Un guide complet pour les concepteurs de circuits imprimés pour choisir la bonne carte de circuit intégré

Introduction

Les cartes à circuits intégrés pourraient vous intéresser. Cet article s'efforcera d'expliquer en détail leurs caractéristiques, leur fonctionnement, leurs types et leurs applications. Sur PCBTok, nous aborderons toutes les spécifications relatives à ces cartes. Vous pourrez ainsi identifier leurs composants, leurs différents types et bien plus encore.

Qu'est-ce qu'une carte CI et comment peut-elle fonctionner ?

Il s'agit d'un type de circuit imprimé unique. Ses composants électroniques sont intégrés directement sur sa surface. Le processus consiste généralement à souder le circuit intégré sur le circuit imprimé, ainsi que d'autres composants tels que des résistances , des condensateurs et des transistors . Ces composants sont interconnectés par des pistes qui assurent la transmission des signaux. Cette connectivité permet au circuit imprimé de remplir diverses fonctions au sein de l'appareil dans lequel il est intégré.

Pièces IC communes

Maintenant que nous avons compris ce que sont exactement les cartes IC, laissez-moi essayer de décrire en détail ce qui les compose. Dans cette partie, nous verrons en détail les pièces qui composent les cartes IC et comment chacune d'elles contribue à améliorer les performances des cartes.

Céramique

Les composants en céramique sont très largement utilisés dans les cartes de circuits intégrés, notamment pour les dispositifs de 5 mm et plus. Cela permet de réduire la taille et la miniaturisation des produits, les rendant ainsi plus légers et améliorant leur efficacité. La céramique offre également une bonne conductivité thermique grâce à sa faible conduction de chaleur, favorisant ainsi le refroidissement des composants. Il a été constaté qu'une fine couche de fibres céramiques déposée sur la face arrière de la carte PCBA permet de bloquer efficacement la chaleur. Pour ces raisons, la céramique est un excellent matériau pour optimiser les performances énergétiques et contrôler la température des cartes de circuits imprimés.

Boîte métallique miniature mince

Dans les circuits où l'espace est limité, les boîtiers métalliques miniatures fins (MMC) sont privilégiés et utilisés comme composants intégrés. Ces composants peuvent être connectés aux circuits intégrés par des fils conducteurs ou des plots de soudure fins, ce qui les rend utiles dans de nombreuses applications. Idéales pour les amplificateurs de puissance , les régulateurs de tension, les convertisseurs CC-CC et les oscillateurs, les composants de la série ML se caractérisent par une faible tension directe, un rendement élevé et une longue durée de vie. Grâce à leurs dimensions réduites, ils permettent un gain de place considérable tout en offrant une efficacité optimale.

SMD

Ce sont des composants minuscules montés directement sur la surface du circuit imprimé et ne nécessitant aucune soudure. Ils sont largement utilisés dans tous les circuits numériques , notamment pour la mise en œuvre des procédures logiques et de mémoire employées dans de nombreux appareils électroniques. L'utilisation de composants CMS permet ainsi de gagner de la place et de simplifier l'assemblage, car il n'est pas nécessaire de percer des trous comme avec d'autres composants classiques. Ceci permet de concevoir des circuits plus compacts et plus performants. Les composants CMS sont largement utilisés dans l'électronique moderne en raison de leur capacité à intégrer la plupart des composants de manière compacte, ce qui permet de concevoir des appareils plus petits, plus légers et plus efficaces.

Composants de trou traversant

Il s'agit des composants de grande taille que l'on rencontre généralement dans les appareils de 5 mm et plus. On y trouve notamment des résistances, des condensateurs, des diodes et des transistors. Ils sont insérés dans les trous percés dans le circuit imprimé afin d'assurer l'interconnexion électrique. De par leur taille, ils sont plus faciles à ajuster et à souder manuellement. Ils sont utilisés lorsque la conception offre suffisamment d'espace et qu'une connexion robuste est requise. Les composants traversants sont particulièrement avantageux lorsqu'une connexion mécanique solide est nécessaire et peuvent donc être utilisés dans des conditions exigeantes.

BGA

On utilise cette technologie lorsque l'on recherche une fiabilité et des performances maximales, notamment pour les ordinateurs et les téléviseurs numériques. Les BGA, dont la taille varie de 25 à 500 micromètres, offrent des performances élevées grâce à la faible distance entre la puce de silicium et les billes de soudure. Cette conception réduit la latence du signal et améliore l'efficacité globale du réseau. Les BGA se caractérisent également par des broches courtes et un espacement important entre elles, ce qui les rend parfaitement adaptées aux applications sur circuits imprimés haute vitesse à forte densité de circuits.

