Une technique polyvalente

Aujourd’hui, les circuits imprimés se trouvent partout autour de nous : ordinateurs, téléphones portables, robots de cuisine, voitures, radios, télécommandes, etc.
Cette technologie est complètement maîtrisée et, pourtant, on n’en a pas fait le tour : Olivier Pizzirusso et son équipe utilisent les techniques de fabrication de ces circuits pour créer les détecteurs de particules du futur.

 

Au CERN depuis 5 ans, Olivier est technicien spécialiste en conception et réalisation de Micro-pattern gas detector (MPGD), un détecteur à gaz nouvelle génération. « L’atelier se trouve au bâtiment 102, où sont fabriqués par des prestataires de service les circuits imprimés standards pour le CERN », explique Olivier. On y trouve perceuse, insoleuse, presse, et autres machines spécifiques à la fabrication des circuits imprimés (cf. encadré ci-dessous). Ainsi, lui et ses 4 collègues profitent du matériel à disposition pour créer les détecteurs.

Olivier, spécialiste en électronique et circuits imprimés de par sa formation et son expérience passée, utilise son expertise dans la fabrication des MPGDs. « Parfois, selon le besoin des physiciens et des ingénieurs qui travaillent dans les expériences, mes collègues et moi devons inventer des nouvelles solutions, adapter une technologie, travailler avec un autre matériau, utiliser une méthode de fabrication différente », dit-il.

« Je travaille plus particulièrement sur le détecteur Micromega Bulk, précise Olivier. C’est un des deux types de détecteurs MPGD. » Le détecteur Micromega a été inventé au CEA de Saclay en 1996, mais la technologie Bulk a été développée au CERN, notamment par Olivier et son collègue Antonio Teixeira. Aujourd’hui, environ 15 ans après les premiers développements, 73 universités de 25 pays du monde collaborent ensemble sous le nom RD51 autour du développement des détecteurs MPGD.

« Il y a des chances que ce type de détecteurs soit de plus en plus utilisé dans les expériences en cours d’étude pour les futurs accélérateurs, explique Rui de Oliveira, responsable de l’unité de production du bâtiment 102. Ils sont moins chers pour les grands volumes et beaucoup plus robustes aux radiations, avec une durée de vie presque illimitée. » Les MPGDs ont donc de sérieux atouts pour les physiciens qui ont déjà commencé à apprécier leurs performances dans l’expérience COMPASS. « À l’heure actuelle, les collaborations ATLAS et CMS envisagent de les employer dans une phase future d’exploitation des détecteurs, anticipe Rui. D’autres collaborations, telles que l’International linear collider (ILC) et le Compact linear collider (CLIC) sont également intéressées. »

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Comment est fabriqué un circuit imprimé simple ?

Un circuit imprimé monocouche (cf. image) est constitué d’une plaque, généralement en résine époxy, sur laquelle sont positionnés des composants électroniques, reliés électriquement entre eux par des pistes de cuivre, matériau conducteur.

Différentes étapes sont nécessaires pour fabriquer un tel objet. Le produit de départ est la plaque, recouverte d’une fine couche de cuivre (environ 35 micromètres) puis d’un vernis sensible aux rayons ultraviolets (UV).
Une image du schéma du circuit électrique (réalisé par le bureau d’études) est imprimée dans une encre opaque aux ultraviolets sur un film transparent. Celui-ci est posé sur le vernis, et le tout est passé dans une insoleuse, machine qui diffuse des UV. Alors, le vernis exposé aux UV réagit en se fragilisant. Il est ensuite enlevé grâce à un révélateur et le cuivre n’est ainsi protégé qu’aux endroits intéressants : les zones représentant le circuit électrique.

Ensuite, la couche de cuivre non protégée est attaquée par un produit chimique, souvent du perchlorure de fer, jusqu'à être totalement dissoute. Les zones de cuivre restantes forment les pistes du circuit électrique.

Après perçage des trous de passage, les composants électroniques (diodes, condensateurs, résistances, transistors, etc.) sont implantés par brasure, procédé plus communément appelé soudure à l'étain.

 

par Alizée Dauvergne