En tant que principale matière première des CCL (Copper Clad Laminates), utilisés comme matériaux de substrat pour les PCB (Printed Circuit Boards), la structure comme les performances de la résine époxy jouent un rôle décisif dans la détermination des performances des CCL. De plus, le développement continu des résines époxy conduit progressivement à l’amélioration des performances des CCL. Avec le développement rapide de l’industrie de l’information électronique, la mise à niveau des produits électroniques et des technologies d’assemblage des circuits fait évoluer la technologie de fabrication des PCB vers des microvias, des pistes fines, une haute densité de routage et des multicouches, ce qui impose des exigences plus élevées en matière de dissipation thermique, de stabilité dimensionnelle et de pertes diélectriques des CCL, et entraîne par conséquent de nouvelles exigences quant aux performances des résines époxy.
• Définition, composition et structure du CCL
En tant que matériau composite stratifié électronique multifonction, le CCL est un type de matériau en plaque constitué d’un matériau de renforcement (tissu de verre, papier fibre, papier en fibre de verre, etc.) imprégné de résine (principalement de la résine époxy). Ils sont ensuite cuits afin de produire un préimprégné qui sera découpé, stratifié et revêtu de cuivre sous haute température, haute pression et haut vide.
Le CCL joue un rôle de matière première fondamentale de premier plan contribuant aux matériaux pour la fabrication de PCB, remplissant quatre fonctions, notamment la conductivité, l’isolation, le support et la transmission du signal, et déterminant ainsi les performances, la qualité, le niveau de fabrication, le coût de fabrication et la fiabilité à long terme des PCB, etc. Le développement constant des cartes PCB et l’augmentation des exigences d’application des produits électroniques terminaux formulent progressivement de nouvelles exigences technologiques pour le CCL, tout en fournissant une force motrice au développement technologique et au progrès des technologies de fabrication du CCL.
Jusqu’à présent, la majorité des CCL utilisés pour la fabrication de PCB appartiennent aux CCL rigides à résine organique, comprenant les substrats en papier, les substrats en fibre de verre et les substrats composites. Outre les catégories ci-dessus, les CCL rigides incluent également les substrats BUM (build-up multilayer), les substrats métalliques, les substrats céramiques, les substrats thermoplastiques, les substrats à condensateur intégré, etc. En ce qui concerne les CCL flexibles, ils se répartissent principalement dans les catégories suivantes : CCL flexible à base de film polyester, CCL flexible à base de film polyimide, CCL flexible à base de LCP (polymère à cristaux liquides), etc.
De nos jours, de nombreux types de CCL sont utilisés dans la fabrication de circuits imprimés, et leur épaisseur se situe dans une plage allant de 0,05 mm à 3,2 mm.Cliquez pour une présentation détaillée en termes de CCL.
• Dynamique de développement et tendance du CCL
La technologie CCL s’est développée depuis près de cent ans et son évolution n’aurait jamais été possible sans les progrès de l’industrie des PCB. Le développement innovant des produits électroniques, des technologies de fabrication des semi-conducteurs, des technologies d’assemblage électronique et des technologies de fabrication de PCB a constamment stimulé le développement des CCL. Fondamentalement, la dynamique de développement des CCL provient de l’ingénierie et de la technologie de l’assemblage électronique, ce qui signifie que l’amélioration rapide de la légèreté, de la finesse, de la miniaturisation, des hautes performances, des fonctions multiples, de la grande fiabilité et des performances des puces IC joue un rôle déterminant dans la promotion du développement rapide de la technologie d’assemblage électronique.
Le développement rapide de la technologie d’assemblage électronique impose des exigences plus élevées et plus rigoureuses et pousse les CCL à évoluer vers la miniaturisation, la légèreté, la haute vitesse, une dissipation thermique élevée, une résistance aux hautes températures, une conception écologique, une résistance au CAF, une résistance au CTI, une haute résistance mécanique, un module élevé, des fonctions multiples et une grande fiabilité.
Bien que les CCL existent en de nombreux types, ils sont principalement à base de résine époxy, représentant plus de 70 % de l’ensemble des CCL. Les principales catégories de CCL en fibre de verre à base de résine époxy comprennent G-10, G-11, FR-4 et FR-5 ; les principales catégories de CCL en papier à base de résine époxy comprennent FR-1 et FR-3 ; les principales catégories de CCL composites à base de résine époxy comprennent CEM-1 et CEM-3 ; les principales catégories de CCL en fibre de verre à base de résine époxy haute performance et multifonctionnelle comprennent le FR-4 à Tg élevée (Tg : 175 °C), le FR-4 compatible sans plomb, à CTI élevé, résistant au CAT, à haute conductivité thermique, le FR-4 utilisé pour les substrats HDI (interconnexion à haute densité), l’époxy modifié polyimide, l’époxy modifié BT, l’époxy modifié PPO, le CCL en fibre de verre à base d’époxy modifié CE ainsi que le préimprégné en fibre de verre époxy et le RCC utilisés pour les PCB multicouches et les PCB BUM.
En tant que l’un des principaux matériaux de substrat pour les dispositifs électroniques, la fonction clé du CCL réside dans l’isolation qu’il fournit aux pistes et aux produits électroniques. Outre les exigences d’amélioration des performances dues aux progrès constants de la technologie, la résine époxy présente les exigences fondamentales suivantes : haute pureté, faible humidité et résistance mécanique.
