Une histoire illustrée des circuits imprimés

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Une histoire illustrée des circuits imprimés

Le premier circuit imprimé (PCB) a été mis au point dans les années 1930 par Paul Eisler, qui a suivi des études d'ingénieur et a été rédacteur en chef d'un magazine avant de se lancer dans l'électrotechnique. Eisler a eu l'idée que l'impression sur papier pouvait être utilisée pour d'autres applications que les journaux. Il a développé cette idée dans un minuscule appartement d'une pièce à Hampstead, à Londres.

Moe Abramson

L'histoire des circuits imprimés a été influencée par de nombreux développements technologiques. Certains des premiers circuits imprimés ont été créés par Moe Abramson, un ingénieur informaticien qui a contribué à la mise au point du processus d'auto-assemblage. Abramson a également mis au point des modèles d'interconnexion de feuilles de cuivre et des techniques de soudure par immersion. Son processus a été amélioré par la suite et son travail a conduit au processus standard de fabrication des circuits imprimés.

Le circuit imprimé est un circuit qui supporte mécaniquement et connecte électriquement des composants électroniques. Il est généralement constitué de deux ou plusieurs couches de feuilles de cuivre. Son processus de fabrication permet une plus grande densité de composants. Il comporte également des trous traversants plaqués pour les connexions électriques. Les circuits imprimés les plus avancés intègrent également des composants électroniques.

Stanislaus F. Danko

L'histoire des circuits imprimés remonte au milieu du 20e siècle. Auparavant, les composants électroniques avaient des fils conducteurs et étaient soudés directement sur le tracé du circuit imprimé. Le premier processus d'auto-assemblage a été mis au point par Moe Abramson et Stanislaus F. Danko, membres de l'U.S. Signal Corps. Ils ont breveté ce procédé, qui est devenu depuis la méthode standard de fabrication des circuits imprimés.

Les circuits imprimés sont un élément important des appareils électroniques. Après des débuts modestes au milieu du 19e siècle, ils sont devenus monnaie courante. Leur évolution a été motivée par les exigences croissantes des consommateurs. Les consommateurs d'aujourd'hui attendent une réponse instantanée de leurs appareils électroniques. En 1925, Charles Ducas a mis au point un procédé appelé "fil imprimé" pour réduire la complexité du câblage. Paul Eisler a construit le premier circuit imprimé opérationnel en Autriche en 1943.

Harry W. Rubinstein

L'histoire des circuits imprimés a été en grande partie façonnée par un homme nommé Harry W. Rubinstein, qui a travaillé comme chercheur et cadre dans la division Centralab de Globe-Union de 1927 à 1946. Rubinstein est à l'origine de plusieurs innovations au sein de Centralab, notamment des patins à roulettes améliorés, des bougies d'allumage et des batteries d'accumulateurs. Cependant, son invention la plus célèbre est le circuit électronique imprimé.

L'histoire des circuits imprimés commence au début des années 1900, lorsque les composants électroniques étaient soudés sur un circuit imprimé. Le circuit imprimé comportait des trous pour les fils, et les fils étaient insérés dans ces trous, puis soudés aux traces de cuivre sur le circuit. Cependant, en 1949, Moe Abramson et Stanislaus F. Danko ont mis au point une technique qui consistait à insérer les fils des composants dans un motif d'interconnexion de feuilles de cuivre et à les souder par immersion. Ce procédé a ensuite été adopté par le corps des transmissions de l'armée américaine et est finalement devenu la méthode standard de fabrication des cartes de circuits imprimés.

Composants de la technologie de montage en surface (SMT)

Le SMT est une technologie qui permet d'appliquer des composants électroniques directement sur la surface d'un circuit imprimé (PCB). Cela permet une production plus efficace et une conception plus compacte. Elle réduit également le nombre de trous percés, ce qui peut entraîner une baisse des coûts de production. Les composants SMT sont également plus robustes et peuvent résister à des niveaux de vibration et d'impact plus élevés.

Le principal avantage de la technologie de montage en surface par rapport aux composants à trous traversants est qu'elle est hautement automatisée et qu'elle réduit le nombre de défaillances pendant le processus de soudage. En outre, les composants SMT sont beaucoup moins chers à emballer que leurs homologues THT, ce qui signifie que le prix de vente est plus bas. Il s'agit d'un avantage considérable pour les clients qui recherchent des circuits imprimés en grande quantité.

