L'origine des circuits imprimés : un retour dans le temps

Le circuit imprimé (PCB), à l'instar de nombreuses inventions révolutionnaires, repose sur un fondement de progrès historique. Il y a plus de 140 ans, entre 1880 et 1900, la propagation de l’électricité transforma la vie quotidienne, remplaçant les combustibles traditionnels et alimentant les foyers. Les principales innovations liées à l'électromagnétisme et aux moteurs au cours de cette période ont ouvert la voie aux PCB et à leur rôle dans la fabrication des appareils électroniques. Pour en savoir plus sur la fabrication des PCB, consultez notre dernier article sur le processus de fabrication des circuits imprimés. Parmi les inventions marquantes de cette époque, on retrouve :

- Thomas Edison : Ampoule électrique (1879)

- Nikola Tesla : Moteur (1888) et alimentation en courant alternatif (1895)

- Alexander Graham Bell : Téléphone (1876)

- Kodak : Première caméra (1884)

- Herman Hollerith : Machine de tabulation (1890), qui a conduit à IBM

Bien que les PCB soient apparus plus tard, leur développement doit beaucoup aux progrès technologiques de cette époque de transformation. Les PCB sous leur forme moderne existent depuis les années 1960, lorsque les premiers modèles ont été utilisés dans des calculatrices, des caisses enregistreuses et d'autres appareils simples dotés de circuits électriques.

Les Débuts : Avant les PCB

Avant l’apparition des PCB, les circuits électroniques étaient assemblés à l’aide de câblages point-à-point. Les composants étaient soudés sur des bandes de terminaux ou des plaques, ce qui donnait des conceptions volumineuses, fragiles et peu fiables. La complexité croissante des circuits au début du XXe siècle exigeait une solution plus robuste et efficace.

Développement au cours des 80 dernières années

Les circuits imprimés (PCB) sont des éléments essentiels dans d'innombrables appareils électroniques et systèmes informatiques.

• Années 1950-1960 : Introduction des PCB multicouches et des trous métallisés, permettant des conceptions plus compactes.
• Années 1970 : La conception assistée par ordinateur (CAO) révolutionne la conception des PCB, augmentant la précision et l'efficacité.
• Années 1980 : La technologie de montage en surface (SMT) a permis d’utiliser des composants plus petits et d’augmenter la densité des assemblages.

Leur conception moderne date des années 1960, où les PCB ont d'abord été utilisés dans des calculatrices, des caisses enregistreuses et d'autres appareils électroniques simples. Dans les années 1970, les PCB ont commencé à apparaître dans des montres numériques et certains des premiers jeux vidéo et ordinateurs personnels. Dans les années 1980, les PCB étaient présents dans des radios d'alarme, des magnétoscopes, des consoles de jeux Atari, des lecteurs de CD et de Laserdisc, ainsi que dans des téléphones sans fil. Dans les années 1990, des PC de bureau de plus en plus avancés et miniaturisés, ainsi que des périphériques comme les scanners et les imprimantes, ont contribué à l’expansion des PCB.

Depuis la fin des années 1990, l'évolution rapide de la technologie a conduit à des PCB plus petits et plus puissants. Les appareils modernes comme les smartphones incarnent cette tendance, offrant des conceptions compactes avec une durabilité et une fonctionnalité accrues. Les PCB actuels présentent des substrats flexibles, des conceptions haute fréquence et des matériaux avancés comme le PTFE et la céramique, répondant aux besoins de secteurs variés allant de l'IoT à l’aérospatial. Des innovations comme l'impression 3D et la conception assistée par IA continuent de repousser les limites.

Pourquoi les PCB ?

Les circuits imprimés (PCB) sont essentiels aux appareils électroniques modernes, offrant une plateforme compacte et fiable pour connecter les composants. En remplaçant les câblages complexes par des pistes conductrices, ils garantissent une transmission efficace des signaux et de l'énergie. Les PCB soutiennent la miniaturisation, assurent la stabilité mécanique et permettent des applications à grande vitesse, ce qui les rend vitaux pour tout, des gadgets simples aux systèmes avancés. Leur durabilité et leur rentabilité renforcent encore leur importance.

