Une carte PCB, ou circuit imprimé, est constituée de plusieurs couches de matériaux qui fonctionnent ensemble pour supporter et connecter des composants électroniques. Un PCB typique comprend un matériau de base isolant, des couches conductrices en cuivre, un masque de soudure, un marquage sérigraphique, des trous métallisés et une finition de surface. Dans un PCB assemblé, des composants tels que des circuits intégrés, des connecteurs, des résistances, des condensateurs, des LED et des dispositifs de puissance sont montés sur la carte.
Pour les produits d'affichage, le choix du matériau du PCB est important car la carte peut contrôler les signaux LCD, alimenter le rétroéclairage, connecter des panneaux tactiles, gérer des interfaces ou faire partie d'une carte contrôleur. Un PCB utilisé dans un circuit simple à basse vitesse n'a pas les mêmes exigences qu'un PCB utilisé pour des applications MIPI, LVDS, HDMI, USB, de pilotage de rétroéclairage ou de carte contrôleur Android.
Cet article explique de quoi est faite une carte PCB, comment chaque matériau fonctionne, et ce que les acheteurs B2B doivent comprendre lors de l'évaluation des cartes contrôleur LCD, des modules d'affichage et des solution d'affichage personnalisée composants électroniques.
Une carte PCB est une plateforme physique qui supporte mécaniquement les composants électroniques et les connecte électriquement via des pistes en cuivre. Au lieu d'utiliser des fils volants entre chaque composant, le motif du circuit est intégré dans la carte elle-même.
Le terme PCB est souvent utilisé de manière approximative. À proprement parler, un PCB nu est la carte avant le montage des composants. Une fois que les composants électroniques sont soudés dessus, on l'appelle souvent un ensemble PCB, PCBA ou carte de circuit imprimé assemblée.
Dans les systèmes d'affichage, un PCB peut apparaître à plusieurs endroits. Il peut faire partie d'une carte contrôleur LCD, d'une carte de pilotage de rétroéclairage, d'une carte de contrôle tactile, d'une carte d'alimentation, d'une carte adaptatrice ou d'une carte mère intégrée. Le matériau et la disposition du PCB affectent la qualité du signal, la fiabilité, la dissipation thermique, la durabilité des connecteurs et la cohérence de fabrication.
Un PCB rigide standard contient généralement ces principales catégories de matériaux :
Chaque matériau a une fonction différente. Le substrat de base assure l'isolation et la résistance mécanique. Le cuivre transporte les signaux électriques et l'alimentation. Le masque de soudure protège le motif en cuivre. La sérigraphie aide à identifier les composants et les points de test. La finition de surface protège le cuivre exposé et favorise la soudabilité.
Le FR-4 est le matériau de base le plus couramment utilisé dans de nombreux PCB rigides. C'est un stratifié époxy renforcé de verre. En termes simples, il combine un tissu de fibre de verre tissé avec une résine époxy pour créer un matériau de carte isolant solide.
Le matériau de base doit supporter le circuit en cuivre, résister aux contraintes mécaniques, assurer l'isolation électrique et tolérer la chaleur de fabrication. Le FR-4 est largement utilisé car il offre un équilibre pratique entre coût, résistance mécanique, performance d'isolation et fabricabilité. Cependant, le FR-4 n'a pas un seul niveau de performance. Différents matériaux FR-4 peuvent avoir des températures de transition vitreuse, des propriétés diélectriques, des performances thermiques et une adéquation pour la soudure sans plomb ou les signaux à haute fréquence différentes.
Pour les cartes électroniques ordinaires à vitesse faible à moyenne, le FR-4 standard peut suffire. Pour les interfaces d'affichage à haute vitesse, les conceptions à forte puissance ou les environnements industriels exigeants, le grade spécifique du stratifié doit être examiné plus attentivement.
Le cuivre est le principal matériau conducteur dans un PCB. Il forme les pistes, les plages, les plans et les vias qui connectent les composants électroniques. Le cuivre peut apparaître sur un côté, les deux côtés ou plusieurs couches internes de la carte.
Un PCB simple face simple a du cuivre sur un côté. Un PCB double face a du cuivre sur les deux côtés. Un PCB multicouche a des couches de cuivre à l'intérieur de la carte ainsi que sur les surfaces extérieures. La construction multicouche est courante lorsqu'un circuit nécessite une densité plus élevée, une meilleure mise à la terre, une impédance contrôlée ou une séparation entre les couches d'alimentation et de signal.