Plusieurs couches de cuivre

Les circuits imprimés à plusieurs couches de cuivre sont constitués de plusieurs couches de feuilles de cuivre et de matériaux isolants. Les couches de cuivre peuvent représenter une zone de cuivre continue ou des traces séparées. Les couches de cuivre conductrices sont reliées entre elles par des vias, qui sont de minces canaux pouvant transporter du courant. Ces couches conductrices sont souvent utilisées pour réduire les interférences électromagnétiques et fournir une voie de retour claire pour le courant. Voici quelques avantages de l'utilisation du cuivre sur les cartes de circuits imprimés.

Les circuits imprimés multicouches sont plus coûteux que les circuits imprimés monocouches. Ils sont également plus complexes à fabriquer et nécessitent un processus de fabrication plus compliqué. Malgré leur coût élevé, ils sont populaires dans les équipements électroniques professionnels.

Compatibilité électromagnétique

La compatibilité électromagnétique (CEM) est un aspect important de la conception d'un produit. Les normes CEM sont une condition préalable pour garantir un fonctionnement sûr des produits. La conception d'un circuit imprimé doit être compatible sur le plan électromagnétique avec ses composants et son environnement. Généralement, les cartes de circuits imprimés ne répondent pas aux normes CEM dès le premier passage. C'est pourquoi le processus de conception doit être axé sur le respect des normes CEM dès le départ.

Il existe plusieurs techniques courantes pour assurer la compatibilité électromagnétique. L'une d'entre elles consiste à placer une couche de terre sur un circuit imprimé. Une autre méthode consiste à utiliser des grilles de terre pour obtenir une faible impédance. L'espace entre les grilles est important pour déterminer l'inductance de masse du circuit imprimé. Les cages de Faraday sont un autre moyen de réduire les interférences électromagnétiques. Ce processus consiste à projeter de la terre autour de la carte de circuit imprimé, ce qui empêche les signaux de voyager au-delà de la limite de la terre. Cela permet de réduire les émissions et les interférences produites par les circuits imprimés.

Quel est l'impact de la corrosion galvanique sur le circuit imprimé ?

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Quel est l'impact de la corrosion galvanique sur le circuit imprimé ?

Si vous vous êtes déjà demandé quel était l'impact de la corrosion galvanique sur un PCB, vous n'êtes pas le seul. Ce type de corrosion provoque la contamination des pistes voisines par une solution ou un liquide ionique, et de petits éclats se développent entre les pistes. Ces éclats peuvent provoquer des courts-circuits ou même désactiver un bloc fonctionnel sur le circuit imprimé. Si la corrosion affecte les lignes électriques de la carte de circuit imprimé, vous risquez de subir un dysfonctionnement complet de l'appareil.

Exemples de corrosion galvanique sur un PCB

La corrosion galvanique est un processus électrochimique par lequel la surface d'un métal réagit avec la surface d'un autre métal. Cette réaction a lieu en présence d'un électrolyte et se produit généralement entre des métaux différents. Dans les piles primaires, ce processus est exploité pour créer une tension utile.

Le processus de corrosion commence lorsque l'humidité, ou un liquide ionique, entre en contact avec une pièce métallique exposée. Au contact, des oxydes métalliques commencent à se développer et provoquent la corrosion de la surface. Ce processus peut également affecter les cartes de circuits imprimés adjacentes, provoquant des courts-circuits et la détérioration de l'ensemble de la carte.

L'utilisation d'inhibiteurs de corrosion est un moyen de minimiser la corrosion galvanique. Ceux-ci sont efficaces pour réduire le potentiel galvanique, mais nécessitent une surveillance constante. Ils augmentent également la conductivité de l'eau. Il est donc important d'entretenir correctement le circuit imprimé lorsque l'on travaille avec lui.

Une autre méthode de prévention de la corrosion galvanique consiste à utiliser une pâte antioxydante entre les connexions électriques en cuivre et en aluminium. Cette pâte est composée d'un métal dont le potentiel électrolytique est inférieur à celui du cuivre. Cela permet de s'assurer que les métaux n'entrent pas en contact les uns avec les autres et de minimiser le risque de corrosion galvanique.

La corrosion galvanique est souvent le résultat de l'utilisation de métaux différents dans les joints de soudure. C'est pourquoi il est essentiel de choisir le bon matériau pour les connecteurs. Les matériaux ayant le même potentiel ionique sont plus susceptibles de résister à la corrosion que ceux dont les métaux sont différents.