Flip Chip

Il s'agit de petits circuits intégrés de 5 mm et plus, utilisés dans divers équipements tels que les convertisseurs numérique-analogique , les circuits de mémoire, les microprocesseurs et les microcontrôleurs . Contrairement aux puces classiques, les puces Flip Chip sont placées face contre face sur le circuit imprimé, sans connexion par fil. Cette méthode permet une densité d'E/S plus élevée et donc l'intégration d'un plus grand nombre de connexions sur une puce plus petite.

Pack plat quadruple

Ces composants sont utilisés dans les smartphones et les ordinateurs portables. Ils sont dotés de broches en forme d'aile de mouette, qui dépassent de chaque côté du boîtier. Contrairement aux composants insérés par des ouvertures, les QFP sont montés directement sur la surface du circuit imprimé, ce qui rend l'utilisation de supports relativement rare. Ils sont disponibles en différents modèles selon le nombre de broches, allant de 32 à 304. L'espacement entre deux broches consécutives peut varier de 0,4 à 1,0 mm. Cette conception permet de nombreuses connexions tout en conservant un format compact et flexible.

Petit paquet en céramique

Dans les appareils comme les smartphones et les ordinateurs, où chaque centimètre compte, la présence de nombreux composants reste essentielle. Ces boîtiers compacts sont conçus pour accueillir ces composants et s'intègrent donc parfaitement dans les espaces restreints. Conçus pour résister aux hautes températures et conformes aux spécifications militaires, ils offrent une fiabilité optimale, même dans des conditions extrêmes. Leur conception, basée sur des interconnexions optimisées et un faible rayonnement, réduit la latence du signal et améliore le fonctionnement du système. De plus, ils protègent les composants des agressions extérieures et garantissent une grande durabilité.

Dispositif de montage en surface à profil bas

Parmi les composants électroniques modernes, notamment lorsque l'espace est limité, figurent les inductances de puissance bobinées. Disponibles en versions à cadre ouvert ou blindées, ces inductances s'adaptent à diverses applications. Elles servent principalement de réservoirs d'énergie et de sélecteurs, éléments essentiels au maintien des performances et de la stabilité des circuits. Les composants CMS à profil bas s'intègrent parfaitement aux cartes de circuits imprimés utilisées dans l'électronique grand public et commerciale économique . Faciles à monter sur différentes cartes, elles n'occupent que très peu d'espace, un atout majeur en électronique moderne.

Différentes façons de monter des cartes de circuits intégrés

Examinons maintenant les différentes manières de monter des circuits imprimés. Il est nécessaire de comprendre ces méthodes de montage pour créer des gadgets électroniques PCB fiables et efficaces.

À travers le trou

Une méthode de fixation des circuits intégrés sur un circuit imprimé consiste à insérer leurs broches dans des trous métallisés. Cette méthode est privilégiée lorsqu'une connexion très robuste est requise sur certains composants, ce qui facilite leur manipulation lors de l'assemblage. L'espacement entre les composants, qui simplifie le soudage manuel, constitue un autre avantage. Cette technique minimise les risques de courts-circuits ou de ponts entre les broches, fréquents avec les petits composants rapprochés comme les circuits intégrés. Elle contribue également à réduire la fréquence des réparations et des corrections après le montage et le raccordement de l' alimentation.

Montage en surface

L'une des techniques les plus utilisées pour fixer les circuits intégrés (CI) sur la surface d'un circuit imprimé (PCB) est le montage en surface (CMS). Dans cette approche, les composants sont placés à des emplacements précis sur la carte, puis interconnectés par brasage au refusion. Cette technique, souvent appelée montage en surface, présente de nombreux avantages. Plus important encore, le CMS permet une conception de circuit imprimé relativement compacte, car ses composants sont installés à plat sur la carte. Outre le gain de place, cela permet également une densité d'intégration plus élevée des composants. De plus, le processus de brasage au refusion assure des liaisons excellentes et très fiables entre les composants et le PCB. Un autre avantage de la technologie de montage en surface réside dans son efficacité sur les chaînes de production, car elle permet de libérer facilement de l'espace en cas de besoin d'augmentation de la production à grande échelle.

Réseau de grille à billes

Une caractéristique essentielle du brasage BGA réside dans la présence de billes de soudure sous les composants sur les cartes de circuits intégrés. Lors du brasage, ces billes fondent et permettent le passage du courant. La fusion de la soudure assure le maintien des composants sur le circuit imprimé (PCB). La pâte à braser maintient et fixe les composants en place, puis, en refroidissant et en se solidifiant, elle leur offre un support. Ce procédé exige une grande précision lors de sa mise en œuvre. Le brasage BGA est généralement réalisé à l'aide de systèmes tels que des fours de refusion, contrôlés par ordinateur afin de maintenir la température optimale pour un brasage de qualité.

