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Introduction
Une carte de câblage imprimé (PWB) est un terme ancien désignant une carte comportant des connexions point à point simples. Une carte de circuit imprimé (PCB) désigne une carte moderne dotée de circuits électroniques complexes. Toute personne travaillant dans le domaine de l'électronique se doit de comprendre la différence entre les circuits imprimés (PWB et PCB). Ce guide vous permettra de comprendre leurs définitions, leurs procédés de fabrication et leurs principales applications, afin de faire un choix éclairé pour votre prochain projet.
Qu'est-ce qu'un PWB ?
Une carte de circuit imprimé (PCB) est essentiellement la structure sur laquelle un circuit électronique est construit. Son rôle est d'assurer le support mécanique et la connexion électrique de ses composants via des pistes conductrices, ou « fils ». On peut la considérer comme la structure de base permettant les connexions point à point d'un circuit simple avant l'intégration des composants.
PWB signifie « Printed Wire Board » (carte de circuit imprimé), qui représente une étape préliminaire d'un circuit électronique. Avec les progrès technologiques et l'ajout de composants et de couches conductrices sur les deux faces de la carte, l'industrie a abandonné le terme « PWB » au profit de « PCB » afin de mieux refléter la complexité de la conception du circuit. Une fois tous les composants soudés sur une carte PWB, on parle d'assemblage de câblage imprimé (PWA).
Qu'est-ce qu'un PCB?
A PCB (circuit imprimé) Il s'agit du support mécanique ou du chemin conducteur pour les composants électriques ou électroniques. Grâce à son réseau de pistes, de pastilles et de plans de masse en cuivre, on réalise un circuit fiable et compact. Cette conception permet de créer des systèmes électroniques complexes dans un format réduit, que l'on retrouve dans quasiment tous les appareils électroniques que nous utilisons aujourd'hui.
Un circuit imprimé (PCB) est constitué de plusieurs couches conductrices de cuivre laminées sur un substrat isolant. Pour éviter les courts-circuits, le cuivre est recouvert d'un vernis épargne protecteur. Une sérigraphie est souvent imprimée sur le dessus pour indiquer l'emplacement des composants. Après cette étape de fabrication, le circuit imprimé vierge est prêt pour l'assemblage. Une fois les composants soudés, il devient un circuit imprimé. Assemblage de carte de circuit imprimé (PCBA)
Différences clés entre PWB et PCB
La comparaison entre les cartes de circuits imprimés (PWB) et les cartes de circuits imprimés (PCB) repose principalement sur le contexte et la complexité de conception. Les PWB peuvent être considérées comme une version ancienne des cartes de circuits imprimés. À l'inverse, les PCB constituent une norme plus récente, utilisée dans des circuits plus complexes et avancés où l'agencement des composants fait partie intégrante du circuit.
Terminologie et utilisation
L'abréviation PWB (Printed Wiring Board) est principalement une référence historique et n'est plus utilisée dans la plupart des pays. En 1999, l'IPC a normalisé le terme PCB (Printed Circuit Board) comme nomenclature électronique correcte. Ce terme est devenu la norme industrielle universelle. Au Japon, on continue d'éviter l'acronyme PWB afin d'éviter toute confusion avec un composé chimique au nom similaire.
Complexité de la conception
La définition de PWB s'applique aux cartes plus simples, privilégiant un câblage point à point basique. Leur conception repose principalement sur la structure mécanique et des connexions simples. À l'inverse, les PCB sont beaucoup plus complexes : l'agencement des composants fait partie intégrante du circuit. Pour garantir un fonctionnement optimal, il est essentiel de concevoir avec soin la largeur des pistes, le placement des composants et l'organisation des différentes couches.
Techniques de fabrication
Les deux types de cartes sont fabriqués par gravure du cuivre à partir d'un substrat, mais les procédés respectifs appartiennent à des époques différentes. La production de circuits imprimés est liée au procédé plus ancien, plus simple, de création des connexions initiales sur des cartes nues. La CAO est essentielle pour la haute précision de la fabrication actuelle des circuits imprimés. Il est désormais possible de fabriquer les cartes épaisses et multicouches requises par l'électronique moderne.
