Electronique - Bases - Realisation circuit imprime Pro

Electronique > Bases > Réalisation d'un circuit imprimé professionnel (making a professionnal PCB)

Dernière mise à jour : 23/10/2022

Présentation

Envie de réaliser un circuit pro ? C'est possible pour un prix "correct"...

... si vos exigences sont "normales" et si vous n'êtes pas trop pressé.

Le minimum à savoir

Faire réaliser un circuit professionnel est désormais à la porté de tous, dès l'instant où l'on dispose d'un logiciel (gratuit ou payant) capable de produire un fichier de fabrication au format "Gerber" à partir de son travail d'implantation et de routage des composants.

Dans un cadre "amateur" (au sens noble du terme), le circuit est presque toujours en simple face ou en double face. Le prix d'un circuit double face étant désormais équivalent à celui d'un circuit simple face, le choix entre simple et double face n'est plus imposé par le seul coût de fabrication. Dans le cas d'un circuit simple face, il est temps de profiter de la couche de cuivre supplémentaire offerte par le double face, ne serait-ce que pour constituer un plan de masse ou une surface de refroidissement additionnelle pour des composants qui chauffent.

La notion de qualité de réalisation d'un PCB diffère selon que le PCB entre dans un cadre amateur / grand public ou dans un cadre hautement professionnel (médical, militaire, aérospatial, moyens de transport). Dans le premier cas, on peut dire qu'un circuit professionnel "de base" sera toujours plus professionnel que le circuit réalisé chez soi avec les moyens du bord. Dans le second cas, entrent en jeu les aspects de solidité mécanique (résistance aux chocs, aux vibrations, aux températures extrêmes) et de résistance au temps qui passe (humidité, moisissure), notions qui dans un premier temps peuvent rester étrangères à l'amateur.

Nous allons maintenant débroussailler un peu le terrain en analysant ce que proposent et demandent quelques fabricants professionnels de circuits imprimés, sans entrer dans les détails des soins à apporter à un circuit pro pour le rendre apte à voyager dans l'espace intersidéral.

Que de paramètres à fournir !

Eh oui, vous êtes dans le monde du professionnel et on ne se contente plus d'une information de type "circuit simple ou double face". Voyons à quoi correspondent ces paramètres étranges que vous devez spécifier une fois sur la page de commande d'un fournisseur professionnel.