Circuit intégré petit contour (SOIC)

Un profil beaucoup plus fin que celui des cartes CI conventionnelles. On dit qu'elles sont environ 30 à 50 % plus petites et environ 70 % plus fines que celles de taille traditionnelle. Il est également possible de trouver des SOIC avec le même nombre de broches que les DIP, ce qui permet de les remplacer facilement sans impact sur les circuits. Les SOIC vous permettent d'utiliser efficacement l'espace de la carte en économisant de l'espace, ce qui est très important pour les petits instruments électroniques. Ils exécutent des fonctions que des boîtiers plus grands peuvent exécuter, mais ils sont plus petits que ces derniers.

Porte-puce plombé en plastique (PLCC)

Il s'agit d'un boîtier de puce qui se présente sous une forme profilée et possède des fils en forme de « J » qui sont courbés autour de la périphérie extérieure. Ces fils en « J » ne sont pas les mêmes que les fils en aile de mouette que nous avons vus dans des boîtiers tels que le SOIC car ils consomment moins de PCB. Le principal avantage des PLCC est qu'ils sont plus adaptés à une utilisation lorsqu'il y a moins d'espace sur la carte de circuit imprimé. Ceux-ci sont appelés fils en « J » et ils aident à concevoir une connexion solide tout en consommant peu d'espace. Cette caractéristique génère non seulement un travail d'installation simple pour le PLCC, mais contribue également grandement à un agencement ordonné dans la carte PCB. L'utilisation d'un PLCC peut être très utile dans votre processus d'assemblage car les fils en « J » facilitent l'alignement et réduisent la possibilité d'erreurs couramment commises lors de la soudure.

Applications des cartes IC

Les cartes à circuit intégré jouent un rôle important, notamment dans la fonctionnalité de tout gadget simple ou d'un système complexe. Il s'agit de l'utilisation générale des cartes à capital émises et elle a été présentée comme suit :

• Industriel Automatisation
• Systèmes de contrôle industriels
• Médical Équipement
• Systèmes mécaniques
• Applications des systèmes sous vide
• Équipement de test
• Contrôle des appareils électriques

Processus d'installation de la carte IC

Il est très important de savoir comment installer correctement la carte CI afin que l'électronique puisse fonctionner comme prévu. Cela implique une bonne planification, des essais et une mise en œuvre efficace de chaque étape pour éviter les erreurs lors de la connexion entre les CI et le PCB.

Étape 1 : Préparation de l'installation

Assurez-vous que la carte mère n'est connectée d'aucune manière et que tous les composants ne sont pas alimentés. Le sertissage est important pour la protection du produit pendant le transport. Repérez le composant recherché sur le circuit imprimé grâce aux encoches ou aux marques présentes sur la puce afin de garantir une insertion correcte du circuit intégré.

Étape 2 : Utiliser les bons outils

Pour une bonne connexion, utilisez un fer à souder de haute précision et le matériau de soudure approprié. Pour les petits composants, comme les supports de circuits intégrés, utilisez une pince à épiler ; pour l'extraction, un extracteur de circuits intégrés est recommandé. Testez la connexion au multimètre . Portez toujours des protections telles que des lunettes de protection et un bracelet antistatique.

Étape 3 : Manipuler les composants avec précaution

Lors de la manipulation de circuits intégrés et de circuits imprimés, soyez prudent car ils sont fragiles. De minuscules quantités peuvent facilement casser ou tordre les broches du circuit intégré, ce qui à son tour affectera les performances de la carte. Ne faites pas de mouvements rapides et brusques et assurez-vous que votre lieu de travail est propre pour réduire les risques d'accident.

Étape 4 : Maintenir les contacts propres

Assurez-vous que la carte CI est propre lorsque vous effectuez l'étape 4 de la procédure. Étant donné que même une petite quantité de poussière ou d'huile peut affecter la carte et l'appareil contrôlé par le CI, portez un EPI pour protéger la carte de toute contamination.

Étape 5 : Gérer les techniques de soudure

Pour dessouder un circuit intégré, chauffez les points de soudure puis aspirez la soudure à l'aide d' une pompe à dessouder ou d'une tresse à dessouder. Utilisez une pince à épiler pour les circuits intégrés sur support, et un extracteur de circuits intégrés pour les circuits intégrés CMS. Manipulez-le avec précaution, sans plier les broches ni les pastilles, et évitez d'exercer une force sur la carte mère pour ne pas la rayer.

