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Introduction
Tous les composants électroniques modernes fonctionnent grâce à des circuits imprimés. Cette technologie incroyablement utile a révolutionné l'assemblage des composants électroniques. L'évolution des circuits imprimés a été marquée par de nombreux innovateurs et des étapes clés. PCBTok vous propose de découvrir l'histoire des circuits imprimés, leur invention et l'évolution technologique qui a permis d'aboutir aux solutions actuelles.
Que sont les circuits imprimés (PCB) ?
Un circuit imprimé est un circuit non conducteur, c'est-à-dire une carte mince. Il comporte des lignes conductrices, généralement imprimées ou gravées en cuivre. Sur la carte, vous montez des composants électroniques. Les composants sont reliés entre eux par des pistes de cuivre. Ces pièces sont des fils sur un PCB pour se connecter (ou former un circuit complet). Les connexions électriques fluides et la communication entre les composants grâce à cette structure facilitent le fonctionnement de l'appareil.
À quoi servent les PCB ?
Presque tous les appareils électroniques contiennent des circuits imprimés ! Leur fonction principale est de permettre le fonctionnement d'un appareil électrique. Leur conception définit les pistes par lesquelles l'électricité et les signaux peuvent être conduits. Tous les appareils, y compris les smartphones, les ordinateurs et les systèmes de divertissement, utilisent des circuits imprimés. Ces derniers sont indispensables au fonctionnement des radios , des téléviseurs et des consoles de jeux vidéo. Sans eux, l'électronique moderne n'existerait pas.
Les personnes ayant eu un impact direct sur l'histoire des PCB
Plusieurs esprits brillants, dont le travail a eu un impact direct sur l'histoire des PCB, ont marqué l'histoire des PCB. Et ce sont ces personnes qui ont contribué à créer certaines des technologies PCB les plus importantes. Chacun d'entre eux a joué son rôle dans l'évolution de l'électronique telle que nous la connaissons aujourd'hui, des premiers concepts aux avancées majeures.
Albert Hanson
En 1903, l'inventeur allemand Albert Hanson fit une découverte majeure. Sur des plaques isolantes, il utilisa des conducteurs plats en feuille pour concevoir un circuit imprimé simple. Il s'agissait d'une tentative pour simplifier les connexions électriques en électronique. Ce format de connexion primitif constitua une étape importante vers les circuits imprimés modernes. Hanson rendit l'électronique plus simple et plus fiable. Son travail, et surtout, introduisit des caractéristiques essentielles telles que l'utilisation de trous traversants et de conducteurs sur les deux faces, qui influencent encore aujourd'hui la conception des circuits imprimés.
Thomas Edison
En 1904, il apporta une amélioration aux premières idées de circuits imprimés. Pour les rendre plus durables et moins flexibles, il déposa des conducteurs sur du papier de lin. Cette dernière étape fut essentielle pour le développement futur des circuits imprimés multicouches . Les travaux d'Edison sur les conducteurs et les isolants contribuèrent à façonner les conceptions modernes de circuits imprimés. Il développa des matériaux plus sûrs et plus fiables pour prévenir les courts-circuits dans l'électronique. Bien que les circuits imprimés soient apparus plus tard, on retrouve des analogies avec les innovations d'Edison en génie électrique, qui ont jeté les bases des progrès actuels en matière de circuits.
Arthur Berry
En 1913, Arthur Berry a franchi une étape importante dans la conception des circuits. Parmi ses brevets figurait une méthode de gravure du métal pour dessiner des circuits. Berry utilisait une résine pour empêcher la découpe du métal, puis éliminait les parties indésirables. Cela réduisait le nombre de fractures et améliorait la précision. La technique de Berry, clé de la fabrication moderne des circuits imprimés, était la méthode d'impression et de gravure.
Max Schoop
Cet inventeur brillant a apporté une contribution essentielle à la technologie des circuits imprimés en 1916. Il a obtenu un brevet pour la projection de métal à la flamme sur une carte à travers un masque à motifs.