Layers (couches) : nombre de couches (une couche est constituée de pistes et de pastilles). Un circuit simple face correspond à un circuit 1 couche, un double face possède 2 couches. Certains fabricants peuvent réaliser des CI jusqu'à 10 couches, d'autres ne posent aucune limite. Pour les besoins amateur, on utilise généralement 1 ou 2 couches, le prix est désormais le même pour ces deux options.
Material : matériau du circuit imprimé. La plupart du temps, il s'agit de FR4 (verre epoxy) avec une épaisseur de cuivre de 35 um (classe 5). Peut aussi être de l'aluminium (IMS), avec dans ce cas un isolant (généralement 100 um) entre la plaque d'alu (1.5 mm) et le cuivre qui forme les pistes et pastiles (35 um). Il peut aussi s'agir de Téflon, Polyamide ou Kapton (isolants de haute qualité pour usage en haute fréquence et/ou haute tension, par exemple).
Quality specification : circuit imprimé de qualité standard ou classé "haute fiabilité". Pour cette dernière option, les machines utilisées font l'objet d'une procédure de contrôle de qualité rigoureuse, 7/7j et 24/24h (7X24H) et les techniciens qui les exploitent ont au minimum 5 ans d'expérience. Sans surprise, les coût et délai de fabrication sont supérieurs à ceux demandés pour les circuits standards.
Thickness (copper) : épaisseur du cuivre (pistes et pastilles). Par exemple entre 18 um et 210 um, souvent 35 um (1 oz), voire 70 um (2 oz). Chez certains fabricants, une épaisseur de cuivre de 35 um sur les deux faces externes impose un surcoût pour des délais de livraison courts (pour éviter ce surcoût, il faut opter pour une épaisseur de cuivre moindre, par exemple 18 um).
Thickness (board) : épaisseur du circuit imprimé. Par exemple entre 0.4 mm et 3.2 mm, souvent 1.5/1.55/1.6 mm ou 1.0 mm pour les circuits composés de 1 à 4 couches. Pour rappel/info, 1,6 mm correspond à 0,062 inch. Au-delà de 6 couches, l'épaisseur du circuit fait au moins 1.6 mm.
Surface finish : finition de la surface. Chimique Nickel/Or (ENIG, Elecroless Nickel/Gold ou Ni/Au), chimique standard avec ou sans plomb (HAL/HALS) ou Argent (Ag). HAL = Hot-Air Levelling.
Board Dimension : dimensions du circuit imprimé. Les limites maximales dépendent des fabricants, par exemple 600 mm x 700 mm. Des dimensions ou surfaces minimales peuvent être imposées, par exemple 1 dm2 minimum. Certains fabricants (comme PCB-Pool) élargissent automatiquement la taille à 1 dm2 si le circuit demandé offre une surface inférieure (le circuit en lui-même n'est pas agrandi, mais il est considéré comme ayant une surface de 1 dm2).
Solder mask / solder stop mask / solder resist / vernis épargne : revêtement supplémentaire composée d'un polymère (généralement de couleur verte mais certains fabricants proposent plusieurs couleurs) posée sur le cuivre, et qui joue le rôle de protection contre l'oxydation et empêche les ponts de soudure parasites (court-circuits) entre des pistes très raprochées, lors de l'opération d'étamage ou de soudage. Le vernis épargne donne à la carte une finition plus professionnelle, elle n'est pas obligatoire.
Silkscreen : sérigraphie. Marquage des dessins et référence ou valeur des composants, généralement en blanc. La bonne tenue de la sérigraphie peut être liée à la présence d'un vernis épargne qui pour rappel est optionnel. Si ce dernier n'est pas demandé, la qualité de la sérigraphie peut ne plus être garantie. Une sérigraphie sur deux faces coûte généralement plus cher qu'une sérigraphie sur une seule face, mais cela n'est pas vrai pour certains fabricants, qui facturent le même prix.
Min hole size / diameter : diamètre minimal de perçage. Par exemple 0.15 mm, 0.2 mm ou 0.3 mm. Plus la valeur spécifiée est faible et plus le prix demandé est élevé (outillage spécifique). Pour les composants traversants traditionnels, le diamètre de perçage est généralement de 0,8 mm. Un diamètre jusqu'à 0,4 mm n'engendre généralement pas de surcoût, mais en-dessous...
PTH (Plated Throu Hole) : trou métalisé. L'épaisseur de cuivre à l'intérieur du trou est généralement de 25 um.
Via : traversée permettant un raccord électrique entre deux (ou plus) couches distinctes.
Blind via : traversée commençant par une couche externe et faisant le lien avec une ou plusieurs couches internes, sans aboutir sur la seconde couche externe. Cette option est coûteuse et ne doit être envisagée que si cela est strictement nécessaire.
Burried via : traversée faisant le lien entre des couches internes, sans aboutir sur aucune des deux couches externes. Cette option est coûteuse et ne doit être envisagée que si cela est strictement nécessaire.
Tenting via : le cuivre extérieur de la traversée est recouvert de vernis épargne (les trous minuscules peuvent même être bouchés). Cette technique vise à limiter les risque de "pont de soudure" et est recommandée pour les circuits à forte densité de population comportant des circuits intégrés BGA ou des traversées très proches de composants CMS.
Slot : on appelle slot un trou dont la forme n'est pas circulaire ou dont le diamètre est trop grand pour être réalisé avec un foret standard. De grands trous oblongs ou "carrés" par exemple nécessitent une "découpe" avec un outil adéquat. Le bord du trou peut être recouvert de cuivre (plated hole) ou laissé nu (non-plated hole). Des trous non circulaires peuvent par exemple être requis pour l'assemblage mécanique de circuits imprimés (entre eux) ou de broches non circulaires de certains connecteurs. Un gros trou circulaire peut par exemple être requis pour laisser passer un potentiomètre de tableau.
Half-hole (castellated hole) : demi-trou en bordure du circuit imprimé qui permet l'assemblage à plat (plaque contre plaque) d'un circuit imprimé "fille" sur un circuit imprimé "mère". Les demi-trous servent dans ce cas de points de connexion en surface (style SMD/CMS, sans liaison traversante). Très pratique pour ajouter en surface (sur un PCB "mère") un "composant complexe" lui-même fait d'un ou plusieurs composants soudés sur un PCB "fille".
Semi-plating hole (1, 2, 3 ou 4 faces) : -
Min line width : largeur minimale de piste. Par exemple 0.1 mm, 0.125 mm ou 0.15 mm. Plus la valeur spécifiée est faible et plus le prix est élevé. A titre de comparaison, on évite d'aller en dessous de 0.6 mm avec les moyens amateurs.
Min line spacing : espacement minimal entre les pistes. Par exemple 0.175 mm (impossible à obtenir avec un moyen amateur).
Min SMT pitch : espacement minimal entre deux pastilles d'un composant CMS. Par exemple 0.2 mm.
Max. thickness of Au in ENIG : épaisseur maximale de la couche nickel/or quand la finition de surface est ENIG.
Electrically test / E-Test : vérification d'absence de court-circuit entre pistes et vérification de continuité entre extrémités des pistes. Cette opération est conseillée pour les circuits très denses avec des pistes et espaces inter-pistes très fins. Ce contrôle est automatisé et fait "concurence" à l'inspection visuelle seule.
File format : Format du fichier qu'on doit fournir et qui décrit comment le circuit imprimé doit être réalisé (pistes, perçage, vernis épargne, etc). Il peut s'agir d'un fichier source d'un logiciel de CAO (Orcad, Protel, Eagle, Proteus, etc) ou d'un fichier "générique" Gerber/Excellon. Pour le format Gerber il existe plusieurs versions, se renseigner auprès du fabricant de PCB pour savoir quel format iest accepté.
Panel / panelization : panélisation (multi-panneaux). Permet la réalisation de plusieurs circuits imprimés identiques avec une prédécoupe sur l'unique plaque qui les englobe tous (panneau sécable).Certains fabricants (comme PCB-Pool) adoptent la méthode "flan avec languette" pour les circuits de petites dimensions (les circuits sont alignés et tiennent juste par un petit bout de CI qu'on peut détacher à la main, comme les pièces d'une maquette/modèle réduit).
Détourage / séparation : prédécoupe de plusieurs circuits identiques ou différents fournis sous la forme d'un unique circuit imprimé. La prédécoupe qui permet de séparer aisément les différents circuits peut être une option payante et dans la cas où vous ne la choisissez pas vous devez couper la plaque qui regroupe tous vos CI selon vos propres moyens.