Étape 6 : Protection du circuit intégré pendant l'installation

Lors de l'installation des cartes CI, il faut être très prudent afin de ne pas endommager la carte pour éviter les ponts de soudure qui peuvent entraîner des courts-circuits à l'étape 6. Il est conseillé d'utiliser un fer à souder à pointe fine et d'appliquer la soudure avec beaucoup de précision. Si des ponts apparaissent, il est recommandé d'utiliser une mèche à souder et d'éliminer l'excès de soudure ainsi que de résoudre le problème.

Étape 7 : Test après l'installation

Tout d'abord, allumez et éteignez l'alimentation et utilisez un multimètre pour vérifier la carte IC. Le premier doit être soudé au plan de masse de la carte de circuit imprimé, le second doit être soudé à la source d'alimentation. Allumez l'alimentation et vérifiez les relevés de tension. Si elle est inexacte, il faut rechercher des problèmes qui pourraient inclure une connexion ou une soudure desserrée ou incorrecte.

Les avantages de l'installation de circuits intégrés sur des PCB

Le placement de circuits intégrés sur des PCB présente de nombreux avantages importants. Il s'agit notamment de l'amélioration de la fonctionnalité et de l'efficacité des appareils électroniques. Tous ces facteurs sont importants dans le développement de nouvelles technologies ainsi que dans la réduction des dépenses.

• Miniaturisation – peut permettre de créer des modèles plus petits et plus compacts, nécessaires dans le monde électronique d'aujourd'hui, comme les montres intelligentes.
• Conception électronique simplifiée – la conception du circuit devient plus facile car plusieurs fonctions sont intégrées dans un seul élément.
• Applications/usages étendus – il dispose d’une large gamme d’applications qui incluent l'électronique grand public, équipements industriels etc.
• Les circuits intégrés sont abordables – En raison de la production à grande échelle des circuits intégrés, les coûts des circuits intégrés sont réduits et doivent être intégrés au PCB.

Processus de fabrication de cartes de circuits intégrés

Ce procédé pour les circuits intégrés commence avec une plaquette de cristal de silicium servant de base. Au départ, une couche de film est appliquée sur la plaquette, qui déterminera plus tard la disposition des transistors de câblage et des autres composants du circuit intégré. Une fois le film fixé, la plaquette est recouverte d'un matériau appelé « résine ». Ce revêtement agit comme une barrière pour les sections du film tout en permettant l'exposition à la lumière dans des zones spécifiques. En raison de la sensibilité de la résine, les régions exposées à la lumière subiront des modifications pour créer des motifs sur la plaquette. Après l'application de la résine, la plaquette subit des procédures de gravure pour éliminer des parties du film, laissant derrière elles les motifs nécessaires à la fonctionnalité du circuit.

Choisir une carte IC adaptée

Comme il a été souligné à propos de la création d'un nouveau produit ou de l'amélioration d'un produit existant, le choix de la bonne carte de circuit imprimé joue souvent un rôle crucial dans l'amélioration des performances du produit ainsi que dans l'augmentation du nombre de fonctions qu'il peut exécuter. Nous allons maintenant comprendre les aspects importants à prendre en compte lors du choix d'une carte de circuit imprimé.

• Alimentation – vous devez vous assurer que la carte IC que vous avez sélectionnée s’adapte bien à l’alimentation PCB afin de ne pas être compromis.
• Speed – vérifiez si la carte IC a la vitesse adaptée au traitement de vos applications.
• Exactitude – confirmez que votre carte IC est précise et ne tombe en panne à aucun moment.
• Taille – prendre en compte la taille de la carte IC et celle du PCB et la rendre plus petite en fonction des besoins de l'électronique miniature.
• Prix – confirmer si ce qui est nécessaire pour concevoir un circuit intégré coûteux ou ce qui est fourni dans une carte de circuit intégré à faible coût est abordable pour vous.

Types de dommages aux circuits intégrés courants et comment les éviter

Maintenant, dans cette partie de l'article, nous examinerons le type de dommage le plus fréquent qui affecte les cartes IC telles que :

Dommages électriques

Lors de la manipulation de cartes de circuits intégrés, il est impératif d'être extrêmement prudent avec l'électricité. L'électricité statique peut atteindre un potentiel d'environ 20000 3 volts, tandis que la plupart des circuits intégrés sont conçus pour fonctionner sous des tensions de 3 V, 5 V ou 15 V. Ces composants sont très sensibles et même une légère surtension peut les endommager, par exemple en les perforant. Pour protéger vos appareils, il est conseillé d'utiliser des résistances ou des varistances afin de dissiper l'électricité statique et d'éviter tout dommage.