Charles Ducas
Il apporta une contribution majeure à la technologie des circuits imprimés en 1925. Plus tard, il breveta un procédé de galvanoplastie pour le dépôt de motifs de circuits. Ce procédé permettait d'obtenir un revêtement conducteur. En 1927, Ducas franchit une nouvelle étape. Il imprima directement des fils conducteurs sur les cartes à l'aide d'un pochoir et d'encre conductrice. Sur une surface isolée, cette méthode permettait de réaliser un chemin électronique clair. En jetant les bases des circuits imprimés modernes, il parvint à réaliser toutes ces avancées. Ducas conçut également le concept de circuits multicouches, qui consistent en la connexion de plusieurs cartes en série.
Paul Eisler
Il est l'inventeur du circuit imprimé moderne. Avant la Seconde Guerre mondiale, il quitte l'Autriche pour s'installer en Angleterre. Grâce à ses compétences en imprimeur, Eisler imprime des circuits sur des cartes. Cette procédure remplace la méthode lente de soudure manuelle des fils. Ses circuits imprimés sont utilisés pour la première fois dans les postes de radio pendant la guerre. Les Britanniques et les Américains doivent beaucoup à l'invention d'Eisler. L'électronique que nous utilisons aujourd'hui est le fruit de son travail.
John Sargrove
Il s'agissait d'un ingénieur britannique spécialisé dans les circuits imprimés. Né en 1906 sous le nom de John Adolphe Szabadi, il changea de nom en 1938. Il expérimentait la métallisation de la bakélite chez British Tungsram. Lors de ce processus, il modifiait la structure de la bakélite pour former des résistances , des condensateurs et des connexions électriques sur une de ses faces. Ses travaux furent pionniers dans l'avènement des circuits imprimés universels. Les travaux de Paul Eisler en 1943 ont initié les techniques de Sargrove, qui ont permis de faire progresser la conception des circuits, avant que les coûts et la facilité de production ne rendent la fabrication de composants électroniques complexes plus accessible.
Les premiers PCB
Auparavant, ce circuit était câblé sur un châssis métallique avec des isolateurs. Ces circuits étaient extrêmement volumineux, lourds et fragiles. Leur fabrication était également coûteuse et longue. En 1943, Paul Eisler inventa le premier circuit imprimé rigide simple . Son invention éliminait les connexions filaires, rendant l'électronique plus efficace et plus compacte. Cette méthode fut rapidement adoptée par les ingénieurs qui contribuèrent au développement des circuits imprimés modernes que nous utilisons aujourd'hui : plus légers et beaucoup plus stables.
L'histoire des PCB
Les PCB sont une chose fascinante à apprendre sur leur histoire et sur la façon dont ils ont évolué depuis leurs débuts jusqu'à devenir aujourd'hui l'épine dorsale de l'électronique moderne. Vous trouverez ci-dessous les étapes clés qui ont contribué à définir la technologie des PCB de décennie en décennie. Vous découvrirez comment les PCB ont révolutionné les circuits électroniques depuis les premières expériences jusqu'aux conceptions multicouches d'aujourd'hui.
1879 à 1900 – L’âge d’or
C'est à cette époque que les gens ont connu une croissance rapide en termes de développement industriel et technologique. Dans les villes et les zones rurales connectées à un réseau électrique, l'électricité a remplacé le pétrole et le charbon dès son arrivée. Le téléphone, les ampoules électriques et les appareils photo ont été développés. Les PCB n'étaient pas encore vraiment développés, mais les progrès de l'énergie électrique à cette époque ont été bénéfiques pour l'avènement des PCB. Ces développements cruciaux de la fin du XIXe siècle ont été à l'origine de nombreuses technologies actuelles.
1925 – La première conception de circuit imprimé
L'inventeur américain Charles Ducas a breveté la conception du premier circuit imprimé à cette époque. Il a créé un chemin électrique en appliquant de l'encre conductrice sur une surface. Celle-ci a été recouverte d'un isolant et d'un pochoir. C'est ainsi que l'idée des « circuits imprimés » a vu le jour. Les travaux de Ducas ont servi de base aux circuits imprimés modernes. Par exemple, ils incluent les premières suggestions de circuits multicouches. La première étape de son invention a consisté à remplacer le câblage traditionnel par des circuits imprimés. Aujourd'hui, il s'agit d'une technologie de base de l'électronique moderne.
