pour éliminer les artefacts du routage, et une inspection, les PCB peuvent alors être emballés et expédiés aux clients. Le processus pour arriver à ce stade est étonnant.
PCB : Optimisation des processus et du traitement des commandes
Bien qu’impressionnant, notez que le processus décrit ici est une simplification, et que ces opérations varient selon les fabricants et même les produits. Au-delà de l’automatisation, il faut tenir compte de l’arbitrage géographique, de la géopolitique, de l’expédition et d’un certain nombre d’autres facteurs pour obtenir une image complète de la façon dont il est possible de produire des PCB à rotation rapide à un prix abordable.
Dans le même temps, les cartes de circuits imprimés sont largement utilisées depuis plusieurs décennies, ce qui donne au processus de fabrication le temps de mûrir. Des améliorations progressives, année après année, se traduisent souvent par des résultats incroyables. Pensez-y la prochaine fois que vous commanderez un certain nombre de circuits imprimés de haute qualité à un prix bas pour une livraison rapide. Quant à savoir où vous procurer des pièces de haute qualité à mettre sur lesdits PCB, Arrow dispose d’un énorme stock prêt à être expédié !
