Le guide de terminologie des PCB le plus complet de 2023 : les connaissances essentielles que vous avez manquées

Introduction

Avez-vous déjà regardé une carte de circuit imprimé (PCB) et vous êtes interrogé sur le réseau complexe de lignes, de trous et de composants ? Que signifient tous ces termes comme « via », « trace », « masque de soudure » ? Comment contribuent-ils à la symphonie complexe qu’est un appareil électronique fonctionnel ? Comprendre la terminologie utilisée dans la conception et la fabrication de PCB peut sembler comme apprendre un nouveau langage. Mais ne vous inquiétez pas, nous avons ce qu'il vous faut.

Dans ce guide complet, nous plongerons dans le monde de Terminologie des PCB. Nous explorerons tout, des termes de conception de base au jargon de fabrication avancé. Que vous soyez un amateur débutant ou un ingénieur chevronné à la recherche d'une remise à niveau, cet article vous servira de ressource incontournable pour tout ce qui concerne les PCB.

Alors, attachez votre ceinture et préparez-vous à une plongée profonde dans le monde fascinant de la terminologie des PCB. Vous êtes sur le point de maîtriser le langage de l’électronique !

Terminologie de conception de PCB

Termes de conception de base

• Schématique: Un schéma est un diagramme qui représente les éléments d'un système à l'aide de symboles graphiques abstraits plutôt que d'images réalistes. Il sert de plan du circuit, montrant comment les composants sont connectés entre eux, mais pas nécessairement comment ils seront physiquement disposés sur le PCB.
• Mise en page: La disposition d'un PCB fait référence à la disposition des composants et au routage des connexions électriques entre eux sur la carte physique. Il s'agit d'une étape cruciale dans la conception des PCB car elle a un impact direct sur les performances et la fonctionnalité du produit final.
• Empreinte: Dans la conception de PCB, une empreinte est la disposition et les dimensions des plots utilisés pour monter un composant sur la carte. Il s'agit d'un aspect crucial de la sélection et du placement des composants, car l'empreinte doit correspondre aux dimensions physiques et à la configuration des broches du composant. Des empreintes incorrectes peuvent entraîner des problèmes d’assemblage et des dysfonctionnements du circuit.
• Via: Dans la conception de PCB, un via est un petit trou percé dans la carte, permettant la connexion électrique entre les différentes couches du PCB. Les vias jouent un rôle crucial dans les PCB multicouches, permettant un routage et une connectivité complexes.
• Tracer: Une trace est un chemin continu de cuivre sur un PCB qui connecte électriquement différents composants. La largeur et la longueur des traces peuvent avoir un impact significatif sur les performances du circuit, affectant l'intégrité du signal, la fourniture de puissance et la gestion thermique.
• Tampon: Une pastille est une petite zone de cuivre sur un PCB où une broche de composant établit une connexion électrique.
• Sérigraphie: La sérigraphie sur un PCB contient du texte et des symboles lisibles par l'homme qui fournissent des informations sur la carte et ses composants.