Procédé de réduction du degré de corrosion galvanique sur un circuit imprimé

Le degré de corrosion galvanique sur une carte de circuit imprimé peut être réduit de différentes manières. La première technique consiste à analyser le réseau et à trouver les causes de la corrosion galvanique, et la seconde à augmenter la surface du disque de revêtement organique (OSP) dans le réseau.

Les pastilles de cuivre d'un circuit imprimé sont protégées par une finition de surface, mais l'humidité peut s'infiltrer sous la finition. Une fois à l'intérieur, l'humidité réagit avec le cuivre et entame un processus de corrosion. Ce processus peut ensuite se propager le long du tracé. Dans de nombreux cas, la corrosion galvanique se produit en raison du contact entre deux métaux différents, comme le cuivre d'un circuit imprimé et le métal d'un composant. La présence d'un électrolyte corrosif augmente également le risque de corrosion galvanique.

La corrosion galvanique est un problème courant en électronique, en particulier dans les applications à grande vitesse. Elle se produit lorsque deux métaux différents sont en contact avec un électrolyte. Lorsque deux métaux différents sont en contact électrique, les atomes métalliques les plus réactifs perdent des électrons et provoquent une oxydation. Il en résulte un court-circuit.

La propreté des circuits imprimés est essentielle à leur longévité et à celle des appareils. Pour prévenir la corrosion, il faut d'abord les garder au sec et à l'abri des liquides. Par conséquent, les fabricants et les concepteurs de circuits imprimés doivent protéger soigneusement leurs circuits contre l'humidité qui s'accumule sur les conducteurs exposés.

Types de défaillances dues à la corrosion dans l'électronique

Les défaillances typiques de la corrosion galvanique dans les appareils électroniques sont dues à différents types de processus. L'un d'entre eux est la formation d'un film d'eau sur le circuit imprimé, qui peut entraîner des courants de fuite et un mauvais signal de sortie de l'appareil électronique. Un autre type de défaillance due à la corrosion est causé par un défaut dans le processus de fabrication. Ce type de corrosion entraîne souvent un court-circuit dans le commutateur.

La vitesse de corrosion dépend de plusieurs facteurs, dont la température et le milieu environnant. La présence d'humidité, de rosée ou de condensation accélère le processus. La présence de particules de poussière augmente également la vitesse de corrosion car elles retiennent l'humidité. Les particules de poussière proviennent de diverses sources, notamment le sol/sable, la fumée, les particules de suie et les sels.

L'acier inoxydable et le zinc sont des exemples de matériaux nobles et actifs. Plus la différence relative entre les deux métaux est élevée, plus la force exercée lors de la corrosion galvanique est importante. Une cathode ayant une grande surface se corrodera à grande vitesse en raison du courant élevé.

La corrosion galvanique est une préoccupation majeure dans le domaine de la conception industrielle. Le magnésium est un métal structurel très actif. Il est utilisé dans l'industrie aérospatiale et automobile. Le rapport entre la surface de la cathode et celle de l'anode influe également sur la quantité de courant produite par la corrosion galvanique. Les entretoises isolantes entre deux métaux peuvent également réduire le risque de corrosion galvanique en modifiant la distance qui les sépare.

Problèmes liés aux billes de soudure des composants BGA et leurs solutions

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Problèmes liés aux billes de soudure des composants BGA et leurs solutions

Les problèmes liés aux billes de soudure des composants BGA sont des problèmes courants qui peuvent entraîner la détérioration des composants. Ces problèmes sont dus à la délamination ou à l'oxydation des billes de soudure. Heureusement, les remèdes sont simples et ne nécessitent pas de connaissances techniques complexes. Ces solutions vous aideront à éviter d'endommager davantage vos composants.

Délamination des billes de soudure

Les composants BGA sont sujets à des problèmes liés aux billes de soudure, communément appelés "défauts de la tête dans le creux". Le problème survient lorsque deux surfaces métalliques sont reliées mécaniquement, souvent par une bille de soudure. La quantité de contact entre la bille et la soudure varie en fonction du processus de soudure et de la chaleur et de la pression appliquées aux pièces. Plusieurs études ont été menées pour comprendre la cause de ce défaut et les remèdes pour le prévenir.