Au fil du temps, l'évolution technologique et la conception des PCB ont été stupéfiantes. Alors qu'une calculatrice pouvait contenir 30 transistors, les cartes mères modernes intègrent plus d'un million de transistors sur une seule puce. Ce progrès reflète des tendances clés dans la fabrication des PCB :

• Augmentation des fonctionnalités dans des composants plus petits : Intégration de plus de fonctionnalités dans des composants comme les circuits intégrés (CI) et les microprocesseurs.

• Miniaturisation des composants passifs : Réduction des composants passifs comme les résistances et les condensateurs à des échelles microscopiques.

• Densité et complexité accrues des composants : Augmentation de la densité et de la complexité des composants sur la carte.

Ces avancées sont motivées par la demande croissante d'appareils plus rapides et plus fonctionnels, reflétée dans des domaines comme l'électronique haute vitesse et les jeux vidéo réalistes, illustrant le rythme rapide de l'innovation.

L’Histoire de Paul Eisler et la Naissance des PCB

Le concept des PCB a été breveté pour la première fois en 1903 par l'inventeur allemand Albert Hanson, qui décrivait des conducteurs plats en feuille collés sur une plaque isolante. Bien que son idée fût en avance sur son temps, ce n'est qu'en 1943 que les PCB devinrent pratiques. Un moment clé est survenu en 1943, lorsque l'ingénieur autrichien Paul Eisler développa le premier PCB opérationnel en travaillant sur un récepteur radio. Pendant la Seconde Guerre mondiale, l'armée américaine adopta les PCB pour ses systèmes radio compacts et fiables, ce qui conduisit à leur utilisation généralisée. Le circuit imprimé (PCB) est sans doute l'une des inventions les plus importantes du XXe siècle. Paul Eisler est souvent considéré comme le père intellectuel du circuit imprimé.

Comment Eisler eut l'idée des PCB

La construction des radios de l'époque utilisait des tubes, des résistances et des bobines reliées par des fils individuels, créant une masse emmêlée de câblages, difficile à suivre. Eisler, quant à lui, souhaitait un système de lignes conductrices sur un seul plan. Quelque chose qui pourrait être imprimé, quelque chose qui servirait de base à un processus de production de masse.

Eisler, qui avait étudié l'ingénierie, avait travaillé comme rédacteur pour un magazine pendant ses études. C'est alors qu'il eut l'idée que le processus d'impression pourrait aller au-delà de la simple production de journaux. Eisler fit de nombreuses expérimentations et déposa son premier brevet en 1936, un précurseur de son brevet principal qui décrit le premier véritable circuit imprimé. Il présenta son idée au fabricant de radios anglais, mais selon lui, les câblages étaient plus économiques et flexibles, donc il rejeta l'idée d'Eisler.

Le Transfert des Droits à Strong

En 1939, avec le début de la guerre, Eisler trouva un soutien auprès de Harold V. Strong, un riche propriétaire d'une imprimerie. Reconnaissant le potentiel du concept de PCB d'Eisler, Strong y vit une opportunité de se tourner, face à la pénurie de papier, vers l'industrie de l'armement en pleine expansion. Lors d'un trajet en taxi, Eisler signa en toute confiance un contrat, transférant les droits de son invention à Strong pour une livre sterling symbolique.

Fabrication de PCB en Masse

Bien que le potentiel militaire de l'invention soit évident, le ministère britannique de la Défense s'opposa à son utilisation. En conséquence, aucune entreprise privée britannique ne voulut la développer davantage. En revanche, les Américains adoptèrent une approche différente. Les Britanniques communiquaient souvent leurs inventions à l'American Bureau of Standards, où un PCB fut développé pour être utilisé comme fusée de proximité dans les projectiles de défense aérienne. Cette innovation permit de produire des appareils électroniques en grande quantité à faible coût.

Les PCB pour le Public

En 1948, au-delà du secteur militaire, le grand public prit également connaissance de l'idée du circuit imprimé. La marche triomphale du circuit imprimé commença, notamment grâce au développement à cette époque du principe de la soudure en masse par onde de soudure. Cela constituait un autre prérequis essentiel pour la production de masse à faible coût des appareils électroniques.

