Structure des cartes électroniques dans un logiciel de conception (écriture en cours)

FIXME Work in progress…

 Circuit imprimé

Quand on travaille sur la partie électronique d'un projet, on aimerait avoir un circuit compact, robuste et qui marche toujours (pas seulement en tenant les câbles dans une position spécifique, comme pour les faux-contacts). Le passage par les plaques à trous permet de tester le circuit, et l'étape successive passe par la gravure d'un circuit imprimé. Les logiciels utilisés pour cela (KiCad, Eagle, Altium, …) ont des termes spécifiques qui peuvent désorienter les novices. Cet article veut démystifier la création d'une circuit électronique à travers un logiciel dédié en expliquant les termes à première vue obscurs.

Rappels préliminaires

Structure d'un circuit électronique

Un circuit imprimé est composé d'un empilement de couches de cuivre (conducteur) et d'époxy (isolant) dont l'épaisseur peut varier entre 10 et 100 µm, de sorte à avoir une épaisseur totale de la carte de l'ordre du mm. Un circuit à deux couches sera alors constitué de deux feuilles de cuivre séparées par une autre de matériau isolant, le substrat. Il peut être rigide (et être alors de l'époxy) ou flexible (et donc être un polymide, un polymère isolant). Les circuits avec un nombre plus élevé de couches sont constitués à partir de circuits double couche séparés par une feuille de pre-preg (un matériau composite isolant qui se durcit avec la chaleur et qui est semblable au substrat). Les deux feuilles de cuivre externes sont recouvertes d'un vernis isolant pour éviter à la fois l'électrocution des utilisateur et l'oxydation du cuivre en contact avec l'oxygène.

 Coupe d'un circuit imprimé 6 couches

Fabrication d'une carte électronique

Procédé simple (ou artisanal)

Cette méthode est utilisée au ClubElek pour des cartes simples et pas trop denses (la résolution étant moindre qu'en demandant à un fabricant dédié). Il y a un article expliquant cette partie en détail. En tout cas, voici le résumé:

  • on imprime les masques à imprimer sur du papier calque;
  • on expose la carte avec les masques aux rayons UV dans une insoleuse. Les parties imprimés absorbant les rayons UV (contrairement à celles non imprimées et donc transparentes), on obtient alors une carte dont les sections à graver ont leur émail isolant fragilisé;
  • on immerge le tout dans différents bains (contenants des produits assez toxiques et dangereux) et on frotte. Là où l'émail est fragilisé, les acides corrodent le métal et le dissolvent. Ainsi, seules les parties protégée lors de l'exposition aux rayons UV seront encore métallisées (l'émail restant étant dissous par un autre bain);
  • on nettoie le tout à l'eau pour éviter que des résidus attaquent la carte trop en profondeur
Procédé industriel

La méthode précédente marche pour des cartes simples, mais on peut graver seulement les couches supérieures ainsi, ce qui le limite aux mono- et bi-couche. Les fabricants de circuits imprimés utilisent un procédé

impression masques par photoplotteur, puis en suivant le procédé simple, puis impression des écritures

Couches

Le logiciel devrait gérer deux types de couches:

  • Couches de cuivre: ce sont elles qui conduisent effectivement les signaux électriques (les banques cuivrées dans le schéma précédent). Votre logiciel devrait pouvoir en créer beaucoup (KiCad pouvant en avoir jusqu'à 32).
  • Couches techniques: elles ne servent pas à transporter des signaux électriques, mais plutôt à indiquer d'autres zones de la carte. Elles devraient s'appliquer sur les couches les plus externes et il y en a différents types: soldermask (vernis pour éviter le débordement de la soudure), silkscreen/overlay (écritures sur la carte), … Certaines (comme le CutEdge pour KiCad) existent en une seule version (celle citée précédemment servant à définir les limites de la carte, ce serait bizarre d'en avoir plusieurs).

Références