Fondamentaux du PCB pour Débutants : Introduction Complète

Si vous commencez à travailler avec des PCB et FPCB, vous devez vous poser de nombreuses questions sur les PCB, pourtant ils sont des composants vitaux des appareils que nous utilisons dans nos maisons.

Les PCB ont permis aux ingénieurs de connecter des composants dans un circuit de manière plus organisée, éliminant le besoin d'avoir de nombreux fils se croisant, ce qui peut mener à des accidents.

Remarquez que la technologie moderne permet une production à grande échelle, ce qui réduit significativement les coûts. Cet article vous introduit pour en apprendre davantage sur les PCB, le matériau utilisé dans leur fabrication, le prix et le processus qu'ils subissent.

Table des Matières

Chapitre 1 Qu'est-ce qu'un PCB et Comment est-il Fabriqué ?

Chapitre 2 Introduction aux Fondamentaux des PCB Double Face

Chapitre 3 Épaisseur de Cuivre du PCB

Chapitre 4 PCB avec Dissipateur Thermique - Les Règles à Connaître

Chapitre 5 Répartition des Coûts de Fabrication

Chapitre 6 Conclusion

Sur les Fondamentaux du PCB pour Débutants, si vous commencez à travailler avec des PCB et FPCB, vous devez vous poser de nombreuses questions sur les PCB, pourtant ils sont des composants vitaux des appareils que nous utilisons dans nos maisons.

Les PCB ont permis aux ingénieurs de connecter des composants dans un circuit de manière plus organisée, éliminant le besoin d'avoir de nombreux fils se croisant, ce qui peut mener à des accidents.

Remarquez que la technologie moderne permet une production à grande échelle, ce qui réduit significativement les coûts. Cet article vous introduit pour en apprendre davantage sur les PCB, le matériau utilisé dans leur fabrication, le prix et le processus qu'ils subissent.

Qu'est-ce qu'un PCB et Comment est-il Fabriqué ?

Un Circuit Imprimé (PCB) fait référence à une carte faite de fibre de verre, de matériaux stratifiés ou d'époxy composite, qui a des pistes conductrices qui se connectent à différents composants tels que des résistances, des transistors et des circuits intégrés.

Il supporte et connecte les composants électriques via des pistes conductrices ou des pastilles. Les composants électroniques sont soudés sur les PCB pour effectuer des fonctions spécifiques.

Figure 1 Carte PCB

Le Substrat du PCB

Nous avons un flexible. Les PCB et FPCB sont faits de couches de matériaux, y compris le matériau de base (appelé substrat), qui détermine si un PCB est rigide ou flexible. WellPCB offre des contrôleurs de moteur CC sur les marchés nationaux et internationaux. De plus, le substrat utilisé détermine la plage de température que votre PCB peut supporter.

Le substrat est souvent fait en étalant le matériau directement, en le vaporisant avec de la résine époxy, et en le roulant plusieurs fois jusqu'à une épaisseur acceptable. Une autre considération critique est la permittivité/perméabilité du PCB. Cette caractéristique est essentielle lors de la conception de cartes pour des dispositifs avec des signaux haute fréquence.

Le Cuivre

Pour qu'un circuit imprimé fonctionne, il doit avoir soit une seule couche, soit des multi-couches de cuivre. Les fabricants peuvent choisir de mettre la couche de cuivre sur le dessus ou des deux côtés du substrat. Il est également possible d'avoir plusieurs couches qui alternent entre le matériau de substrat et le cuivre.

Nous avons beaucoup de PCB avec de nombreuses couches de cuivre. Certains en ont plus de 16 couches de cuivre.

Habituellement, l'épaisseur du cuivre est plus fine que le substrat utilisé. Le rôle principal du cuivre est de transporter les électrons d'un point à un autre. Les fabricants lient le cuivre au substrat en appliquant une combinaison de chaleur et de pression.

Ce processus de liaison sécurise le lien entre le cuivre et le substrat. Ce processus le rend résistant à la rupture pendant le processus de forage. Le cuivre est aussi l'un des matériaux qui peut être récupéré par un processus de recyclage.

Le Masque de Soudure du PCB

Après que le substrat et les couches de cuivre ont été fusionnés, il est nécessaire que le placage soit protégé pour réduire les chances d'oxydation et de rouille du cuivre d'une manière qui peut endommager le PCB. Il est donc nécessaire d'utiliser un masque de soudure lors de la création de couches supplémentaires pour protéger le PCB.

Le substrat est généralement vert en couleur. Mais ensuite, le fabricant peut choisir n'importe quelle autre couleur selon leurs besoins.