Quels matériaux sont utilisés pour produire les cartes de circuits imprimés (PWB et PCB) ?
En superposant des couches de matériaux conducteurs et non conducteurs, on fabrique des circuits imprimés (PWB et PCB). Le type de matériau choisi pour le circuit imprimé, par exemple le cuivre pour les pistes, FR-4 Le choix du substrat dépend entièrement des exigences de votre application, notamment en termes de performance, de dissipation thermique et de coût. Ces matériaux assurent les fonctions électriques et structurelles.
Couches conductrices
Les pistes utilisées pour transporter les signaux électriques sur la carte de circuit imprimé sont constituées de matériaux conducteurs. Le cuivre est fréquemment utilisé par les professionnels du secteur car il est économique et offre une excellente conductivité électrique. Pour la plupart des conceptions de cartes de circuits imprimés, le cuivre représente le meilleur compromis entre performance et coût. Des métaux plus onéreux, tels que l'argent ou l'or, peuvent être utilisés pour des applications spécifiques et hautes performances.
Substrat non conducteur
Le substrat non conducteur constitue la base rigide assurant l'isolation et la structure physique de la carte. Le matériau le plus fréquemment utilisé est le FR-4, un composite époxy-fibre de verre ignifugé. Pour les applications haute puissance générant beaucoup de chaleur, un substrat céramique offre une excellente conductivité thermique, permettant de maintenir les composants à une température minimale.
Préimprégné pour collage
Pour lier différentes couches afin de former une seule unité dans planches multicouchesOn utilise du préimprégné. Un préimprégné est une feuille de fibre de verre préalablement imprégnée de résine. Lors de sa fabrication, la résine est fondue sous l'effet de la chaleur et de la pression, ce qui permet à la couche conductrice de se lier à la couche de substrat et de former ainsi un circuit imprimé solide et durable.
Revêtements protecteurs et soudure
Des revêtements protecteurs sont appliqués sur la carte pour garantir sa fiabilité et faciliter l'assemblage. Lors de la fabrication du circuit imprimé, un vernis épargne vert est appliqué sur les pistes de cuivre afin d'éviter les ponts de soudure et la corrosion. Pour souder les composants du circuit imprimé, on utilise un fil à souder, un alliage métallique qui, fondu par la chaleur sur les pastilles, forme des liaisons électriques et mécaniques robustes.
Quelles finitions de surface peuvent être appliquées aux circuits imprimés (PWB ou PCB) ?
On recouvre le cuivre exposé d'une carte de circuit imprimé d'une finition de surface afin de créer un revêtement protecteur. Ce revêtement empêche l'oxydation du cuivre et offre une surface propre pour le soudage des différents composants. Vous pouvez choisir une finition comme… HASL or ENIG Cela dépendra des besoins et du budget de votre projet.
Pourquoi avez-vous besoin d'une finition de surface ?
L'application d'une finition de surface répond à deux objectifs principaux : la protection et la soudabilité. La finition protège les pastilles de cuivre et empêche l'oxydation de perturber le fonctionnement du circuit imprimé. Elle assure également une surface parfaite, permettant ainsi un soudage fiable des composants lors de l'assemblage.
Types courants de finitions de surface
Il existe de nombreuses options pour obtenir une finition de surface ; cependant, elles se répartissent généralement en deux catégories : métalliques et organiques. Parmi les finitions métalliques courantes, on trouve le nivellement par brasage à air chaud (HASL), le nickelage chimique par immersion à l'or (ENIG) et l'étain ou l'argentage par immersion. La principale option organique est… Conservateur de soudabilité organique (OSP), qui offre un revêtement protecteur plus facile à appliquer et sans plomb.
Comment choisir la bonne finition
De nombreux facteurs influencent le choix de la finition de surface optimale. Il est essentiel de prendre en compte le coût total, le type de composants utilisés et la durabilité requise du produit final. La complexité de la conception du circuit imprimé et le volume de production auront également un impact sur le choix de la finition la plus pratique et économique pour votre application.
