Observation et mesure de trous traversants et de plots sur circuits imprimés nus
Suivant le rythme des smartphones, tablettes et autres dispositifs portables, toujours plus compacts, plus minces et plus fonctionnels, les circuits imprimés et composants électroniques se miniaturisent, se densifient et multiplient leurs couches. En recherche et développement comme en assurance qualité, les éléments des circuits imprimés complets et nus (trous traversants, plots et pastilles), devenus minuscules, sont plus difficiles à observer et leur forme 3D (irrégularités de surface) plus fastidieuse à mesurer et évaluer. Cette section détaille les principales caractéristiques des circuits imprimés nus et les méthodes de montage sur circuit imprimé et vous présente des exemples d’observation et de mesure de leurs plus petits éléments au microscope numérique 4K.
- Types, structures et caractéristiques des circuits imprimés nus
- Méthodes de montage sur circuit imprimé
- Exemples d’observation et de mesure de trous traversants et de plots sur des circuits imprimés nus
- Un microscope numérique 4K qui optimise la recherche, le développement et l’assurance qualité des circuits imprimés nus et complets
Types, structures et caractéristiques des circuits imprimés nus
Lors de la fabrication de circuits imprimés, la qualité après montage des composants dépend du circuit imprimé nu. Découvrez ci-dessous la structure, les caractéristiques et la nomenclature des différents types de circuit imprimé nu.
Types de circuit imprimé nu
Retrouvez ci-dessous les principaux types de circuit imprimé nu, leur structure et leurs caractéristiques.
Circuit imprimé simple face (une couche)
Seule l’une des faces du substrat est imprimée à la feuille de cuivre. Ne possédant qu’une seule couche, ce circuit est appelé circuit imprimé simple face. Des trous traversants, dans lesquels seront insérées les broches ou électrodes des composants, sont percés ou poinçonnés dans le substrat. Non plaqué au cuivre, l’intérieur de ces trous demeure isolé. Les plots ou pastilles de la surface du substrat sont recouverts de cuivre pour servir de contact aux composants à monter. Les circuits imprimés simple face sont souvent utilisés pour la production en masse de dispositifs électroniques grand public en raison de leur faible coût de fabrication.
- A
- Trou traversant non plaqué
- B
- Substrat
- C
- Feuille de cuivre
Circuit imprimé double face (deux couches)
Les deux faces du substrat sont imprimées à la feuille de cuivre. Ce type de circuit est appelé circuit imprimé double face. L’intérieur des trous traversants servant au montage des composants est plaqué de cuivre et donc conducteur. Le coût de fabrication est plus élevé que celui des circuits simple face. Pourtant, ce type de circuit est très répandu en électronique car il offre une zone de câblage et de montage doublée par rapport aux circuits simple face, permettant de réduire considérablement la taille du substrat.
- A
- Trou traversant
- B
- Substrat
- C
- Feuille de cuivre
Circuit imprimé multicouche
Les circuits imprimés multicouches superposent des couches de feuille de cuivre et des couches d’isolant appelées préimprégné. On parle de circuit imprimé à quatre couches, à six couches ou à huit couches en fonction du nombre de couches superposées. Plus le circuit possède de couches, plus complexe est sa structure. Les coûts de conception et de fabrication augmentent proportionnellement au nombre de couches. Les circuits imprimés multicouches peuvent également intégrer des plans de puissance et des lignes de signal entre leurs couches, augmentant la surface utilisée pour le montage ainsi que sa densité.
- A
- Trou traversant
- B
- Préimprégné (couches d’isolant)
- C
- Substrat
- D
- Feuille de cuivre
Méthodes de montage sur circuit imprimé
Le montage sur circuit imprimé est un procédé de brasage des composants électroniques sur un circuit imprimé nu afin d’en faire un circuit imprimé complet. Les deux principales méthodes utilisées pour monter les composants électroniques sont le montage par insertion et le montage en surface. Les caractéristiques de chaque méthode sont détaillées et illustrées ci-dessous.
Montage par insertion
Cette méthode consiste à braser les broches ou électrodes insérées dans les trous traversants du circuit imprimé nu. Le métal d’apport appliqué à l’intérieur du trou traversant réduit légèrement l’impédance de liaison. Cette méthode présente l’inconvénient d’exiger un substrat plus large pour accueillir tous les composants nécessaires, rendant difficile la miniaturisation du circuit.
Les broches des composants à monter sont droites et pointent vers le bas afin d’être insérées dans les trous traversants. Ces composants sont appelés boîtiers à double rangée de connexions.
Montage en surface
Le montage en surface est la méthode de montage sur circuit imprimé actuellement la plus répandue. Les composants électroniques sont montés par application de métal d’apport sur les plots de la surface du circuit imprimé nu et liés par fusion à l’intérieur d’un four. Les trous traversants ne sont pas utilisés. Ce procédé est appelé brasage par refusion. Contrairement au montage par insertion, aucune broche ni électrode ne traverse le circuit imprimé nu, permettant de monter les composants des deux côtés du circuit, pour une plus grande flexibilité. Le montage en surface permet d’intégrer un plus grand nombre de composants, facilitant la miniaturisation et la densification du circuit imprimé.
Les composants à monter en surface sont des boîtiers possédant des broches parallèles aux plots ou des électrodes aux deux bords inférieurs ou des deux côtés.
Exemples d’observation et de mesure de trous traversants et de plots sur des circuits imprimés nus
Les trous traversants et les plots des circuits imprimés nus sont des éléments clés, assurant la connexion des composants au circuit et aux autres composants. Plusieurs paramètres entrent en jeu pour assurer la qualité du montage, tels que l’impression du métal d’apport, les conditions du bain de brasage et le profil thermique du four de refusion. Malgré toute l’attention prêtée à chaque étape et chaque matériau utilisé, il arrive que des trous traversants et plots défectueux entraînent des défauts de conduction et des dysfonctionnements.