Rappel concernant les conversions d'unités entre millimètres (mm) et pouces (in) :

1" = 1 pouce (in, inch) = 25.4 mm
0.1" = 0.1 pouce = 2.54 mm (espacement entre deux broches d'un circuit intégré traditionnel)
0.004" = 0.004 pouce = 0.1 mm
0.006" = 0.006 pouce = 0.15 mm

Quel fabricant choisir ?

Une recherche sur Google avec les termes "circuits imprimés" ou "PCB" amène (comme on peut s'en douter) son lot de réponses... Un grand nombre de sociétés proposent désormais la réalisation de circuits imprimés avec commande en ligne, via Internet. Pour les exemples de cotation (prix) qui vont suivre, j'ai effectué des comparaisons entre cinq fabricants connus :

PCB-Pool
Eurocircuit
Multi-Circuit-Boards (pour sociétés seulement)
DB Electronique
AllPCB / JLC PCB (Chine)

Il en existe bien sûr beaucoup d'autres, européens ou pas...

Exemples de tarifs

Comparaisons effectuées pour deux tailles différentes de circuit imprimés (un premier circuit de surface inférieure au dm2, un second de surface supérieure au dm2) et pour des délais de fabrication allant de 1 jour à 15 jours ouvrés (WD = Working Days).

Remarque : je ne fais pas de mise à jour hebdomadaire des tarifs donnés ci-après en exemples.

Circuit imprimé dimensions 65 mm x 55 mm (0,35 dm2) - tarifs mis à jour en janvier 2022

Circuit simple face, verre epoxy (FR4), cuivre 35 um, finition HAL (sans plomb), avec sérigraphie face composants, avec vernis épargne, sans test électrique. Prix TTC, frais de port non inclus.