1936 – Le premier circuit imprimé dans une radio
C'est à ce moment que le premier circuit imprimé est conçu et assemblé. Ce circuit imprimé sert à équiper une radio de communication militaire. L'inventeur était un ingénieur autrichien travaillant au Royaume-Uni. Il a révolutionné l'électronique en la miniaturisant et en la rendant plus performante. Cette invention a été utilisée dans les mines navales allemandes en 1941. Son utilisation précoce a démontré l'utilité de cette technologie, tant pour le domaine militaire que pour les applications quotidiennes.
1943 – Eisler dépose un brevet pour une conception avancée de circuits imprimés
Après avoir mis au point le premier circuit imprimé pour radio, il collabora avec Henderson et Spalding. Il parvint à convaincre des investisseurs de financer son idée par le biais d'une nouvelle société nommée Technograph. Malheureusement, suite à une erreur contractuelle, Eisler perdit les droits sur son invention. Il réussit néanmoins à obtenir trois brevets importants pour diverses applications. L'un de ces brevets concerne la gravure de circuits sur une feuille de cuivre déposée sur un substrat non conducteur renforcé de fibres de verre. Ses circuits imprimés furent largement utilisés dans l'électronique aéronautique après la Seconde Guerre mondiale. Malheureusement, peu d'entreprises exploitèrent les brevets de Technograph, ce qui engendra des difficultés financières. Eisler démissionna en 1957.
1944 – Collaboration militaire sur la technologie PCB
Développées sous l'égide des États-Unis et de la Grande-Bretagne, les fusées de proximité étaient initialement destinées à un usage militaire. Durant la Seconde Guerre mondiale, elles étaient essentielles au déclenchement des mines, des bombes et des obus d'artillerie. Leur utilisation s'est généralisée vers 1943. Cependant, il leur fallait un circuit électronique capable de résister à une forte contrainte. La division Centralab de Globe Union a proposé une solution : l'utilisation d'une plaque de céramique recouverte d'une peinture métallique pour les circuits. Cette solution s'est avérée efficace et a donné lieu à un brevet classifié attribué à Globe Union.
1948 – La technologie PCB est rendue publique
La technologie PCB a été rendue publique par l'armée américaine. Cette découverte a contribué au développement rapide de l'électronique. Ces progrès ont été en partie menés par Harry W. Rubinstein. En 1984, il a reçu le prix Cledo Brunetti pour ses premiers travaux. De plus, Rubinstein a été récompensé par l'Université du Wisconsin-Madison pour ses innovations. Son travail consistait à imprimer des composants sur un substrat commun. Le développement de circuits intégrés l'exigeait.
Années 1950 – Introduction des transistors
Le marché de l'électronique a été bouleversé par l'avènement des transistors . Ces derniers ont permis de miniaturiser les appareils et d'améliorer leur fiabilité. Ce progrès a facilité l'intégration des circuits imprimés (PCB). La technologie des PCB a été commercialisée pour la première fois aux États-Unis en 1948. Les PCB se sont généralisés dans l'électronique grand public dans les années 1950, grâce au procédé d'assemblage automatique. Dans le domaine des radios domestiques, Motorola a ouvert la voie avec ses circuits métallisés. L'entreprise a investi un million de dollars sur six ans pour développer ce produit. En novembre 1952, Hallicrafters a également lancé un produit à circuit imprimé : un radio-réveil.
Années 1950 à 1960 – Panneaux double face et résistance à la corrosion
Parallèlement, les progrès en matière d'impression de circuits imprimés ont été considérables durant cette période. Les circuits imprimés sont devenus double face, avec les composants d'un côté et l'impression de l'autre. Les nouveaux modèles étaient recouverts de plaques de zinc, ce qui leur conférait une meilleure résistance à la corrosion et permettait d'éviter les dommages au fil du temps. Malgré ces avancées, de nombreuses industries continuaient d'utiliser des circuits imprimés point à point, notamment dans les téléviseurs et les chaînes hi-fi , jusqu'à la fin des années 1960. L'objectif des circuits imprimés était de réduire la taille, le poids et le coût des appareils. La situation était bien différente en 1960. À cette époque, une radio pouvait utiliser un seul circuit imprimé, tandis qu'un téléviseur pouvait en nécessiter plusieurs pour fonctionner. Les broches des composants étaient insérées dans des trous percés ( construction traversante) et l'assemblage se faisait par assemblage.