Composants courants montés sur circuit imprimé et carte de circuit imprimé
Un circuit imprimé est considéré comme fonctionnel une fois assemblé avec différents composants électroniques. Résistances, condensateurs, inductances et diodes sont les composants électroniques de base qui contrôlent le courant qui les traverse. Toute personne concevant un système électronique se doit de connaître ces notions fondamentales.
Résistances
Une résistance sert à contrôler ou à limiter le courant électrique circulant dans un circuit. Elle convertit l'excédent d'énergie électrique en chaleur. Le type le plus courant est la résistance axiale. Elle possède des bornes à chaque extrémité et utilise des anneaux de couleur pour indiquer sa valeur.
Condensateurs
Un condensateur fonctionne comme une petite pile dans un circuit : il stocke une charge électrique pendant un court laps de temps et la restitue lorsque d'autres parties du circuit en ont besoin. On l'utilise généralement pour stabiliser la tension ou pour des applications de temporisation. Il accumule une charge sur deux couches conductrices séparées par un matériau isolant ou diélectrique.
Inductances
Une bobine d'induction peut stocker de l'énergie dans un champ magnétique lorsqu'un courant électrique la traverse. Dans sa forme la plus simple, une bobine d'induction est constituée d'un enroulement de fil. Plus le nombre de spires est élevé, plus sa capacité est importante. Les bobines d'induction sont utilisées pour le filtrage des signaux et la régulation de puissance.
Diodes
Une diode ne laisse passer le courant que dans un seul sens. Elle se comporte comme une voie à sens unique pour l'électricité. Le courant circule de l'anode à la cathode. Cette propriété permet de protéger les composants d'un circuit contre les inversions de polarité. Un exemple courant est la diode électroluminescente (DEL), qui émet de la lumière lorsqu'elle est correctement polarisée.
Processus d'assemblage des cartes de circuits imprimés et des circuits imprimés
Le processus de transformation d'une carte nue en un circuit fonctionnel s'appelle l'assemblage. On commence par appliquer de la pâte à braser et vérifier son dépôt. Ensuite, on place les composants et on chauffe la carte. Enfin, on crée des soudures permanentes. Un dernier contrôle permet de valider la qualité de l'assemblage et la fiabilité du produit.
Application de la pâte à souder
La première étape de l'assemblage d'un produit électronique consiste à appliquer de la pâte à braser sur les pastilles des composants de la carte nue. On utilise un gabarit, placé sur la carte, pour guider l'application de la pâte précisément aux endroits nécessaires. La pâte à braser, composée d'un mélange de particules de soudure et de flux, forme la liaison de soudure avec le composant.
Inspection de la pâte à souder (SPI)
Assurez-vous que la pâte à braser a été appliquée avant la pose des composants. L'une des étapes de contrôle qualité les plus critiques est l'inspection de la pâte à braser (IPB). Un scanner 3D automatisé mesure le volume, l'alignement et la hauteur de chaque dépôt de soudure. La détection des erreurs d'impression à ce stade permet de prévenir les défauts de soudure ultérieurs, tels que les courts-circuits ou les circuits ouverts.
Placer les composants
Après avoir inspecté la pâte à braser, vous placez les composants électroniques sur la carte. Grâce aux machines de placement automatisées, la fabrication moderne est plus rapide et plus précise que jamais. La machine dépose chaque composant avec précision sur son emplacement, où il adhère jusqu'à sa soudure.
soudage par refusion
La carte est soumise à un processus de brasage par refusion pour créer des connexions permanentes. Un convoyeur transporte la carte à travers un long four à zones de température variées. La pâte à braser fond dans la première zone de chauffe pour former les joints électriques sur le circuit imprimé. La brasure se solidifie ensuite dans une zone de refroidissement et est fixée définitivement.
Inspection et contrôle qualité
Une fois la soudure terminée, la carte doit être contrôlée afin de garantir sa qualité et de détecter d'éventuels défauts. De nombreux fabricants utilisent des systèmes d'inspection optique automatisée (AOI) à cette étape. La machine AOI utilise des caméras pour scanner la carte et identifier les composants mal alignés ou mal soudés. Ce dernier test confirme le bon fonctionnement de l'assemblage de la carte.
Quels sont les avantages de l'utilisation des circuits imprimés (PWB et PCB) ?