Termes de conception avancés

• Plan de masse: Un plan de masse est une grande zone de cuivre sur un PCB qui est connectée à la masse de l'alimentation.
• Avion propulseur: Semblable à un plan de masse, un plan d'alimentation est une grande zone de cuivre sur un PCB qui est connectée à la tension d'alimentation.
• L'intégrité du signal: L'intégrité du signal fait référence à la qualité d'un signal électrique.
• Compatibilité électromagnétique (CEM): La CEM est la capacité d'un système électronique à fonctionner correctement dans son environnement électromagnétique sans introduire de perturbations électromagnétiques intolérables dans cet environnement.
• Interférence électromagnétique (EMI): L'EMI est une perturbation qui affecte un circuit électrique en raison soit d'une induction électromagnétique, soit d'un rayonnement électromagnétique émis par une source externe.
• Impédance contrôlée: L'impédance contrôlée est l'impédance caractéristique d'une ligne de transmission formée de traces PCB.
• Conception à grande vitesse: La conception à grande vitesse fait référence à la conception de circuits où les effets sur l'intégrité du signal doivent être pris en compte en raison des fréquences de signal élevées ou des temps de commutation rapides impliqués.
• Bague annulaire: L'anneau annulaire est la zone de pastille de cuivre autour d'un trou percé et fini sur un PCB.
• Via aveugle: Un via aveugle est un via qui relie une couche externe à une ou plusieurs couches internes mais ne traverse pas la totalité de la carte.
• Enterré via: Un via enterré est un via qui relie deux ou plusieurs couches internes et n'a pas de connexions avec les couches externes.
• Poids du cuivre: Le poids du cuivre fait référence à l'épaisseur de la couche de cuivre sur le PCB.
• Diaphonie: La diaphonie est une forme d'interférence causée par les champs électriques ou magnétiques d'un signal affectant un signal proche.
• Zone interdite: Une zone interdite est une zone définie sur le PCB où les composants et les traces ne sont pas placés.
• Liste Internet: Une netlist est une liste de toutes les connexions électriques d’un circuit.
• Soulagement thermique: Le relief thermique est un motif utilisé pour relier un tampon à une coulée de cuivre de manière à limiter le flux de chaleur.
• Tombstone: Le tombstoning est un défaut dans l'assemblage à montage en surface où un composant se dresse verticalement.
• Torsion et arc: La torsion et l'arc font référence à la déformation d'un PCB, là où il n'est pas parfaitement plat.
• Expansion de l'axe Z: L'expansion de l'axe Z est le changement d'épaisseur d'un PCB dû aux changements de température.

Conditions du logiciel de conception

• EDA (automatisation de la conception électronique): EDA est une catégorie d'outils logiciels pour la conception de systèmes électroniques tels que les cartes de circuits imprimés et les circuits intégrés.
• DRC (vérification des règles de conception): DRC est un processus dans lequel un outil logiciel vérifie une disposition de PCB pour s'assurer qu'elle répond aux règles de conception en matière de largeur de trace minimale, d'espacement minimum entre les traces, etc.
• CAO (Conception Assistée par Ordinateur): La CAO est l'utilisation d'ordinateurs pour aider à la création, la modification, l'analyse ou l'optimisation d'une conception.
• DFM (Conception pour la Manufacturabilité): DFM est une méthodologie de conception qui se concentre sur la simplification du processus de fabrication pour réduire les coûts de production et augmenter la qualité des produits.
• ERC (vérification des règles électriques): ERC est un processus dans lequel un outil logiciel vérifie un schéma pour détecter des erreurs telles que des broches non connectées ou des connexions d'alimentation incorrectes.
• Fichiers Gerber: Les fichiers Gerber sont un format de fichier standard utilisé dans la fabrication de PCB. Ils contiennent des informations sur les couches de cuivre, le masque de soudure, la sérigraphie et les trous percés.
• Nomenclature (Bill of Materials): Une nomenclature est une liste de tous les composants utilisés dans une conception de PCB. Il comprend généralement des informations telles que les désignations des composants, les numéros de pièces, les quantités et les descriptions.

Conditions de conception pour la fabrication (DFM)

• Masque de soudure: Le masque de soudure est une couche protectrice appliquée sur la carte nue pour empêcher les ponts de soudure entre des plots rapprochés et pour protéger le cuivre de la corrosion.
• Pâte à braser: La pâte à souder est un mélange de minuscules particules de soudure et de flux utilisé dans le processus d'assemblage pour souder les composants montés en surface sur le PCB.
• Choisir et placer un fichier: Un fichier pick and place est utilisé par la machine d'assemblage pour déterminer la position et l'orientation correctes de chaque composant sur la carte.
• Panélisation: La panelisation est une technique utilisée dans la fabrication de PCB où plusieurs cartes sont fabriquées en une seule unité pour améliorer l'efficacité de la fabrication.
• Points de test: Les points de test sont des emplacements spécifiques sur un PCB qui sont facilement accessibles à des fins de test. Ils sont généralement marqués sur la sérigraphie et connectés à des signaux importants ou à des rails d'alimentation.