Dans les cartes contrôleur d'affichage, les couches de cuivre peuvent transporter des signaux à haute vitesse, des rails d'alimentation, des plans de masse, le courant de rétroéclairage, les signaux d'interface tactile et le routage des connecteurs. L'épaisseur, la largeur, l'espacement et l'empilement des couches des pistes en cuivre influencent les performances et la fiabilité.
Dans les PCB multicouches, la carte n'est pas simplement une seule feuille plate. Elle est construite à partir de couches de noyau et de préimprégné. Un noyau est une couche de stratifié durci avec du cuivre. Le préimprégné est un matériau en fibre de verre imprégné de résine qui lie les couches ensemble lors du laminage.
Pendant la fabrication, la chaleur et la pression lient les couches en une seule structure solide. L'empilement final peut inclure des couches de signal, des plans de masse, des plans d'alimentation et des couches à impédance contrôlée.
Ceci est important pour les applications de cartes contrôleur et d'affichage à haute vitesse. Les interfaces telles que LVDS, HDMI, USB, eDP et les circuits liés à MIPI peuvent nécessiter une conception d'empilement minutieuse, un contrôle d'impédance, une référence de masse et un routage en paires différentielles. Le matériau du PCB fait donc partie de la performance du signal, et pas seulement un support mécanique.
Le masque de soudure est le revêtement protecteur coloré couramment visible sur les surfaces des PCB. Le vert est la couleur la plus courante, mais le masque de soudure peut aussi être noir, bleu, rouge, blanc ou d'autres couleurs selon le projet.
Le masque de soudure couvre la plupart des zones de cuivre tout en laissant les plages exposées là où les composants doivent être soudés. Il aide à prévenir les ponts de soudure, protège le cuivre de l'oxydation, améliore l'isolation entre les pistes et rend la carte plus durable lors de la manipulation et de l'assemblage.
Dans les cartes de contrôle d'affichage, la qualité du masque de soudure est importante autour des connecteurs à pas fin, des broches de circuits intégrés, des connecteurs FPC, des connecteurs tactiles et des zones à haute densité de composants. Un mauvais alignement du masque de soudure ou une faible adhérence peut créer des problèmes de fabrication et de fiabilité.
La sérigraphie est la couche de marquage imprimée sur le PCB. Elle peut inclure des désignations de référence de composants, des marques de polarité, des étiquettes de connecteurs, des étiquettes de points de test, des marques d'avertissement, des codes de production ou des instructions d'assemblage.
La sérigraphie ne transporte pas de signaux électriques. Sa valeur est pratique. Elle aide les ingénieurs, les ouvriers d'assemblage, les techniciens de réparation et les inspecteurs qualité à identifier la disposition de la carte plus rapidement.
Pour les cartes contrôleur, un étiquetage clair des connecteurs peut réduire les erreurs d'installation. Ceci est utile lorsqu'une carte comprend un connecteur LCD, un connecteur tactile, une entrée d'alimentation, une sortie de rétroéclairage, USB, HDMI, LVDS, MIPI, UART, haut-parleur ou d'autres interfaces.
Le cuivre exposé s'oxyde facilement. Une finition de surface PCB protège les plages exposées et favorise la soudure. Les finitions de surface courantes incluent HASL, HASL sans plomb, ENIG, OSP, argent par immersion et étain par immersion.
Le choix affecte la soudabilité, la durée de conservation, la planéité, le coût et l'adéquation pour les composants à pas fin. Pour les cartes contrôleur denses avec des circuits intégrés à pas fin, des connecteurs ou des besoins d'assemblage à haute fiabilité, la sélection de la finition de surface peut être importante.
Les acheteurs n'ont pas toujours besoin de spécifier eux-mêmes la finition de surface. Cependant, si un projet implique des connecteurs à pas fin, un stockage long, une production répétée ou des exigences d'assemblage strictes, le fournisseur doit sélectionner et contrôler la finition de manière appropriée.
Les vias sont des trous métallisés qui connectent les couches de cuivre à l'intérieur d'un PCB. Ils permettent aux signaux ou à l'alimentation de passer d'une couche à une autre. Les vias traversants traversent toute la carte, tandis que les vias borgnes et enterrés sont utilisés dans les cartes multicouches plus complexes.
Les trous métallisés traversants sont également utilisés pour les composants traversants, les connecteurs et les points de montage mécaniques. Dans de nombreuses cartes contrôleur d'affichage, les connecteurs et les bornes d'alimentation peuvent nécessiter un support mécanique solide et une métallisation fiable.
La conception des vias affecte le routage des signaux, la distribution d'énergie, le transfert de chaleur et le coût de fabrication. Pour les cartes à haute vitesse ou compactes, le placement des vias peut également affecter l'intégrité du signal.