Années 1960 – L’ère des circuits intégrés et des PCB multicouches
Dans l'Antiquité, les circuits intégrés ont révolutionné la conception électronique. Ces puces de silicium renferment des milliers de composants. Grâce à elles, les appareils sont devenus plus rapides et plus fiables. Les circuits imprimés ont dû s'adapter pour accueillir ces circuits intégrés. Le nombre de conducteurs et de couches a considérablement augmenté. La taille des circuits imprimés a diminué à mesure que celle des puces diminuait. Les soudures sont devenues plus complexes. Avec les progrès de l'électronique, le besoin de précision s'est accru.
Années 1970 – Confusion entre PCB et biphényles polychlorés
Durant cette période, les polychlorobiphényles (PCB ) ont été confondus avec les circuits imprimés. Cette confusion a suscité des inquiétudes quant à la santé et à l'environnement. Pour éviter ce problème, on a utilisé l'appellation « cartes de câblage imprimé » (PCB) à la place de « circuits imprimés » (PCB). Ce changement a permis de clarifier la situation et de réduire les malentendus. Heureusement, les PCB ont été progressivement éliminés au cours des années 1990, et ce changement de nom est resté en vigueur jusqu'à cette date. La confiance du public reposait sur une terminologie claire.
Années 1970 à 1980 – Développement du vernis épargne
L'utilisation de revêtements conformes est devenue essentielle pour les circuits imprimés (PCB). Ces revêtements ont permis de réduire la corrosion des pistes et des composants. Les revêtements conformes modernes sont similaires aux composés époxy utilisés initialement. Par la suite, des masques de soudure polymères minces ont été mis au point. Le soudage est devenu plus facile et les courts-circuits entre les circuits ont été supprimés grâce à ces masques. Cette innovation a permis de concevoir des circuits plus denses. Enfin, des revêtements polymères photosensibles ont été créés. Ils pouvaient être gravés sur les circuits et ensuite modifiés par exposition à la lumière.
Années 1980 – La technologie de montage en surface (CMS) révolutionne l'assemblage de circuits imprimés
Une nouvelle technologie d'assemblage a vu le jour : la technologie de montage en surface (CMS) . Auparavant, tous les composants des circuits imprimés étaient reliés par des fils conducteurs. Ces fils étaient soudés dans des trous percés dans les circuits imprimés, occupant ainsi l'espace réservé au routage des pistes. Avec la technologie CMS, où les composants sont soudés directement, cette situation a changé. Les trous ont donc été supprimés. Initialement appelée « montage planaire », la technologie CMS a été présentée par IBM en 1960. Plus tard, la NASA a adapté cette conception pour l'ordinateur de bord numérique de son lanceur. La technologie CMS a contribué à l'amélioration des normes industrielles, augmentant les performances et réduisant les coûts de fabrication.
Années 1990 – Le rôle des logiciels de CAO/FAO dans la miniaturisation des circuits imprimés
Les PCB ont commencé à rétrécir en taille. La raison en est la popularisation des logiciels de CAO/FAO. Il s'agit d'un logiciel qui permet de concevoir des PCB facilement et rapidement. De nombreuses étapes de conception sont automatisées. Il permet de réaliser des conceptions avec des composants plus petits et plus courts. Entre-temps, les fournisseurs mettent à niveau leurs appareils. Ils se concentrent sur l'efficacité et la faible consommation d'énergie. Ils recherchent également une plus grande fiabilité et des coûts plus bas. Les PCB deviennent encore plus petits grâce à des connexions plus petites. Cette tendance à la miniaturisation continue d'affecter l'industrie telle que nous la connaissons aujourd'hui.
Années 2000 – Circuits imprimés multicouches et flexibles
Les circuits imprimés ont beaucoup évolué. Plus petits et plus légers, ils sont devenus plus complexes, notamment grâce à l'augmentation considérable du nombre de couches. C'est ainsi qu'ont émergé les circuits imprimés multicouches et flexibles . Ces conceptions offrent davantage de fonctionnalités à de nombreux appareils électroniques, tout en augmentant leur taille au maximum. De plus, elles permettent de réduire les coûts. Les circuits imprimés s'intègrent dans des espaces réduits et offrent une grande flexibilité de conception.