Terminologie des composants PCB

Composants de base

• Résistance (R): Une résistance est un composant électrique passif à deux bornes qui implémente une résistance électrique en tant qu'élément de circuit. Il est utilisé pour limiter le courant, diviser la tension et, dans certains cas, générer de la chaleur.
• Condensateur (C): Un condensateur est un composant électronique passif à deux bornes qui stocke l'énergie électrique dans un champ électrique. Il peut être utilisé à diverses fins, telles que le lissage, le filtrage et le stockage d’énergie.
• Inducteur (L): Un inducteur, également appelé bobine ou réacteur, est un composant électrique passif à deux bornes qui stocke l'énergie dans un champ magnétique lorsqu'un courant électrique le traverse.
• Diode (D): Une diode est un composant électronique à deux bornes qui conduit le courant principalement dans un sens.
• Transistors (Q): Un transistor est un dispositif semi-conducteur utilisé pour amplifier ou commuter des signaux électroniques et de l'énergie électrique.

Composants avancés

• Circuit intégré (CI): Un circuit intégré ou circuit intégré monolithique est un ensemble de circuits électroniques sur un petit morceau plat de matériau semi-conducteur, généralement du silicium.
• Microcontrôleur (U): Un microcontrôleur est un petit ordinateur sur un seul circuit intégré contenant un cœur de processeur, une mémoire et des périphériques d'entrée/sortie programmables.
• Amplificateur opérationnel (Op-Amp, U): Un amplificateur opérationnel est un amplificateur de tension à gain élevé avec une entrée différentielle et, généralement, une sortie asymétrique.
• Convertisseur numérique-analogique (DAC, U): Un DAC est un système qui convertit un signal numérique en signal analogique.
• Convertisseur analogique-numérique (ADC, U): Un ADC est un système qui convertit un signal analogique, tel qu'un son capté par un microphone ou une lumière entrant dans un appareil photo numérique, en un signal numérique.
• Oscillateur à cristal (Y): Un oscillateur à cristal est un circuit oscillateur électronique qui utilise la résonance mécanique d'un cristal vibrant d'un matériau piézoélectrique pour créer un signal électrique avec une fréquence précise.
• Diode électroluminescente (LED, D): Une LED est une source lumineuse à semi-conducteur qui émet de la lumière lorsqu'un courant la traverse.
• Fusible (F): Un fusible est un dispositif de sécurité constitué d'une bande de fil qui fond et coupe un circuit électrique si le courant dépasse un niveau sûr.
• Commutateur (S): Un interrupteur est un composant qui peut « faire » ou « couper » un circuit électrique, interrompant le courant ou le déviant d’un conducteur à un autre.
• Connecteur (J): Un connecteur est un dispositif qui permet le couplage d'un conducteur électrique à un port afin que les signaux électriques puissent circuler du conducteur vers l'appareil.
• Relais (K): Un relais est un interrupteur à commande électrique. Il se compose d'un ensemble de bornes d'entrée pour un ou plusieurs signaux de commande et d'un ensemble de bornes de contact de fonctionnement.
• Potentiomètre (P): Un potentiomètre est une résistance à trois bornes avec un contact glissant ou rotatif qui forme un diviseur de tension réglable.

Composants supplémentaires

• Batterie (BT): Une batterie est un appareil constitué d'une ou plusieurs cellules électrochimiques avec des connexions externes pour alimenter des appareils électriques.
• Haut-parleur (SP): Un haut-parleur est un transducteur électroacoustique qui convertit un signal audio électrique en un son correspondant.
• Micro (M): Un microphone est un appareil qui capture l'audio en convertissant les ondes sonores en signal électrique.
• Moteur (M): Un moteur est une machine qui convertit l'énergie électrique en énergie mécanique.
• Affichage (DS): Un écran est un périphérique de sortie permettant de présenter des informations sous forme visuelle ou tactile.
• Thermistance (TH): Une thermistance est un type de résistance dont la résistance dépend de la température.
• Photodiode (PD):

Une photodiode est un dispositif semi-conducteur qui convertit la lumière en courant électrique.