Processus de Fabrication du PCB

Le processus de fabrication des PCB commence par l'assemblage du matériel requis (y compris le substrat et le cuivre). Le substrat est ensuite attaché au cuivre en appliquant de la pression et de la chaleur.

Finalement, le processus implique également la création de pistes, l'élimination du cuivre non désiré par un processus de gravure, et le test de la carte pour les défauts avant la production.

Introduction aux Fondamentaux des PCB Double Face

Les cartes PCB sont devenues de plus en plus partie de notre électronique quotidienne. Les cartes fournissent une interface sur laquelle elles peuvent souder des composants.

Les PCB peuvent être simples, doubles ou multi-couches. Les cartes PCB simple face sont bon marché, mais elles ne peuvent pas être déployées dans des situations complexes. Cela a forcé les fabricants à concevoir et fabriquer des PCB double face qui peuvent être utilisés dans des cas de haute densité et complexes.

2.1 Qu'est-ce qu'un PCB Double Face

Figure 2 PCB Double Face

Un PCB double face est un type de PCB qui offre aux ingénieurs la flexibilité d'interconnecter des circuits et composants des deux côtés de la carte. Il permet à l'utilisateur d'avoir des composants soudés à la fois sur le dessous et le dessus du PCB. Ils permettent aux fabricants de concevoir des panneaux complexes qui peuvent accueillir plus de fonctionnalités pour une utilisation dans des situations difficiles.

Autre que fournir la flexibilité d'interconnexion, les cartes éliminent aussi les interférences électromagnétiques. Cette capacité rend la conception de circuits complexes beaucoup plus facile. Les PCB double face ont également rendu possible l'utilisation de PCB dans des applications technologiques plus élevées.

Permettre le routage et le traçage de la couche supérieure vers la couche inférieure a rendu les PCB plus précieux qu'avant.

2.2 Avantages des PCB Double Face

Les PCB double face offrent aux ingénieurs plus de flexibilité. Ils abritent également une augmentation des densités de circuit au fil du temps. Ces facteurs ne s'appliquent pas aux ingénieurs travaillant sur des PCB simple face. Les PCB simple face ont un espace limité pour accueillir les composants.

Deuxièmement, les PCB double face sont de nos jours moins chers et ne pèsent pas beaucoup sur votre budget quotidien.

Finalement, puisque plus de pièces peuvent être peuplées dans une zone plus petite, les PCB double face sont petits en taille et peuvent être utilisés pour fabriquer des appareils plus petits.

Épaisseur de Cuivre du PCB

Les cartes PCB permettent le flux de courant entre les composants. Elles font cela en s'assurant que les routes sur le PCB ne se chevauchent pas et ont assez d'espace entre elles.

Le chevauchement des fils peut causer des courts-circuits et donc l'utilisation d'une carte PCB avec une épaisseur de cuivre suffisante élimine ce problème. Typiquement, l'épaisseur de cuivre du PCB est mesurée en onces et détermine si les parcours peuvent faire le travail pour lequel ils sont conçus ou non.

Figure 3 Épaisseur de Cuivre du PCB

3.1 Épaisseur de Cuivre du PCB

L'épaisseur de cuivre, par conséquent, fait référence aux résultats que vous obtenez quand 1oz de cuivre est compressé sur une zone d'un pied carré de PCB. Lors de la conception d'un PCB, les ingénieurs doivent convertir les onces en mils pour les aider à créer le PCB.

La Figure 2 donne un aperçu de ce à quoi le cuivre et les couches de PCB ressemblent sous la forme de diverses couches.

3.2 Conception des Pistes de Cuivre

Les ingénieurs doivent toujours rester vigilants lors de la conception de PCB. Ils doivent s'assurer que l'épaisseur du PCB est suffisante pour répondre à tout ce dont un circuit a besoin.

En tant qu'ingénieur, vous devriez maintenir l'épaisseur à 1oz. Pour s'assurer que le PCB peut accommoder la quantité spécifiée de courant qui devrait y circuler.

Les circuits qui nécessitent plus de courant doivent avoir leur épaisseur de cuivre augmentée pour minimiser la résistance. Les ingénieurs PCB peuvent effectuer le calcul pour déterminer la quantité d'épaisseur de cuivre nécessaire lors de la conception d'un circuit pour effectuer une fonction spécifique.

L'épaisseur du cuivre peut parfois affecter le coût de la carte PCB. De plus, l'épaisseur du cuivre détermine à quel point il est facile pour le concepteur d'éliminer l'excès de cuivre par la gravure du PCB.

