Types de forets utilisés dans la fabrication des PCB

Le perçage est l'étape la plus coûteuse et la plus longue de la fabrication des circuits imprimés. La procédure doit être exécutée avec une grande précision afin de garantir le meilleur niveau de qualité possible. Le perçage mécanique ou laser des PCB est généralement utilisé pour réaliser différents types de découpes, notamment le contour, les trous et les découpes intérieures du PCB.

Le perçage joue un rôle essentiel dans la fabrication des PCB. Des trous mal percés peuvent provoquer de mauvaises connexions électriques, voire la défaillance complète de la carte. À mesure que les appareils électroniques deviennent plus complexes et compacts, le perçage de haute précision des trous traversants, des trous borgnes et enterrés permet aux fabricants de répondre aux exigences des conceptions modernes. Cet article présente en détail les différents types de perçages utilisés dans le processus de fabrication des PCB afin de vous aider à mieux comprendre cette étape.

Pourquoi le perçage est-il important dans la fabrication des PCB?

Le perçage des PCB sert principalement à réaliser des trous de fixation, des trous d'outillage, des vias et des trous destinés aux broches des composants traversants. Ces trous peuvent être traversants, borgnes ou enterrés. Les différents types de vias et de trous sont présentés dans un article distinct qui explique leurs différences et leur fonctionnement. Avec le développement des PCB HDI à haute densité d'interconnexion, la précision de perçage doit respecter des tolérances de l'ordre du micromètre afin de garantir une bonne intégrité mécanique et des performances électriques fiables. Un perçage incorrect peut provoquer des défauts d'alignement, une délamination ou une mauvaise adhérence de la métallisation, susceptibles d'affecter le fonctionnement électrique de la carte.

Processus de perçage:

La fabrication d'un circuit imprimé comprend 20 étapes essentielles. Le perçage intervient généralement au début du processus, après la découpe du matériau de base aux dimensions requises et la définition de l'épaisseur du PCB.

Une fois le matériau préparé, des broches d'outillage maintiennent la carte dans une machine à commande numérique CNC préprogrammée pendant le perçage. Après la réalisation des trous destinés au montage des composants, le PCB est séparé et mesuré avec précision. La surface du cuivre est ensuite nettoyée à l'aide d'une polisseuse à convoyeur afin d'éliminer les petites bavures et les arêtes irrégulières. Une fois le perçage terminé, l'étape de production suivante peut commencer. Tout au long de ce processus, le PCB doit passer différents contrôles qualité.  

Types de trous de PCB: traversants, borgnes et enterrés

1. Trou traversant ou via traversant:
Le trou traversant, également appelé via traversant, est le type de trou le plus courant sur les PCB. Il relie les couches de cuivre situées à différents niveaux de la carte et permet aux signaux électriques de circuler entre elles. Ces vias traversent également les couches diélectriques afin d'assurer la connexion électrique entre toutes les couches concernées. Il s'agit du trou le plus profond pouvant être requis sur un PCB. L'équipement approprié est sélectionné en fonction de son diamètre.

2. Trou borgne:
Un trou borgne relie une couche extérieure du PCB à une ou plusieurs couches internes sans traverser entièrement la carte. Il est dit borgne parce qu'il est impossible de voir au travers d'une face à l'autre. Utilisé sur les PCB HDI à haute densité d'interconnexion, il permet d'intégrer davantage de circuits dans un espace restreint et d'économiser de la place en reliant uniquement les couches nécessaires.

3. Trou enterré:
Un trou enterré relie plusieurs couches internes sans atteindre les surfaces du PCB. Il reste entièrement dissimulé à l'intérieur de la carte. Cette structure permet de concevoir des PCB encore plus compacts et denses en maintenant les connexions internes invisibles depuis la surface. Il s'agit du type le plus coûteux en raison de sa complexité, mais il est essentiel aux PCB multicouches à haute densité utilisés dans les équipements électroniques avancés.

Types de perçage utilisés dans la fabrication de PCB de précision

1) Perçage mécanique avec forets en carbure

Le perçage mécanique est la méthode la plus couramment utilisée pour la fabrication des PCB standards. Les forets en carbure monobloc sont généralement privilégiés pour leur dureté et leur résistance à l'usure. Ils permettent de réaliser des trous dont le diamètre varie de 0,15 à 6 mm selon la conception de la carte. Sur les perceuses CNC avancées, la vitesse peut atteindre 100 000 tr/min. Cette méthode est utilisée pour les trous traversants courants, la formation de vias sur les cartes multicouches et les trous destinés aux broches des composants. Bien qu'elle soit précise et économique, elle ne convient généralement pas aux trous extrêmement fins de moins de 0,2 mm.