Une carte PCB devient un module électronique fonctionnel seulement après que les composants sont assemblés dessus. Ces composants peuvent inclure :
Pour les projets d'affichage LCD, la carte assemblée peut gérer l'entrée d'image, le timing d'affichage, les données tactiles, la conversion de puissance, le comportement du firmware, le contrôle du rétroéclairage et la communication avec le système hôte.
Un empilement de PCB est l'agencement des couches de cuivre, des couches isolantes, du préimprégné et des noyaux à l'intérieur de la carte. La conception de l'empilement détermine la manière dont les signaux, l'alimentation et la masse sont organisés.
Un PCB simple à deux couches peut comporter du cuivre sur les faces supérieure et inférieure avec du FR-4 entre elles. Un PCB à quatre couches peut inclure une couche de signal supérieure, une couche de masse interne, une couche d'alimentation interne et une couche de signal inférieure. Les cartes plus complexes peuvent utiliser six, huit couches ou plus.
L'empilement est important pour les cartes contrôleurs d'affichage car les interfaces telles que les chemins de signaux USB, HDMI, LVDS, eDP et MIPI peuvent nécessiter une impédance contrôlée et des plans de référence stables. Un mauvais empilement peut entraîner des problèmes d'intégrité du signal même lorsque le schéma est correct.
| Partie du PCB | Matériau courant | Fonction principale |
|---|---|---|
| Substrat de base | Stratifié époxy renforcé de verre FR-4 | Fournit l'isolation et le support mécanique |
| Couche de cuivre | Feuille de cuivre ou cuivre plaqué | Conduit les signaux, l'alimentation et la masse |
| Préimprégné | Fibre de verre imprégnée de résine | Lie les couches dans les cartes multicouches |
| Masque de soudure | Revêtement polymère | Protège le cuivre et empêche les ponts de soudure |
| Sérigraphie | Encre de marquage imprimée | Affiche les étiquettes, les références des composants, la polarité et les repères d'assemblage |
| Finition de surface | ENIG, HASL, OSP, étain par immersion ou autre finition | Protège le cuivre exposé et facilite le soudage |
| Vias et trous plaqués | Cuivre plaqué à l'intérieur des trous | Connecte les couches et supporte le montage traversant |
Tous les PCB ne sont pas des cartes rigides. Différents produits électroniques peuvent utiliser des PCB rigides, des PCB flexibles ou des PCB rigides-flexibles.
Un PCB rigide utilise un matériau de base rigide tel que le FR-4. Ceci est courant pour les cartes contrôleurs, les cartes d'alimentation et les cartes mères.
Un PCB flexible, souvent appelé FPC, utilise un matériau de base flexible tel que le polyimide. Les FPC sont courants dans les modules LCD, les écrans tactiles, les modules de caméra et les appareils électroniques compacts où le circuit doit se plier ou s'adapter à un espace limité.
Un PCB rigide-flexible combine des sections rigides et des sections flexibles en une seule structure intégrée. Il peut réduire les connecteurs et améliorer la compacité, mais il est généralement plus coûteux et nécessite une conception plus minutieuse.
Dans les produits LCD, le module d'affichage peut inclure un circuit imprimé flexible connecté à la cellule de verre, tandis que la carte contrôleur peut être un PCB rigide. La connexion entre le FPC d'affichage et la carte contrôleur est un point d'intégration courant qui doit être vérifié attentivement.
Une carte contrôleur LCD n'est pas un PCB générique. Elle peut devoir supporter l'entrée d'affichage, la conversion de temporisation, le pilotage du rétroéclairage, la communication tactile, la régulation de puissance, le contrôle du firmware et les interfaces externes.
Par exemple, une carte contrôleur peut inclure une entrée HDMI, un tactile USB, une sortie LVDS, une interface MIPI, une interface eDP, l'audio, une sortie de rétroéclairage ou une entrée d'alimentation. Ces fonctions imposent différentes exigences concernant le matériau du PCB, le nombre de couches, le routage, la mise à la masse, l'emplacement des connecteurs et la sélection des composants.
Si la carte transporte des signaux différentiels à haute vitesse, le matériau du PCB et l'empilement doivent supporter une impédance contrôlée. Si elle gère l'alimentation du rétroéclairage, la largeur du cuivre et la conception thermique sont importantes. Si elle se connecte à un FPC, la sélection du connecteur et la stabilité mécanique sont cruciales.
Le matériau et la disposition du PCB peuvent affecter indirectement les performances d'affichage. Une mauvaise conception de PCB peut provoquer une alimentation instable, un bruit de signal, une mise à la masse faible, des problèmes de connecteur, un scintillement du rétroéclairage, des interférences tactiles ou un échec d'initialisation de l'affichage.