Ainsi, les concepteurs de PCB doivent évaluer l'épaisseur avant de concevoir un PCB à mettre dans une application spécifiée.

PCB avec Dissipateur Thermique - Les Règles à Connaître

À mesure que la technologie PCB avance, de nouveaux défis émergent, et les ingénieurs doivent travailler sans relâche pour surmonter les difficultés.

La génération de chaleur qui mène à des températures accrues sur les cartes est un problème que la plupart des ingénieurs s'efforcent de surmonter. Ce défi a forcé les concepteurs à penser en dehors des sentiers battus et à trouver des moyens de minimiser la génération de chaleur et la perte électrique.

L'invention des dissipateurs thermiques est une telle tentative pour réguler les températures des circuits. Les dissipateurs thermiques aident à distribuer la chaleur uniformément et à minimiser les températures excessivement concentrées.

Par exemple, dans les circuits qui impliquent des microprocesseurs à haute vitesse, beaucoup de chaleur est dissipée. Sans dissipateurs thermiques pour absorber la chaleur, les hautes températures sont capables d'endommager le composant.

Les CI, en particulier, génèrent beaucoup de chaleur et nécessitent des dissipateurs thermiques pour absorber et canaliser l'excès de chaleur.

Figure 4 Dissipateur Thermique

4.1 Dissipateurs Thermiques Métalliques

Ce type de dissipateur thermique peut être attaché à une carte en le serrant avec une vis à travers le trou. Le dissipateur thermique peut être collé sur le corps en utilisant de l'époxy ou même du ruban thermique dans certains autres cas.

Quand le dissipateur thermique vient avec des ressorts et des clips, il est possible de l'ajuster dans le composant qui chauffe.

Remarquez qu'un dissipateur thermique sur les PCB joue un rôle critique, principalement là où un PCB est utilisé dans des circuits avec un flux massif de courant. Par exemple, les semi-conducteurs discrets tels que les IGBT, TRIAC et MOSFET génèrent beaucoup de chaleur, qui doit trouver son chemin hors du PCB (souvent via un dissipateur thermique).

4.2 Composants CMS avec Dissipateur Thermique Intégré

Nous avons beaucoup de composants CMS qui viennent avec des dissipateurs thermiques intégrés. De tels membres incluent les PMIC et MOSFET. Ces dispositifs ont un dissipateur thermique intégré attaché à un circuit et ensuite connecté à un drain.

4.3 Considérations de Conception Thermique pour PCB avec Dissipateur Thermique

Des discussions ci-dessus, il est évident que les dispositifs de puissance doivent avoir une disposition PCB appropriée et des dissipateurs thermiques pour prendre soin des problèmes thermiques qui peuvent survenir quand le dispositif est en usage.

4.4 Directives de conception à considérer lors de la gestion des dissipateurs thermiques

• Pour qu'un dissipateur thermique dissipe un Watt de puissance à une température d'environ 40℃, il devrait avoir une section transversale de 2,4 in². Si un ventilateur de refroidissement externe est utilisé, les valeurs réduisent à environ 1,2 in² par watt.

• Si les deux méthodes proposées échouent, il est recommandé d'utiliser des dissipateurs thermiques génériques.

De plus, cela étendra le cuivre aux bords de la carte. • Remarquez que les paramètres ci-dessus supposent que les couches de cuivre seront généralement couplées avec des composants qui génèrent de la chaleur. L'argument implique alors que la couche de cuivre se comportera comme la couche thermique de votre PCB.

• Quand plus d'un composant qui génère beaucoup de chaleur doit être utilisé sur un PCB, il est recommandé de les placer à quelques pouces l'un de l'autre. Cela permet au PCB d'être chauffé uniformément.

• Le transfert de chaleur est toujours plus élevé quand le PCB a plus de vias. Les vias sont en contact thermique avec les parties du composant qui génère de la chaleur.

• Dans le cas d'applications haute puissance, il est recommandé de considérer l'utilisation de PCB avec un poids de cuivre accru entre les plans.

Répartition des Coûts de Fabrication

L'assemblage et la production de PCB est une activité fastidieuse qui implique tant d'étapes. Cela implique les processus de collecte des matériaux, leur préparation et leur fabrication en PCB.

Cela implique également la gravure des PCB, la stratification, le forage et l'emballage. Chacune de ces étapes vient avec son coût, consistant en le coût total de fabrication des PCB, qui doit être inclus dans le prix de vente final.