• Phototransistor (Q): Un phototransistor est un dispositif semi-conducteur utilisé pour détecter la lumière et la convertir en signal électrique.
• Régulateur de tension (VR): Un régulateur de tension est un système conçu pour maintenir automatiquement un niveau de tension constant.
• Module RF (RF): Un module RF est un petit appareil électronique utilisé pour transmettre et/ou recevoir des signaux radio entre deux appareils.
• Puce mémoire (U): Une puce mémoire est un support de stockage de données électroniques qui utilise la technologie des circuits intégrés pour stocker des informations.
• Générateur d'horloge (CLK): Un générateur d'horloge est un circuit qui produit un signal de synchronisation destiné à synchroniser le fonctionnement d'un circuit.

Terminologie de disposition des PCB

Conditions de mise en page de base

• Aperçu du conseil d'administration: Le contour de la carte définit la taille physique et la forme du PCB. C'est la première chose qui est définie lors du démarrage d'une nouvelle disposition, et elle détermine l'espace disponible pour le placement et le routage des composants.
• Placement des composants: Le placement des composants fait référence au positionnement des composants sur la disposition du PCB. Le placement correct des composants peut avoir un impact significatif sur les performances du produit final, car il affecte l'intégrité du signal, la distribution d'énergie, la gestion thermique et la fabricabilité.
• Coulée de cuivre: La coulée de cuivre fait référence à la pratique consistant à remplir l'espace inutilisé d'un PCB avec du cuivre connecté à une couche d'alimentation, généralement mise à la terre. Cette technique est souvent utilisée pour réduire les interférences électromagnétiques en fournissant un bouclier contre les sources de bruit externes. De plus, la coulée de cuivre peut aider à améliorer la dissipation de la chaleur, car le cuivre est un excellent conducteur de chaleur. Cela peut être particulièrement bénéfique dans les conceptions à haute puissance où la gestion de la chaleur est une préoccupation majeure.
• Autorisation: Le dégagement fait référence à la distance minimale requise entre les différents objets électriques sur le PCB pour éviter les courts-circuits et les interférences électriques.

Conditions de mise en page avancées

• BGA (réseau de grille à billes): BGA est un type de boîtier à montage en surface utilisé pour les circuits intégrés. Il fournit plus de broches d'interconnexion que ce qui peut être mis sur un boîtier double en ligne ou plat.
• QFN (Quad Flat No-Leads): QFN est un boîtier en plastique plat, carré ou rectangulaire à montage en surface avec un grand nombre de fils sur les quatre côtés.
• Paire différentielle: Une paire différentielle est une paire de traces qui transportent un signal différentiel. Ils sont acheminés étroitement ensemble pour maintenir la même impédance et la même qualité de signal.
• Via la couture: L'assemblage de vias consiste à utiliser plusieurs vias pour relier deux plans ensemble. Cette technique peut contribuer à réduire le bruit et à améliorer les performances thermiques.
• Correspondance de longueur: La correspondance de longueur est une technique utilisée dans les conceptions à grande vitesse pour garantir que les signaux critiques arrivent à destination en même temps.
• Condensateurs de découplage: Les condensateurs de découplage sont utilisés dans les circuits électroniques pour empêcher le couplage indésirable d'une partie d'un circuit à une autre.
• Plan de signalisation: Les plans de signal sont des couches d'un PCB multicouche dédiées au transport des traces de signal.

Terminologie de fabrication de PCB

Termes de base de fabrication

• Substrat: Le substrat, souvent en FR4, est le matériau isolant qui assure la rigidité mécanique du PCB. Il sert de base sur laquelle toutes les autres couches (cuivre, masque de soudure, sérigraphie) sont ajoutées.
• Gaine de cuivre: Le revêtement en cuivre fait référence au substrat qui a été recouvert d'une fine couche de cuivre, qui est ensuite gravée pour former les traces et les plots. Le cuivre constitue les voies conductrices du circuit.
• Gravure: La gravure est le processus consistant à utiliser des produits chimiques pour éliminer le cuivre indésirable du PCB, ne laissant que les traces et les tampons souhaités.
• Forage: Le perçage est le processus de création de trous dans le PCB pour les câbles ou vias de composants.
• Placage: Le placage est le processus consistant à ajouter une couche de cuivre aux trous percés pour créer des connexions électriques entre les couches.