L'utilisation d'un circuit imprimé (PWB ou PCB) offre une base pratique et organisée pour la fabrication de vos équipements électroniques. Ces cartes sont compactes, économiques à produire et faciles à assembler. Puisque les deux termes désignent le même composant fondamental, vous bénéficiez des mêmes avantages majeurs. C'est pourquoi elles sont devenues la norme dans toute l'électronique moderne.
- Conception compacte et organisée : Il est possible de créer des circuits denses et complexes dans un espace réduit. Les pistes imprimées éliminent le besoin de câbles point à point encombrants, offrant ainsi une conception propre et compacte.
- Production de masse rentable : Les coûts de production, notamment pour les grandes séries, peuvent être considérablement réduits. Le processus d'assemblage automatisé est beaucoup plus rapide et plus reproductible que le câblage manuel, ce qui permet de réduire les coûts de main-d'œuvre et les erreurs.
- Fiabilité et durabilité : Vos composants sont solidement fixés pour résister aux chocs et aux vibrations lors de l'assemblage final. Comparées à un fil non fixé, les pistes conductrices fixes sont bien plus fiables et présentent moins de risques de court-circuit ou de rupture de connexion.
- Performances électriques constantes : Vous pouvez obtenir des performances électriques prévisibles et constantes. Une bonne conception permet de gérer et de minimiser le bruit électronique, garantissant ainsi le bon fonctionnement de votre circuit.
- Facilité de montage et de réparation : L'assemblage et la réparation seront grandement facilités. Les marquages sérigraphiés indiquent l'emplacement des composants et leur disposition simplifie la soudure initiale, ainsi que le dépannage ou les réparations ultérieures.
Applications des PWB et PCB
Le choix entre un circuit imprimé (PWB) et un circuit imprimé classique (PCB) dépendra de la complexité de votre projet. Les circuits imprimés sont utilisés pour les applications simples et à faible densité ne nécessitant qu'un câblage de base. En revanche, les composants électroniques compacts et performants d'aujourd'hui requièrent les capacités avancées des circuits imprimés pour fonctionner.
Applications PWB
Les applications à faible coût et aux fonctionnalités de base utilisent généralement des circuits imprimés. L'objectif principal de ces cartes était avant tout la performance des câbles point à point, et non la vitesse élevée et la miniaturisation.
- Électronique grand public: Des appareils simples comme les télécommandes, les calculatrices et les jouets.
- Alimentations: Convertisseurs AC/DC et chargeurs de batterie nécessitant une distribution d'énergie robuste.
- Contrôles industriels : Contrôleur de moteur, capteur de température et carte relais.
- Electronique automobile: Systèmes de base comme les commandes d'éclairage et les affichages simples du tableau de bord.
Applications PCB
Toute application nécessitant des performances élevées, un placement dense des composants et des conceptions de circuits complexes utilise des PCB, qu'il s'agisse d'un appareil que vous utilisez tous les jours ou d'un système critique exigeant fiabilité et fonctionnalités avancées.
- Ordinateurs et smartphones : Cartes multicouches haute densité pour le processeur et la mémoire
- Équipement de télécommunications : Routeurs, commutateurs et stations de base gérant les hautes fréquences
- Équipement médical: Ces systèmes comprennent notamment l'imagerie diagnostique, la surveillance des patients et l'électronique implantable.
- Aéronautique et Défense : L'avionique, les systèmes radar et les communications par satellite, qui doivent résister à des conditions extrêmes.
- Systèmes automobiles avancés : ECU et les systèmes avancés d'aide à la conduite (ADAS).
Choisir entre PWB et PCB
Le choix entre une carte de circuit imprimé (PWB) et une carte de circuit imprimé (PCB) dépend de la complexité du projet, des performances requises et du budget. Pour des applications simples et économiques, privilégiez une PWB ; pour des applications exigeantes et à forte puissance, optez pour une PCB. Vous choisissez ainsi la technologie la plus adaptée et la plus économique à vos besoins spécifiques.