Recouverts d’une feuille de cuivre, les trous traversants et plots des circuits imprimés nus présentent des irrégularités de surface et des reflets caractéristiques. L’observation d’un circuit imprimé nu sous l’angle adapté avec un microscope optique s’avère bien souvent fastidieuse, notamment en raison de la difficulté à obtenir une image nette de chaque irrégularité de surface. La mesure de la forme 3D et des dimensions est tout aussi complexe sur des circuits imprimés nus miniaturisés aux trous traversants et plots microscopiques.
Le microscope numérique 4K Série VHX de KEYENCE exploite des systèmes optique et d’observation combinant haute résolution et grande profondeur de champ, pour résoudre la majorité des problèmes rencontrés.
Notre microscope propose de nombreuses applications accessibles en quelques étapes simples, telles que l’observation fluide avec inclinaison, l’observation sur images 4K entièrement nettes (capturées par composition en profondeur et autres fonctions associées), l’acquisition d’images à fort contraste et la mesure 3D haute précision, optimisant et rationalisant ainsi toute une série d’opérations indispensables pour la recherche, le développement et l’assurance qualité des circuits imprimés nus et complets. Découvrez à présent des exemples d’observation et de mesure de trous traversants et de plots de circuits imprimés nu avec la Série VHX.
Observation de trous traversants avec inclinaison
Le décollement du placage au cuivre depuis l’intérieur des trous traversants peut provoquer des faux contacts. Le contrôle de trous profonds au microscope optique nécessite d’incliner l’échantillon en diverses positions à l’aide d’un gabarit et de répéter l’observation pour chaque angle, un processus chronophage et rébarbatif.
Le microscope numérique 4K Série VHX exploite un système d’observation orientable selon un angle libre doté d’une platine motorisée XYZ haute précision, qui garantit un ajustement automatique de l’alignement, de la rotation et du mouvement oblique du champ de vision, pour une observation parfaitement fluide sous tous les angles. La cible est maintenue au centre du champ de vision même en cas d’inclinaison ou de rotation de l’objectif, assurant une observation facile et rapide sur image 4K haute résolution.
De plus, la fonction de composition en profondeur permet l’observation inclinée de zones en renfoncement, telles que l’intérieur d’un trou traversant, à partir d’images entièrement nettes de la totalité du champ de vision même sous fort grossissement.
La Série VHX détermine également les conditions d’éclairage optimales en quelques étapes simples et sans réglage manuel. Grâce à la fonction d’éclairage multiple, qui capture automatiquement plusieurs images sous différents éclairages d’une simple pression sur un bouton, il suffit à l’opérateur de sélectionner intuitivement l’image qui convient le mieux à l’application pour démarrer immédiatement l’observation.
L’exemple ci-dessous illustre l’observation avec inclinaison de l’intérieur d’un trou traversant, habituellement difficile à éclairer, sur une image nette et lumineuse, capturée en combinant éclairage annulaire et rétroéclairage. Même les défauts microscopiques, tels que le décollement de la feuille de cuivre de la surface du trou, peuvent être observés avec précision.
Observation des irrégularités de surface des plots (Image en mode effet d’ombre optique)
La surface des plots plaqués au cuivre présente d’infimes irrégularités. Cependant, la capture d’une image nette de l’état de la surface s’avère souvent difficile en raison du faible contraste obtenu.
Le microscope numérique 4K Série VHX est équipé du mode effet d’ombre optique, qui capture facilement une image à fort contraste sans vide ni aucune autre préparation. L’état de la surface peut être observé et évalué avec précision à partir d’une image mettant en relief les minuscules irrégularités du plot.
Mesure 3D et mesure de profil du placage défectueux d’un plot
Sur un circuit imprimé nu, tout plot défectueux, en raison par exemple d’un décollement du cuivre, risque d’entraîner un dysfonctionnement du circuit ou des difficultés de montage des composants. Pourtant, la mesure de la minuscule forme 3D des plots avec un instrument de mesure à contact ou un microscope optique est particulièrement fastidieuse.
Le microscope numérique 4K Série VHX exécute une mesure 3D haute précision sur des images d’observation haute résolution. L’état de la surface est mesuré et même modélisé en 3D grâce à la capture des irrégularités et de la rugosité les plus infimes sur une image prise en plongée.
Les opérateurs peuvent également mesurer plusieurs profils par simple sélection des positions visées à l’aide de la souris tout en observant l’écran. Les irrégularités de surface sont mesurées à l’échelle submicronique à partir du profil de coupe 2D de la zone défectueuse, permettant une analyse haute précision plus rapide que jamais.
Un microscope numérique 4K qui optimise la recherche, le développement et l’assurance qualité des circuits imprimés nus et complets
Le microscope numérique 4K Série VHX permet une observation avancée sous grossissement et une mesure 3D haute précision des trous traversants et plots d’un circuit imprimé nu, des opérations absolument essentielles pour s’assurer de la fiabilité du circuit imprimé. Un seul microscope et vous voilà parfaitement équipé(e) pour réaliser toute une série d’opérations, jusqu’à la création automatique de rapports détaillés. Les multiples fonctions accessibles en un clin d'œil garantissent un allègement de la charge de travail et un gain de temps appréciables.
La Série VHX regorge de fonctions prêtes à vous servir pour réaliser toutes les observations et mesures requises dans l’industrie des composants électroniques. Pour en savoir plus sur le produit ou pour toute demande, cliquez sur les boutons ci-dessous.