Termes de fabrication avancée

• Finition de surface: La finition de surface est appliquée sur les plages de cuivre exposées pour empêcher l'oxydation et fournir une surface soudable pour l'assemblage des composants.
• Masque de soudure: Dans le processus de fabrication, un masque de soudure est une couche protectrice appliquée sur la carte nue. Sa fonction principale est d'empêcher les ponts de soudure entre des plots rapprochés pendant le processus de soudage, ce qui peut entraîner des courts-circuits. Il protège également le cuivre de l’oxydation et des dommages environnementaux.
• Sérigraphie: Dans la fabrication de circuits imprimés, la sérigraphie est utilisée pour imprimer des indicateurs de référence, tels que les désignations de composants, les réglages des commutateurs, les points de test et d'autres indications utiles pour l'assemblage, le test et l'entretien du circuit imprimé.
• Laminage: La stratification est le processus de liaison de plusieurs couches de matériau en utilisant la chaleur et la pression.
• PCB multicouche: Un PCB multicouche est un PCB qui comporte plus de deux couches de traces de cuivre.
• Panélisation: La panelisation est une technique utilisée dans la fabrication de PCB où plusieurs cartes sont fabriquées en une seule unité pour améliorer l'efficacité de la fabrication.
• PTH (trou traversant plaqué): PTH est un trou dans un PCB qui a été plaqué de cuivre pour créer une connexion électrique entre les différentes couches de la carte.
• NPTH (trou traversant non plaqué): NPTH est un trou dans un PCB qui n'est pas plaqué de cuivre. Ces trous sont généralement utilisés pour le montage ou l'alignement mécanique.
• HASL (nivellement de soudure à air chaud): HASL est un type de finition de surface qui consiste à recouvrir le PCB de soudure fondue, puis à utiliser de l'air chaud pour niveler et lisser la soudure.
• ENIG (Or par immersion au nickel chimique): ENIG est un type de finition de surface qui consiste à déposer une fine couche de nickel sur le PCB, suivie d'une fine couche d'or.
• OSP (Conservateurs Organiques de Soudabilité): L'OSP est un type de finition de surface qui consiste à appliquer une fine couche de matériau organique sur le cuivre exposé pour éviter l'oxydation.
• FCT (Test Fonctionnel): FCT est un type de test de PCB qui vérifie le bon fonctionnement du PCB.
• FPT (Test de sonde volante): FPT est un type de test de PCB qui utilise des sondes mobiles pour tester les performances électriques du PCB.
• AXI (Inspection automatisée aux rayons X): AXI est une technologie utilisée pour inspecter les caractéristiques cachées d'objets ou de produits cibles avec des rayons X.
• TIC (Test en circuit): ICT est un type de test qui vérifie la fonctionnalité du PCB en appliquant des signaux à la carte et en mesurant sa réponse.
• AOI (Inspection optique automatisée): AOI est un processus d'inspection visuelle qui utilise une caméra pour scanner le PCB à la recherche de défauts de fabrication.

Terminologie des matériaux PCB

Matériaux de substrat

• FR4 (ignifuge 4): FR4 est le matériau de substrat standard utilisé dans les PCB. Il s'agit d'un type de matériau stratifié époxy renforcé de verre, connu pour son faible coût, ses bonnes propriétés électriques et son excellente résistance mécanique.
• CEM (Matériau Époxy Composite): Le CEM est un type de matériau PCB couramment utilisé en raison de son faible coût. CEM1 et CEM3 sont les types les plus courants.
• Matériaux haute fréquence: Les matériaux haute fréquence sont des substrats PCB spécialisés conçus pour fonctionner correctement aux hautes fréquences et dans les conceptions à grande vitesse. Ils offrent une perte de signal inférieure et de meilleures performances dans les environnements RF/micro-ondes par rapport aux matériaux standard comme le FR4.
• Matériaux flexibles (FPC, circuits imprimés flexibles): Des matériaux flexibles, tels que le polyimide, sont utilisés pour fabriquer des PCB flexibles qui peuvent se plier sans se casser.
• Aluminium (MCPCB, PCB à noyau métallique): L'aluminium est souvent utilisé comme substrat pour les lampes LED haute puissance ou l'électronique de puissance, où la dissipation thermique est un problème important.