Facteurs à considérer
Avant de prendre une décision, plusieurs éléments sont à considérer. La complexité du circuit est cruciale : un circuit simple peut être réalisé sur un circuit imprimé pré-composé (PWB), tandis qu'un circuit multicouche haute densité peut être réalisé sur un circuit imprimé classique (PCB). Les performances requises pour la fabrication du substrat (PCB ou PWB) doivent être conformes aux spécifications industrielles, et toutes les exigences doivent être prises en compte.
Considérations de coût et de budget
Votre budget sera un facteur déterminant dans votre choix entre les cartes PWB et PCB. Les PWB utilisent des matériaux moins chers et des procédés de fabrication plus simples ; elles sont donc plus économiques pour les petites séries. Les PCB sont plus coûteuses à fabriquer en raison de leur complexité. Cependant, elles sont plus économiques pour les productions en grande série grâce à leur processus de production automatisé.
Performance et fiabilité
Lorsque les exigences d'une application sont élevées, la performance est primordiale ; les circuits imprimés sont la solution. Ils garantissent une excellente qualité de signal pour les circuits à haute vitesse et une gestion thermique optimale des composants sensibles à la chaleur. Leur structure multicouche leur confère une grande stabilité et une meilleure résistance aux vibrations, assurant ainsi une longue durée de vie.
Autres termes liés au PWB et au PCB
Conditions générales relatives aux tableaux assemblés
Outre les termes de base PCB et PWB, l'industrie des circuits imprimés utilise d'autres expressions liées à l'assemblage. PCBA, CCA, PCA et PWA désignent tous des cartes fonctionnellement assemblées avec des composants soudés.
- PCBA (assemblage de circuits imprimés) : L'expression « PCB assemblée » désigne aujourd'hui une carte de circuit imprimé dont tous les composants sont déjà montés et soudés. Elle représente une carte entièrement fonctionnelle et équipée.
- PWA (Printed Wiring Assembly) : PWB est un terme plus ancien que PCBA, car les deux désignent la même chose. On peut le considérer comme une ancienne expression pour désigner une carte assemblée.
- PCA et CCA : L'assemblage de circuits imprimés (PCA) ou l'assemblage de cartes de circuits (CCA) sont des termes que vous pouvez également voir pour un PCBA, bien qu'ils soient moins courants.
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Conclusion
Bien que les termes PWB et PCB soient souvent utilisés indifféremment, il existe des différences historiques entre eux. Le PWB peut être considéré comme une version primitive du câblage simple, tandis que le PCB représente la norme moderne pour les circuits avancés actuels. Le choix entre une conception de PCB personnalisée et un module standard dépend également des spécifications de votre projet. Des aspects tels que la complexité de la conception, les performances requises et le budget doivent influencer votre décision.
Questions fréquentes
Les ingénieurs peuvent-ils utiliser à la fois des cartes PWB et des cartes PCB pour un même projet ?
Oui, c'est possible. Bien que le terme PWB soit plus ancien et que PCB soit plus largement accepté, les deux sont interchangeables. La norme industrielle moderne et universellement reconnue est PCB.
Les matériaux utilisés pour les cartes de circuits imprimés (PWB) et les cartes de circuits imprimés (PCB) sont-ils les mêmes
Oui, elles utilisent les mêmes matériaux de base. Généralement, les deux sont fabriquées sur un substrat tel que le FR-4 et comportent des pistes en cuivre. Le nom du circuit imprimé (PWB ou PCB) n'a pas d'importance ; c'est l'application qui détermine le choix des matériaux.
Pourquoi l'industrie est-elle passée des cartes de circuits imprimés (PWB) aux cartes de circuits imprimés (PCB) ?
L'industrie a adopté le terme PCB car il décrit mieux et avec précision les cartes modernes. À mesure que les conceptions ont évolué, passant de simples câblages point à point, l'expression « carte de circuit imprimé » est devenue plus appropriée, car la carte fait désormais partie intégrante du circuit.
Quel a été l'impact de l'évolution des cartes de circuits imprimés (PWB) aux cartes de circuits imprimés (PCB) sur l'industrie électronique ?
Ces progrès technologiques expliquent la taille et la puissance accrues des appareils actuels. La possibilité de réaliser des circuits complexes et multicouches sur une seule carte rend possibles les smartphones et les dispositifs médicaux de pointe.