Un BGA défectueux peut avoir de graves conséquences sur la fonctionnalité du produit. La solution habituelle consiste à remplacer le composant défectueux par un nouveau. Toutefois, cette solution peut s'avérer problématique et coûteuse. La meilleure alternative consiste à rebouter le composant BGA. Pour ce faire, un technicien doit retirer les composants concernés et installer de nouvelles soudures dans les zones dénudées.

Afin d'éviter les problèmes de billes de soudure, il est important d'utiliser la bonne douille de test. Il existe deux types de douilles de test : les douilles en forme de griffe et les douilles à pointe d'aiguille. Les premières provoquent l'expansion et la déformation de la bille de soudure, tandis que les secondes provoquent des chocs et une abrasion de la bille de soudure.

Oxydation des billes de soudure

Les problèmes d'oxydation des billes de soudure des composants BGA sont de plus en plus fréquents dans la fabrication électronique. Ces défauts sont dus à une fusion incomplète des sphères de soudure des composants BGA/CSP avec la pâte à braser en fusion au cours du processus de refusion de la soudure. Ces défauts affectent à la fois les assemblages soudés sans plomb et les assemblages soudés à l'étain-plomb. Toutefois, il existe des moyens d'atténuer ces problèmes.

Une façon d'éviter ce problème est d'utiliser une pâte à braser semi-liquide. Cela permet d'éviter que la boule ne soit court-circuitée lorsqu'elle est chauffée. Pour garantir un joint de soudure solide, l'alliage de soudure utilisé est soigneusement choisi. Cet alliage est également semi-liquide, ce qui permet aux billes individuelles de rester séparées de leurs voisines.

Une autre façon de prévenir l'oxydation des billes de soudure est de protéger vos composants BGA pendant leur manipulation. Lors du transport ou de l'expédition, veillez à ce que vos composants BGA soient placés sur une palette en mousse non statique. Cela retardera le processus d'oxydation des billes de soudure et des douilles.

Retrait des billes de soudure

Le retrait de la bille de soudure pour les composants BGA est un processus critique. Si la bille de soudure n'est pas correctement retirée, le composant BGA peut être endommagé et le produit malpropre. Heureusement, il existe plusieurs façons de retirer la bille des composants BGA. La première consiste à utiliser un aspirateur pour éliminer les résidus de soudure. La seconde consiste à utiliser un flux en pâte soluble dans l'eau.

Dans de nombreux cas, la méthode la plus rentable est le reballage. Ce processus consiste à remplacer les billes de soudure sans plomb par des billes au plomb. Cette méthode garantit que le composant BGA conserve sa fonctionnalité. Ce procédé est beaucoup plus efficace que le remplacement de la carte entière, surtout si le composant est utilisé régulièrement.

Avant de commencer le processus, le technicien doit se renseigner sur les composants BGA. Avant de toucher le dispositif, il doit évaluer la taille et la forme des billes de soudure. En outre, il doit déterminer le type de pâte à braser et de pochoir à utiliser. D'autres facteurs à prendre en compte sont le type de soudure et la chimie des composants.

Reprise des billes de soudure

Le rechargement en billes de soudure de composants BGA est un processus qui consiste à retravailler des assemblages électroniques. Ce processus nécessite une soudure par refusion et un pochoir. Le pochoir comporte des trous dans lesquels les billes de soudure peuvent s'insérer. Pour obtenir les meilleurs résultats, le pochoir est fabriqué en acier de haute qualité. Le pochoir peut être chauffé à l'aide d'un pistolet à air chaud ou d'une machine BGA. Le pochoir est nécessaire pour le processus de reballage des BGA et permet de s'assurer que les billes de soudure sont placées au bon endroit.

Avant de reboucler un composant BGA, il est important de préparer le circuit imprimé pour le processus. Cela évitera d'endommager les composants. Le circuit imprimé est d'abord préchauffé. Cela permet de faire fondre les billes de soudure. Ensuite, le système robotisé de déballage prélève une rangée de composants sur un plateau matriciel. Il applique le flux sur les billes de soudure. Il passe ensuite par une étape de préchauffage programmée. Ensuite, une vague de soudure dynamique élimine les billes indésirables de la carte.

Dans de nombreux cas, le reballage d'un composant BGA est plus économique que le remplacement de la carte entière. Le remplacement d'une carte entière peut s'avérer coûteux, surtout si elle est utilisée dans des machines fonctionnant régulièrement. Dans ce cas, le reballage est la meilleure option. En remplaçant les billes de soudure par de nouvelles, la carte peut résister à des températures plus élevées, ce qui améliore sa longévité.