Délai	PCB-Pool (1)	Eurocircuit	MC-Boards	ALLPCB (2)	JLCPCB (2)
1 jour	88 €	-	137 €	-	-
2 jours	75 €	108 €	118 €	5 $ (~ 5 €)	-
3 jours	69 €	53 €	80 €	5 $ (~ 5 €)	2 $ (~ 2 €)
4 jours	63 €	53 €	51 €	5 $ (~ 5 €)	2 $ (~ 2 €)
5 jours	50 €	53 €	51 €	-	2 $ (~ 2 €)
7 jours	45 €	53 €	51 €	-	-
8 jours	37 €	53 €	51 €	-	-
15 jours	-	53 €	51 €	-	-

(1) Prix de 2018 non actualisés, calculateur en ligne inopérant.à la date de la mise à jour de janvier 2022
(2) Prix pour 5 pièces, commande unitaire impossible (montant à diviser par 5 pour obtenir le coût à l'unité)

La grande différence de prix observée chez MC-Board (Multi-Circuit-Board) tient aux faibles dimensions du circuit. Au-delà du dm2, la tendance s'inverse (voir tableau suivant). Autre point de comparaison, le même circuit commandé chez Imprelec revient à 22 euros frais de port compris, délai de livraison entre 3 et 4 semaines (moins cher mais plus long). ALLPCB et JLCPCB (Chine) proposent des tarifs difficiles à battre, et leur travail est excellent !

Circuit imprimé dimensions 130 mm x 100 mm (1,3 dm2) - tarifs mis à jour en janvier 2022

Circuit double face, verre epoxy (FR4), cuivre 35 um, finition Nickel/Or (ENIG), avec sérigraphie face composants, avec vernis épargne sur les deux faces, sans test électrique. Prix TTC, frais de port non inclus.

Délai	PCB-Pool (1)	Eurocircuit	MC-Boards	ALLPCB (2)	JLCPCB (2)
1 jour	202 €	-	154 €	-	-
2 jours	169 €	180 €	135 €	11 $ (~ 11 €)	-
3 jours	152 €	73 €	92 €	11 $ (~ 11 €)	10 $ (~ 10 €)
4 jours	136 €	73 €	55 €	11 $ (~ 11 €)	10 $ (~ 10 €)
5 jours	102 €	73 €	55 €	-	10 $ (~ 10 €)
7 jours	89 €	73 €	55 €	-	-
8 jours	69 €	73 €	55 €	-	-
15 jours	-	73 €	55 €	-	-

Remarques

Les circuits de dimensions inférieure au dm2 sont généralement plus chers et il est souvent plus intéressant de dupliquer (ou paneliser) les circuits pour au final aboutir à un coût à peine supérieur ou même parfois inférieur (pour les circuits imprimés inférieurs à 0,25 dm2, cela coûte moins cher d'en faire quatre qu'un seul).
Pour l'ensemble des fabricants, le prix chute rapidement si le délai de livraison demandé est de 5 à 8 jours. Cela s'explique par le fait qu'avec un délai plus long, ils ont le temps de regrouper plusieurs commandes de différents clients et de réduire les frais d'outillage et de main d'oeuvre. Ce qui signifie aussi que parfois, le délai réel peut être inférieur à celui annoncé.
Certains fabricants proposent un système de commande en ligne. Parmi eux, certains permettent d'évaluer le coût d'un circuit imprimé sans qu'on ait besoin d'ouvrir un compte, d'autres se contentent de répondre (tel ou mail) à une demande de devis.
Certains fabricants acceptent les fichiers "source" des logiciels de CAO (comme Orcad, Protel, Eagle, ou encore Proteus qui est celui que j'utilise), d'autres demandent un fichier Gerber (ce fichier Gerber est en fait une archive ZIP ou RAR qui comporte plusieurs fichiers descriptifs). Chez un même fabricant, le prix demandé n'est pas toujours le même en fonction du fichier qu'on fournit, car certains formats peuvent demander un travail supplémentaire. A noter qu'il existe plusieurs formats GERBER : RS274D (standard), RS274X (EXT/étendu) ou encore Gerber X2 (préféré), choisissez celui qui est accepté par le fabricant de CI (Gerber X2 préféré, janvier 2022).