L'invention d'Eisler ne lui apporta cependant pas de succès significatif, tout comme Harold V. Strong ne réussit pas à obtenir les gains financiers qu'il avait initialement anticipés. L'entreprise de Strong, Technograph, se concentra sur la commercialisation de licences pour les circuits imprimés. Bien qu'Eisler ait servi comme membre du conseil d'administration, il ne devint jamais riche, car un monopole sur les circuits imprimés n'a jamais été établi.

Aujourd'hui, des quantités innombrables de circuits imprimés sont produites dans le monde entier. Bien qu'ils deviennent de plus en plus petits, une production de masse moderne d'appareils électroniques serait impensable sans le circuit imprimé.

La Popularité des PCB

L'armée américaine fut la première à appliquer la technologie des circuits imprimés (PCB), car le PCB inventé par Eisler fut validé par l'armée et utilisé dans les radios militaires pendant la Seconde Guerre mondiale. Les États-Unis et le Royaume-Uni collaborèrent pour développer des cartes de circuits imprimés, et cette technologie fut utilisée dans les armes militaires pendant la guerre. L'industrie électronique américaine adopta rapidement le concept du circuit imprimé dans les années 1950, ce qui accéléra son développement. À la mi-années 1950, l'innovation retourna en Europe, avec des entreprises allemandes qui commencèrent la production en 1957.

Les États-Unis reconnurent officiellement la technologie des PCB en 1956, et l'armée américaine publia le premier brevet pour le « processus d'assemblage de circuits ». Depuis, les fabricants de PCB ont développé diverses techniques d'assemblage pour sécuriser l'électronique et établir des connexions électriques entre les composants à l’aide de traces de cuivre.

Eisler n’a pas été reconnu comme l'inventeur des PCB pendant 35 ans

Eisler, qui était initialement resté membre du conseil d'administration de Technograph, quitta l’entreprise cette même année. Bien qu’il se souciait peu de son manque de succès financier, il regretta profondément de ne pas avoir reçu la reconnaissance qu'il méritait en tant que créateur de l'une des inventions les plus marquantes du XXe siècle. Ce n'est qu'en 1971 qu'Eisler fut officiellement reconnu comme l'inventeur du circuit imprimé. En 1992, peu avant sa mort le 26 octobre à l'âge de 85 ans dans la banlieue de Londres, l'Institute of Electrical Engineers lui décerna la médaille d'argent Nuffield.

Autres inventions d'Eisler

En plus de son invention mondialement connue du circuit imprimé, Paul Eisler a inventé d’autres produits importants pour l’ingénierie électrique. Parmi ses autres brevets, on trouve ceux pour des fusibles électriques, des matériaux multicouches, ou encore pour une batterie à film.

Sans les circuits imprimés, nous ne pourrions pas communiquer avec nos téléphones mobiles, recevoir la télévision, jouer sur nos ordinateurs ou surfer sur Internet. Grâce à l'invention de Paul Eisler, les appareils électroniques bon marché et accessibles sont désormais à la portée de tous.

Le Changement Environnemental

Avec l'essor de l'électronique grand public, les préoccupations environnementales liées à la fabrication des PCB ont conduit à l'adoption de la norme RoHS (Restriction of Hazardous Substances). Cela a permis l'utilisation de matériaux plus sûrs et des pratiques de production durables. Pour commander ces cartes PCB auprès d'un fabricant, vous devez utiliser un format de fichier spécifique. Pour en savoir plus sur le format de fichier des PCB, consultez notre dernier blog en détail.

Conclusion

Comme beaucoup d'autres grandes inventions de l’histoire, le circuit imprimé (PCB) que nous connaissons aujourd'hui repose sur un fondement d'avancées réalisées tout au long de l’histoire. Dans notre petit coin du monde, nous pouvons retracer l’histoire des PCB sur plus de 140 ans. De leurs origines rudimentaires aux conceptions de pointe actuelles, les PCB demeurent un pilier de l’électronique moderne, façonnant l’avenir avec chaque nouvelle innovation. Ce que nous couvrons dans cet article n'est qu’un aperçu de cette histoire, mais il met en lumière les moments-clés qui ont transformé les PCB en ce qu’ils sont aujourd'hui.