Les circuits imprimés que nous connaissons tous aujourd'hui
Les circuits imprimés ont désormais une nouvelle réputation. Fini les circuits imprimés chimiques ! On les appelle simplement circuits imprimés. Dans l'industrie, on utilise couramment les termes « circuit imprimé » et « carte de fils imprimés ». Mais les circuits imprimés sont déjà bien implantés. Ils continuent d'évoluer et deviennent toujours plus petits et complexes. Les circuits imprimés rigides-flexibles sont aujourd'hui très répandus. Dans cette conception, les couches rigides et flexibles sont combinées. Ainsi, les circuits imprimés rigides-flexibles sont plus fins et peuvent être intégrés dans des espaces réduits.
L'avenir et les tendances du marché des PCB
La taille du marché devrait atteindre 76.12 milliards USD. En fait, elle pourrait atteindre 93.87 milliards USD d'ici 2029. Cela signifie que l'entreprise connaîtra une croissance de 4.28 % par an. Plusieurs facteurs de croissance sont à l'origine de cette croissance. Tout d'abord, les gens utilisent des appareils électroniques. Ensuite, la technologie évolue. Troisièmement, la demande mondiale de connectivité augmente. L'industrie des PCB est sur le point de connaître un rebond en 2023, en baisse par rapport à l'année dernière. Ce rebond sera porté par les innovations.
FAQ sur l'histoire des PCB
Comment le PCB est-il passé du monde militaire au monde grand public ?
Tout a commencé après l’attaque de Pearl Harbor en décembre 1941. Une meilleure communication aurait pu aider l’armée américaine à apprendre. Au cours de la Seconde Guerre mondiale, les Britanniques ont découvert un dispositif connu sous le nom de détonateur de proximité. Ce dispositif permettait aux obus d’artillerie d’atteindre leurs cibles avec précision. Mais dans les années 1970, ces dispositifs étaient devenus indispensables à toutes sortes d’ordinateurs et de gadgets domestiques. Presque tous les appareils électroniques que vous utilisez aujourd’hui contiennent des circuits imprimés. C’est dire à quel point ils ont évolué par rapport à leurs origines militaires.
Quelles sont les tendances actuelles en matière de technologie PCB ?
L'industrie des circuits imprimés (PCB) est en pleine mutation. L'impression 3D y joue déjà un rôle déterminant. Cette technologie transforme en profondeur les méthodes de fabrication des PCB. Les recherches futures pourraient se concentrer sur des matériaux écologiques, comme le papier pour les circuits imprimés. Les fabricants privilégieront également des formats plus compacts , offrant une capacité accrue. On observera une augmentation du nombre de puces intégrées et de cartes en plastique moulé avec composants intégrés. Ces tendances devraient stimuler la croissance du secteur des PCB dans les années à venir.
Quelle est l'histoire de la gravure de PCB ?
La gravure sur PCB remonte à 1913. Arthur Berry, inventeur anglais, a breveté l'impression et la gravure. Il a montré comment fabriquer des circuits en gravant le métal. Il a également illustré comment mettre une couche de résistance sur le métal, puis le graver. C'était bien mieux que de découper, où les angles étaient très tranchants.
Pourquoi certains PCB sont-ils noirs ?
Le vernis épargne donne sa couleur au circuit imprimé. Les fabricants l'utilisent pour protéger les pistes de cuivre. Il empêche l'oxydation (ou rouille) et la formation de ponts de soudure. De nombreuses couleurs sont disponibles, mais le vert est la plus courante. Le noir est également très répandu. Certains fabricants produisent des circuits imprimés noirs pour des produits électroniques spécifiques. Prenons l'exemple des fabricants de cartes mères d'ordinateurs qui utilisent différentes couleurs sur leurs produits. Une carte mère haut de gamme pour le jeu peut être noire , tandis qu'une carte mère d'entrée de gamme peut être verte . Ce n'est pas la couleur du circuit imprimé qui importe : elle n'affecte ni la qualité ni les performances.
Conclusion
Pour résumer, nous avons discuté de l'histoire des PCB et de l'histoire des PCB. Vous avez appris ce que sont les PCB et comment ils sont utilisés dans l'électronique moderne d'aujourd'hui. Vous avez discuté de personnages clés comme Charles Ducas et Paul Eisler, des jalons majeurs, de l'invention de la conception des circuits imprimés. Un autre point clé est l'avancement de la technologie comme la technologie de montage en surface et les PCB flexibles. De plus, cet article de PCBTok explore également l'évolution future des PCB et donne des réponses aux questions les plus fréquemment posées.