2) Perçage laser avec lasers UV et CO₂

Le perçage laser est devenu la technologie privilégiée pour les microvias ainsi que pour les vias borgnes et enterrés de haute précision, notamment dans la fabrication des PCB HDI et flexibles. Un laser UV ou CO₂ peut être utilisé. Les lasers UV conviennent au perçage des résines et des couches de cuivre fines, tandis que les lasers CO₂ sont utilisés pour traverser des couches diélectriques plus épaisses et certains plastiques. Cette méthode permet de réaliser des trous d'un diamètre minimal de 20 µm, soit environ 0,02 mm. Elle offre une très grande précision, mais exige un équipement plus coûteux et présente une vitesse de perçage inférieure.

3) Perçage par électroérosion EDM

Le perçage par électroérosion EDM est parfois utilisé dans des procédés spécialisés de fabrication de PCB, notamment avec des matériaux inhabituels ou des substrats extrêmement durs. Au lieu de découper mécaniquement le matériau, il l'érode au moyen de décharges électriques. Cette technique est très rarement employée dans la fabrication des PCB standards, mais peut servir pour certains PCB à support métallique ou certains substrats en céramique.

4) Perçage à profondeur contrôlée

Le perçage à profondeur contrôlée est utilisé lorsqu'un trou partiel d'une profondeur précise est nécessaire, notamment pour les vias borgnes ou certaines cavités sur les cartes multicouches. Cette technique très précise s'appuie sur un alignement entre les couches, mais nécessite une programmation CNC avancée et des procédures de vérification spécifiques.

Types de forets utilisés dans la fabrication des PCB:

En plus du matériau, les exigences particulières de votre conception déterminent le type de foret à utiliser. Voici les principaux types de forets et leurs applications:

Forets hélicoïdaux standards:

Leur forme hélicoïdale permet d'évacuer efficacement les copeaux. Les forets hélicoïdaux standards sont les plus couramment employés pour les PCB. Leurs diamètres habituels, compris entre 0,6 et 3,0 mm, couvrent la plupart des broches de composants. Polyvalents, ils offrent de bonnes performances sur les cartes FR-4 conventionnelles équipées de composants traversants.

Microforets:

Destinés aux PCB à haute densité et aux microvias, les microforets permettent de réaliser de petits trous dont le diamètre est souvent inférieur à 0,5 mm. Pour maintenir une précision suffisante à ces dimensions, ils sont presque toujours fabriqués en carbure et nécessitent des machines de haute précision.

Forets étagés:

Les forets étagés permettent de réaliser en une seule opération plusieurs diamètres de trou. Ils sont moins fréquemment utilisés dans la fabrication des PCB, mais peuvent être utiles pour certaines conceptions particulières nécessitant des trous fraisés.

Fraises de détourage:

Contrairement aux forets classiques, les fraises de détourage servent à façonner les bords du PCB ou à réaliser des découpes. Elles ne conviennent pas au perçage ordinaire des trous, mais sont indispensables pour les cartes aux contours complexes.

Forets en carbure ou en acier rapide HSS:

Le matériau du foret influence fortement ses performances et sa durabilité. Comparons les deux options les plus courantes:

Forets en carbure:

Les forets en carbure constituent le choix privilégié pour la fabrication professionnelle des PCB. Fabriqués en carbure de tungstène, un matériau extrêmement robuste et résistant, ils conviennent parfaitement au perçage de matériaux difficiles comme les cartes en fibre de verre FR-4. Leurs principaux avantages sont les suivants:

● Très grande durabilité: ils peuvent durer jusqu'à 10 fois plus longtemps que les forets HSS.

● Tranchant durable: ils permettent de réaliser des trous propres et précis même après plusieurs centaines de perçages.

● Résistance aux températures élevées: ils supportent efficacement des vitesses de perçage comprises entre 30 000 et 80 000 tr/min.

Forets en acier rapide HSS:

Les forets en acier rapide HSS sont fabriqués à partir d'un alliage d'acier capable de résister à des températures et à des vitesses élevées. Ils sont moins coûteux, mais présentent certains compromis:

● Solution économique pour les travaux peu intensifs.

● Moins fragiles que les forets en carbure, ils conviennent mieux lorsque l'équipement n'offre pas une précision parfaite.

Conclusion

Le perçage est une étape essentielle de la fabrication des PCB. S'il est mal exécuté, un problème de passage ou d'alignement des trous peut empêcher le montage des composants sur la carte. Comme nous l'avons vu, les trous traversants, borgnes et enterrés sont les structures les plus couramment réalisées sur les circuits imprimés.

Le perçage à profondeur contrôlée et le perçage par électroérosion sont deux autres technologies pouvant être utilisées avec certains matériaux en fonction des applications. Pour répondre aux normes de qualité toujours plus exigeantes de l'électronique moderne, il est essentiel de travailler avec un fabricant de PCB expérimenté. JLCPCB utilise des perceuses CNC avancées, des systèmes laser et un contrôle qualité rigoureux afin de garantir la précision de chaque trou, quelle que soit la complexité de votre conception. JLCPCB réunit précision, rapidité et prix abordables au sein d'un même service.