Dommages physiques

Lors de l'utilisation de cartes de circuits intégrés, il est essentiel de s'assurer de leur intégrité afin de garantir leur bon fonctionnement. La première étape pour qualifier un boîtier de circuit intégré consiste à vérifier l'absence de fissures ou d'ébréchures à sa surface. Ainsi, si le composant chauffe fréquemment, présente des traces de brûlure ou une décoloration, il s'agit d'un signe évident de surchauffe. Évitez également tout produit déformé ou tordu, car il pourrait être endommagé. La corrosion est un autre point important à surveiller : la formation de rouille ou de traces d'oxydation sur les broches peut entraîner une exposition à l'humidité. Inspectez les broches afin de détecter toute torsion ou rupture susceptible d'empêcher la connexion entre deux nœuds.

Qu'est-ce qui différencie le CI du PCB ?

Maintenant que vous connaissez les circuits intégrés, vous devez prendre en compte que les cartes de circuits intégrés sont différentes des cartes de circuits imprimés. Nous allons vous expliquer plus en détail ici :

Facteur de placement

La production de circuits intégrés consiste à graver des motifs sur un petit morceau de silicium. Cette puce constitue le cœur de nombreux appareils contenant un ensemble complexe de pièces fonctionnant en tandem pour fournir des fonctions. Le PCB tourne autour de la carte physique sur laquelle ces circuits et autres composants sont montés. Il fonctionne comme un moyen par lequel les connexions se produisent avec la participation de composants tels que le circuit intégré. Lorsqu'un circuit intégré est installé sur un PCB, il est soudé sur la carte dans le processus offrant un support à la puce. Il ne prend pas seulement en charge le circuit intégré, mais fournit également des canaux à travers lesquels les signaux peuvent être transmis, du circuit intégré et d'autres composants.

Dommages et remplacement

Les problèmes de PCB, comme les connexions lâches, impliquent souvent des solutions simples. Il vous suffit peut-être de souder un joint ou de réparer une piste endommagée. Cependant, lorsque plusieurs composants sont affectés ou que le problème est trop complexe pour être identifié, le remplacement de l'ensemble du PCB peut être la solution. Cela est particulièrement vrai si le PCB joue un rôle essentiel dans le système et que les dommages sont importants. Lorsqu'il s'agit d'un circuit intégré, l'approche est légèrement différente. Vérifiez les signaux aux bornes d'entrée et de sortie. Si aucun signal n'est détecté, vérifiez également la présence d'un signal de commande comme un signal d'horloge. Si ces signaux sont présents mais que le circuit intégré ne fonctionne toujours pas correctement, il est probable que le circuit intégré lui-même soit défectueux. Contrairement aux PCB, les circuits intégrés ne sont pas faciles à réparer. Dans de tels cas, vous devrez remplacer entièrement le circuit intégré au lieu d'essayer de le réparer.

Réponses aux questions courantes sur les circuits intégrés

Vous connaissez presque tout sur les circuits intégrés, mais vous avez peut-être encore des questions :

Qu'est-ce qu'une carte de test IC ?

Ce test est effectué entre le circuit intégré et une tête de test qui est à son tour connectée à l'équipement de test automatisé. La carte de test du circuit intégré vérifie également la fonctionnalité du circuit intégré en soumettant le circuit intégré à des conditions réelles. Elle permet d'identifier les problèmes liés au contrôle interne. Il est fort probable que ces problèmes proviennent de la phase de test, de conception ou de fabrication. Lorsque vous travaillez avec une carte de test de circuit intégré, les normes de mesure suivantes doivent toujours être prises en considération.

Qu'est-ce qu'une carte IC dans un mobile ?

Un téléphone est doté de plusieurs circuits intégrés qui lui sont intégrés à des fins diverses. Le circuit intégré Flash, situé à côté du processeur, stocke les logiciels et les données nécessaires à son fonctionnement. Le circuit intégré de charge, situé près de R22, gère la charge de la batterie de manière très efficace et sûre car il est contrôlé par le circuit intégré logique, qui contrôle les tâches et la coordination.

Conclusion

En conclusion, cet article examine les aspects des cartes de circuits intégrés. Cela inclut leurs fonctions et les types de dommages qui peuvent les affecter. Nous avons également discuté de la différence entre les circuits intégrés et les PCB. Nous avons également parlé des cartes de test de circuits intégrés et de leur fonction dans l'identification des problèmes qui se produisent dans les circuits et nous avons partagé des conseils utiles concernant l'entretien et la réparation de ces pièces vitales.