Pour les interfaces d'affichage à haute vitesse, l'intégrité du signal est particulièrement importante. La carte doit router les signaux avec une impédance, un espacement, un contrôle de longueur, des plans de référence et une mise à la masse appropriés. Le stratifié sélectionné, l'épaisseur du cuivre, l'empilement des couches et la structure du connecteur contribuent tous au résultat final.
Pour les projets industriels ou les équipements à long terme, le PCB doit également supporter une fabrication stable et une production répétable. Les changements de matériau, les changements d'empilement, les substitutions de connecteurs ou les alternatives de composants non contrôlées peuvent affecter la cohérence.
Les PCB jouent également un rôle dans la gestion thermique. Le cuivre conduit la chaleur aussi bien que l'électricité. Des zones de cuivre plus larges, des plans de cuivre, des vias thermiques et la disposition de la carte peuvent aider à dissiper la chaleur loin des composants de puissance.
Les cartes contrôleurs d'affichage peuvent inclure des régulateurs de puissance, des circuits de pilotage de rétroéclairage, des processeurs, de la mémoire et des puces d'interface. Ces composants peuvent générer de la chaleur. Si la conception thermique est faible, la carte peut devenir instable ou affecter la fiabilité à long terme.
Pour les affichages à haute luminosité, le pilotage du rétroéclairage est une considération thermique importante. La conception du PCB et de la carte contrôleur doit être examinée conjointement avec l'exigence de luminosité, le courant de rétroéclairage, la structure du boîtier et l'environnement d'exploitation.
Les matériaux et assemblages PCB peuvent devoir répondre aux restrictions matérielles régionales. La directive RoHS est l'une des exigences les plus courantes pour les équipements électriques et électroniques dans de nombreux marchés. Elle restreint certaines substances dangereuses telles que le plomb, le mercure, le cadmium, le chrome hexavalent, les PBB, les PBDE et plusieurs phtalates.
La conformité ne doit pas être supposée uniquement sur la base de l'apparence. Les acheteurs doivent confirmer si la carte spécifique, les composants, le processus de soudage, la finition de surface, le câble, le connecteur et le module d'affichage répondent aux exigences applicables pour le produit final et le marché cible.
Pour les projets B2B, la documentation est importante. Si le produit final est vendu en Europe, en Amérique du Nord, au Japon, en Corée du Sud ou sur d'autres marchés réglementés, l'acheteur doit clarifier les déclarations de matériaux ou les documents de conformité requis avant la production de masse.
| Type de PCB | Structure | Utilisation typique |
|---|---|---|
| PCB simple face | Cuivre sur un seul côté | Circuits simples à faible coût |
| PCB double face | Cuivre sur les deux côtés | Circuits de complexité modérée |
| PCB à quatre couches | Couches de signal externes plus couches d'alimentation ou de masse internes | Cartes contrôleurs, électronique compacte, meilleur routage des signaux |
| PCB à six couches ou plus | Couches de signal, d'alimentation et de masse multiples | Cartes haute densité, haute vitesse ou basées sur processeur |
| PCB flexible | Matériau de base flexible et traces de cuivre | FPC pour écran LCD, panneaux tactiles, connexions compactes |
| PCB rigide-flexible | Zones rigides et flexibles combinées | Dispositifs compacts avec contraintes mécaniques complexes |
Lors de l’évaluation d’un PCB ou d’une carte de contrôle d’écran LCD, les acheteurs doivent regarder au-delà du nom du matériau de la carte. Le PCB doit correspondre aux exigences électriques, mécaniques, thermiques et de conformité du produit complet.
Les questions utiles incluent :
Une idée reçue est que tous les PCB sont identiques s’ils utilisent du FR-4. En réalité, les matériaux FR-4 varient en termes de performance thermique, de comportement diélectrique, de niveau de fiabilité et d’aptitude à l’assemblage sans plomb ou aux signaux haute vitesse.
Une autre idée reçue est que la couleur du PCB indique sa performance. La couleur du masque de soudure (vert, noir, bleu, rouge ou blanc) ne définit pas automatiquement la qualité électrique de la carte. La qualité du matériau, l’empilement, l’épaisseur du cuivre, le processus de fabrication et le contrôle d’inspection sont plus importants.
Une troisième idée reçue est que les cartes plus épaisses sont toujours meilleures. L’épaisseur de la carte doit correspondre au connecteur, à la structure mécanique, à l’exigence d’impédance et à la méthode d’assemblage du produit. Une carte plus épaisse peut être plus robuste, mais elle n’est pas automatiquement meilleure pour chaque conception.