Méthodes de détection des défaillances des circuits imprimés

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Méthodes de détection des défaillances des circuits imprimés

Il existe plusieurs façons de détecter les défaillances des circuits imprimés. Parmi ces méthodes, on peut citer les rayons X, l'analyse des tranches et la microscopie optique. Chacune de ces méthodes est utile pour identifier et évaluer l'étendue des dommages subis par les circuits imprimés. Cependant, toutes ces méthodes ne conviennent pas à toutes les défaillances des circuits imprimés. Par exemple, les dommages causés par les décharges électrostatiques sont difficiles à détecter. Ils affectent les composants en ramollissant la soudure et en provoquant des courts-circuits multiples. Pour éviter ce problème, le processus de fabrication doit faire l'objet d'un suivi minutieux.

Rayons X

Les radiographies de circuits imprimés sont un outil utile pour détecter les défaillances des circuits imprimés. Ces images peuvent révéler des problèmes tels que des vides et des traces de soudure. Ces problèmes peuvent être dus à des gaz qui s'échappent ou à une surchauffe de la soudure.

Analyse des tranches

L'analyse des tranches est une méthode utilisée pour analyser la microstructure des circuits imprimés. Elle peut aider à détecter une grande variété de défaillances des circuits imprimés. L'analyse des tranches consiste à découper le circuit imprimé en sections verticales et horizontales et à examiner leurs caractéristiques transversales. Elle permet d'identifier de nombreuses défaillances de circuits imprimés, telles que la délamination, l'éclatement et un mauvais mouillage. Ces informations peuvent être utiles pour le contrôle de la qualité à l'avenir.

Microscopie optique

La microscopie optique peut être une méthode efficace pour détecter les défaillances des circuits imprimés. Elle fournit des images détaillées des sites de défaillance et peut être utilisée pour détecter les non-conformités et identifier les sources de contamination. Cette méthode est également utile pour documenter les échantillons au fur et à mesure de leur réception.

ALT

La méthode ALT de détection des défaillances des circuits imprimés est une approche plus directe de la mesure des joints de soudure et du dépôt de pâte à braser. Cette technologie utilise un faisceau laser pour balayer un assemblage de circuits imprimés et mesurer la réflectivité de divers composants. La valeur mesurée est ensuite comparée aux spécifications standard d'une carte pour déterminer s'il y a des défauts.

Analyse micro-infrarouge

Les défaillances des circuits imprimés sont généralement dues à des défauts au niveau des joints de soudure. En déterminant la cause du défaut, les fabricants peuvent prendre les mesures nécessaires pour éviter qu'il ne se reproduise. Ces mesures peuvent consister à éliminer la contamination de la pâte à braser, à s'assurer que le circuit imprimé a le bon rapport hauteur/largeur et à minimiser le temps de refusion du circuit imprimé. Diverses méthodes sont utilisées pour analyser les défaillances des circuits imprimés, allant de simples mesures électriques à l'analyse de coupes transversales d'échantillons au microscope.

ALT mesure le dépôt des joints de soudure

L'ALT (Aligned Light Transmitter) est une technologie plus récente qui permet de mesurer la hauteur et la forme des joints de soudure et le dépôt de pâte à braser sur les circuits imprimés. Cette technologie est plus précise et permet une mesure rapide. Le système ALT utilise plusieurs sources lumineuses, telles que des caméras ou des LED programmables, pour éclairer les composants des joints de soudure. La quantité de lumière réfléchie par chaque composant est mesurée à l'aide de la puissance du faisceau. Cependant, la réflexion secondaire peut entraîner une erreur de mesure, car le faisceau peut se refléter à partir de plusieurs positions.

Décharge électrostatique

La méthode des décharges électrostatiques (ESD) est utilisée pour détecter les défaillances des circuits imprimés. Une décharge électrostatique est le résultat d'un stress électrique extrême, qui peut provoquer une défaillance catastrophique et des dommages cachés. Elle peut se produire pour diverses raisons, notamment une forte densité de courant, un gradient de champ électrique accru et une formation de chaleur localisée. Les dommages qui en résultent sont difficiles à détecter et peuvent entraîner des défaillances majeures du produit. Les assemblages de circuits imprimés sont les plus sensibles aux décharges électrostatiques lorsqu'ils sont en contact avec d'autres objets porteurs de charges.