Comment Faire la Répartition des Coûts de Fabrication PCB de chaque partie ?

5.1 Le Coût des Matériaux

Figure 5 Matériaux PCB

Le coût des matières premières est le facteur principal qui détermine le prix final des PCB. Quand on comprend le coût de fabrication, nous devons considérer les couches d'un PCB, le matériel utilisé dans sa fabrication et la taille du PCB.

L'or, le nickel, le cuivre, l'argent, la fibre de verre, le plomb, la résine époxy et divers produits chimiques sont certains matériaux qui doivent être utilisés dans la fabrication des PCB. Vous devez aussi estimer le nombre de composants qui doivent être assemblés.

De plus, le type de PCB à assembler est critique car il aide à déterminer le coût final du PCB. Par exemple, la fabrication d'un PCB double face est plus coûteuse qu'un PCB simple face.

Les PCB double face utilisent plus de soudure et nécessitent l'utilisation de la programmation de machine SMT. Ces exigences augmentent le coût de ces PCB. De même, la fabrication de PCB multi-couches est plus coûteuse que la production de PCB double face.

Remarquez que les éléments essentiels qui augmentent le coût des PCB ne sont pas seulement limités au prix du matériel mais aussi l'épaisseur des PCB, l'impédance qu'ils devraient avoir, et le diamètre des trous.

Le coût doit aussi inclure les composants, le transport de la distance du PCB. D'autres facteurs périphériques doivent entrer en jeu lors du calcul de la valeur des PCB.

L'épaisseur du cuivre utilisé est l'un des facteurs qui affectent le coût de production. L'utilisation de cuivre épais augmente l'impédance et permet aux PCB d'être déployés dans des zones qui nécessitent plus de courant.

D'autres facteurs externes tels que l'énergie, l'eau et le coût du transport peuvent augmenter le coût de production. Ils doivent être inclus dans le calcul du coût de production des PCB aussi.

5.2 Coût de la Main-d'œuvre

Remarquez que le coût de la main-d'œuvre est aussi critique pour déterminer le prix final de fabrication des PCB. Les fabricants devront aussi inclure d'autres frais généraux dans le coût final des PCB. Ce sont des dépenses de la main-d'œuvre travaillant sur la fabrication d'un PCB.

Il doit considérer le coût de l'équipement, la sécurité, l'éclairage, l'eau et d'autres petits frais généraux pour déterminer le coût final de production de chaque PCB.

D'autres frais généraux additionnels tels que le traitement du système d'eaux usées, les approbations, le zonage et les permis devraient aussi faire partie de la facturation des PCB.

5.3 Taille de la Carte

Un panneau est l'une des matières premières essentielles utilisées dans la production de circuits imprimés. La taille du panneau utilisé est nécessaire lors du calcul du coût global d'un PCB. Les cartes qui prennent une zone de panneau plus faible coûteront moins. De plus, celles qui utilisent des panneaux qui s'adaptent mieux seront moins coûteuses.

5.4 La Quantité de Pièces Produites

La quantité de pièces requises est critique car elle détermine la méthode de production à utiliser. La production en masse de PCB implique l'utilisation de processus efficaces et automatisés qui réduisent le coût significativement.

5.4 Délai d'Exécution

Le délai d'exécution est le temps qu'il faut pour fabriquer un PCB. Nous pouvons fournir un service de livraison régulier & service express ; les cartes expédiées peuvent être expédiées dans les 24-48 heures. Vous pouvez choisir un service approprié selon votre emploi du temps.

Nous essayons souvent de notre mieux pour faire la Répartition des Coûts de Fabrication PCB sans compromettre notre qualité.

Le délai de livraison de notre usine est aussi assuré.

Nous avons d'autres Guides Ultimes pour réduire les Coûts PCB. Si vous avez de l'intérêt, vous pourriez les consulter ici.

Conclusion

Vous ayant emmené à travers ce que sont les PCB et certains des facteurs qui déterminent le coût ultime des PCB, je parie que vous êtes maintenant mieux placé pour faire votre commande de PCB. Nous avons simplifié ce processus. Visitez simplement wellpcb.com et passez une commande en ligne.

Veuillez noter que sans remarques spéciales, tous les prix que nous avons cotés sont basés sur la livraison standard. Donc, vous devez indiquer notre système de devis en ligne ou nous contacter pour une commande express. Ce faisant, votre commande sera traitée comme une demande de priorité absolue. (Veuillez noter que nos produits actuels affecteront le temps, appelez-nous si le temps est essentiel).

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Figure 7 Vias PCB

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