Une quatrième idée reçue est que le PCB seul détermine la fiabilité. La fiabilité dépend du matériau de la carte, du layout, des composants, de la soudure, des connecteurs, de la conception thermique, du comportement du firmware, du boîtier et des conditions d’exploitation réelles.
Pour les projets d’affichage RJY, les matériaux des PCB sont particulièrement pertinents lorsqu’un client a besoin d’une carte de contrôle d’écran LCD, Carte de contrôle Android, d’une carte adaptateur d’affichage, d’une solution d’affichage tactile ou d’un support de firmware personnalisé.
Un projet d’affichage peut impliquer un module TFT LCD, un FPC, un panneau tactile, un rétroéclairage, un verre de protection, une carte de contrôle, un firmware, une structure de boîtier et une carte mère client. Le PCB est une partie de ce système, mais il peut affecter le succès de l’intégration globale.
Lorsqu’un projet implique des interfaces telles que HDMI, VGA, LVDS, MIPI, eDP, USB, RGB, SPI ou le contrôle tactile, la carte doit être évaluée en fonction du panneau réel, de la résolution, du timing, de la définition du connecteur, des besoins en rétroéclairage et de l’environnement logiciel.
RJY Display prend en charge les modules TFT LCD, les cartes contrôleurs et solution d'affichage personnalisée Discussions de solutions pour les projets axés sur l’ingénierie. Les cartes de contrôle peuvent être discutées séparément ou avec des modules LCD compatibles selon les exigences du projet.
Si votre projet nécessite un module d’affichage, une carte de contrôle, un support tactile, une adaptation du firmware ou une correspondance d’interface, préparez la taille de l’écran LCD, la résolution, l’interface, le modèle du panneau, la définition des broches, les besoins en rétroéclairage, les besoins tactiles, le système d’exploitation, l’environnement d’application et la demande prévue.
Envoyez vos exigences en matière de PCB et d’affichage
Un PCB est composé de plus d’un matériau. Un PCB typique comprend un matériau de base isolant tel que le FR-4, des couches conductrices en cuivre, du préimprégné dans les cartes multicouches, un masque de soudure, une sérigraphie, une finition de surface, des vias, des trous plaqués et des composants électroniques une fois assemblé.
Pour les projets d’affichage et de cartes de contrôle, le choix du matériau du PCB affecte plus que le coût. Il peut influencer l’intégrité du signal, la distribution de l’alimentation, la gestion thermique, la fiabilité des connecteurs, l’intégration du firmware, la conformité et la cohérence de production à long terme.
Le meilleur choix de PCB ou de carte de contrôle dépend de l’application complète. La taille de l’affichage, la résolution, l’interface, les besoins en rétroéclairage, la fonction tactile, la conception de la carte de contrôle, la structure mécanique, l’environnement d’exploitation et les exigences de conformité doivent tous être examinés avant la sélection finale.
Un PCB est généralement composé d’un substrat isolant, de couches conductrices en cuivre, d’un masque de soudure, d’une sérigraphie, d’une finition de surface, de vias et de trous plaqués. Une fois assemblé, il comprend également des composants électroniques tels que des CI, des résistances, des condensateurs et des connecteurs.
Le FR-4 est un stratifié époxy renforcé de verre couramment utilisé comme matériau de base isolant dans de nombreux PCB rigides. Il fournit un support mécanique et une isolation électrique pour les circuits en cuivre.
Le cuivre est utilisé car il conduit bien l’électricité. Il forme les traces, les pastilles, les plans d’alimentation, les plans de masse et les vias qui connectent les composants sur la carte.
Le masque de soudure est le revêtement protecteur sur la surface du PCB. Il couvre la plupart des zones de cuivre, aide à prévenir les ponts de soudure, améliore l’isolation et protège le cuivre de l’oxydation.
Un PCB est la carte de circuit imprimé nue. Un PCBA, ou assemblage de carte de circuit imprimé, est la carte après que les composants électroniques ont été montés et soudés.
Non. Le FR-4 est très courant, mais les PCB peuvent également utiliser d’autres matériaux tels que le polyimide pour les circuits flexibles, les substrats à noyau métallique pour les applications thermiques, ou les stratifiés haute fréquence pour les conceptions RF et haute vitesse spécialisées.
Le matériau et l’empilement du PCB affectent le routage des signaux, le contrôle d’impédance, la gestion thermique, la stabilité de l’alimentation, la fiabilité des connecteurs et la cohérence à long terme. Ces facteurs sont importants pour les cartes de contrôle d’écran LCD et les circuits d’interface d’affichage.
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