Matériaux conducteurs

• Cuivre: Le cuivre est le principal matériau utilisé pour créer des traces, des plots et des plans sur un PCB en raison de son excellente conductivité électrique.
• Encre conductrice: L'encre conductrice est un type d'encre qui peut conduire l'électricité et est utilisée dans diverses applications, y compris les PCB.
• Soudure sans plomb: La soudure sans plomb est un type de soudure qui ne contient pas de plomb, ce qui la rend plus écologique que la soudure traditionnelle.

Matériaux de protection et d'isolation

• Masque de soudure: En tant que matériau, le masque de soudure est une couche de polymère isolant généralement appliquée sur les couches externes du PCB. Il assure l'isolation, protège les composants et les traces de la carte et empêche l'étain de se propager et de se court-circuiter pendant le soudage.
• Sérigraphie: La sérigraphie, en termes de matériaux, fait référence à la couche de traces d'encre utilisée pour identifier les composants, les points de test, les parties de la carte, les symboles d'avertissement, les logos et les marques pertinents pour la carte.
• Matériaux d'interface thermique (TIM): Les TIM sont des matériaux utilisés pour améliorer le transfert de chaleur des composants électroniques vers les dissipateurs thermiques.

Matériaux spécialisés

• Préimprégné: Le préimprégné est un type de matériau utilisé dans la fabrication de PCB multicouches. Il s'agit d'une fibre de verre imprégnée de résine partiellement durcie.
• Cœur: Dans le contexte des PCB multicouches, un noyau est une couche de matériau rigide, généralement FR4, entièrement durcie et laminée avec du cuivre.
• Matériel Rogers: Le matériau Rogers est un type de matériau haute fréquence connu pour sa faible perte diélectrique, ce qui le rend adapté aux conceptions à grande vitesse.
• PTFE (Polytétrafluoroéthylène): Le PTFE est un matériau haute fréquence connu pour sa faible constante diélectrique et sa faible perte de signal.

Conclusion

En conclusion, comprendre la terminologie des PCB est crucial pour toute personne impliquée dans l'électronique, que vous soyez un amateur, un ingénieur professionnel ou même un passionné. Avec ce guide complet, nous espérons avoir fait la lumière sur les termes et concepts les plus importants dans le domaine. De la conception à la fabrication, chaque terme a son poids et contribue à la danse complexe qu'est un PCB fonctionnel.

FAQ

1. Quelle est la différence entre un via et une trace dans la conception de PCB ? Un via est un petit trou percé dans la carte, permettant la connexion électrique entre les différentes couches du PCB. Une trace, quant à elle, est un chemin continu de cuivre sur un PCB qui connecte électriquement différents composants.
2. Quel est le rôle du masque de soudure dans la fabrication des PCB ? Le masque de soudure est une couche protectrice appliquée sur la carte nue pour empêcher la soudure de ponter entre des plots rapprochés et pour protéger le cuivre de la corrosion.
3. Que signifie « panelisation » dans le contexte de la fabrication de PCB ? La panelisation est une technique utilisée dans la fabrication de PCB où plusieurs cartes sont fabriquées en une seule unité pour améliorer l'efficacité de la fabrication.
4. Quelle est l'importance du « poids du cuivre » dans la conception des PCB ? Le poids du cuivre fait référence à l'épaisseur de la couche de cuivre sur le PCB. C'est un facteur important pour déterminer la capacité de transport de courant et les caractéristiques thermiques de la carte.
5. Qu'est-ce qu'une « netlist » dans la conception de PCB ? Une netlist est une liste de toutes les connexions électriques d’un circuit. Il s'agit d'une partie cruciale du processus de conception, car elle garantit que tous les composants sont correctement connectés.