Une grande pureté constitue une exigence fondamentale majeure qui concerne principalement la résine époxy métal alcalin (Na+) de la teneur en substances et de la teneur en chlore qui sont rigoureusement exigées. Cependant, la plupart des résines époxy de qualité électronique sur le marché moderne présentent déjà d’excellentes performances en matière de contrôle de la teneur en métaux alcalins et en chlore. Le problème clé concerne les ions chlorure hydrolysables. En raison de la précipitation d’ions chlorure hydrolysables à partir de la résine époxy, la corrosion des dispositifs électroniques est accélérée sous l’action de l’eau, ce qui réduit considérablement la durée de vie des produits électroniques. Par conséquent, la teneur globale en chlore de la résine époxy doit généralement être inférieure à 500 ppm et la teneur en ions chlorure hydrolysables ne dépasse fondamentalement pas 300 ppm. L’exigence de faible humidité pour la résine époxy constitue en réalité une performance de base compatible avec les exigences de fiabilité lors de l’utilisation de produits électroniques. En outre, les propriétés mécaniques permettent au CCL de jouer un rôle de support dans les produits électroniques.
Pour répondre au développement rapide de l’industrie de l’information électronique, les produits électroniques et l’assemblage de circuits doivent atteindre un nouveau niveau, ce qui pousse la technologie de fabrication des PCB vers les microvias, les pistes fines, le câblage à haute densité ainsi que les couches élevées et multiples, et impose de nouvelles exigences aux CCL en termes de résistance thermique, de faible CTE, de haute stabilité dimensionnelle et de faibles pertes diélectriques. En tant que matière première principale des CCL, la résine époxy est également confrontée à davantage d’exigences liées aux nouvelles technologies.
• Résine époxy « verte »
Le CCL traditionnel obtient une résistance à la flamme grâce à la résine époxy bromée présente dans la solution adhésive et à l’agent de durcissement contenant des halogènes, parmi lesquels la teneur en brome de la résine époxy représente de 12 % à 50 %. Conformément aux réglementations RoHS publiées par l’UE, les polybiphényles bromés et les polyéthers diphényliques bromés sont interdits dans les produits électroniques. De plus, selon des études publiées par certains centres de recherche internationaux, les retardateurs de flamme bromés libèrent des substances dangereuses pour l’être humain et l’environnement. Par conséquent, les équipements électroniques imposent une exigence d’absence d’halogènes pour les CCL.
Jusqu’à présent, le CCL sans halogène est capable de résister au feu grâce à l’utilisation de N, P et B, Al, etc. Ces dernières années ont vu un développement rapide des résines époxy contenant du phosphore ou de l’azote, parmi lesquelles les résines époxy contenant du phosphore présentent une technologie de production relativement mature, reposant sur la réaction entre le phénanthrène et la résine époxy. Ces dernières années, on a pris conscience de plus en plus clairement que les composés de N et de P ont un effet néfaste sur l’environnement ; ainsi, les résines époxy ignifuges ne contenant ni P, ni N, ni Pb deviendront une technologie de pointe adoptée par les fabricants de CCL.
• Résine époxy à cristaux liquides
Avec le développement continu des circuits imprimés vers une haute densité et un nombre de couches multiple, l’espace disponible sur la carte pour l’assemblage des composants se réduit considérablement. Les équipements électroniques imposent des exigences de plus en plus élevées en matière de puissance des composants, et une puissance élevée entraîne une accumulation de chaleur, ce qui fait chuter les performances électriques des composants, voire les détruit. En outre, certains circuits de base exigent que les CCL puissent fonctionner à haute température pendant une longue période, comme les circuits de base pour LED, les nouveaux modules de puissance, l’électronique automobile et les circuits de base pour le packaging de CI haute densité. Ainsi, une conductivité thermique élevée est extrêmement importante en ce qui concerne les CCL.
Le CCL obtient une conductivité thermique élevée principalement de deux manières. La première consiste à ajouter au composant résine une charge inorganique à conductivité thermique, la conductivité étant obtenue grâce au canal de conduction de chaleur formé par l’empilement serré de la charge dans la résine. L’autre méthode consiste à tirer parti d’une résine à haute conductivité thermique, en obtenant sa conductivité par l’intermédiaire de porteurs thermiques, la cristallisation complète de la résine entraînant une vibration du réseau cristallin. Lorsque la première méthode est utilisée seule et que le volume de charge dépasse la fraction volumique critique, bien que le CCL présente une conductivité thermique élevée, ses autres performances diminuent de manière évidente. Ainsi, l’introduction d’une résine à conductivité thermique sera bénéfique pour l’obtention de cette conductivité.
En raison de la présence d’un réseau polymère, la résine époxy à cristaux liquides présente une conductivité thermique relativement plus élevée que la résine époxy ordinaire.
• Résine époxy résistante aux UV
La fin des années 1990 a vu l’application du vernis épargne photosensible dansProcessus de fabrication des circuits impriméspour la protection de l’image du vernis épargne et l’application de la lumière UV pour l’imagerie et la polymérisation. Lorsque le CCL est utilisé sans fonctions de résistance aux UV, la lumière UV traverse le substrat. Comme le vernis épargne photosensible est appliqué sur chaque face, un effet de double image photosensible sera généré, ce qui réduit fortement la qualité du motif du vernis épargne. Par conséquent, pour les substrats utilisant la lumière UV pour la polymérisation du vernis épargne, il doit être capable de bloquer la lumière UV.
• Résine époxy à haute Tg
Les polymères de haut poids moléculaire présentent un état vitreux lorsque leur température est inférieure à la température de transition vitreuse, avec une résistance mécanique élevée ; ainsi, l’augmentation de la température Tg peut accroître la température d’utilisation des produits. À l’heure actuelle, la Tg se situe dans une plage de 130 °C à 140 °C pour les matériaux FR-4 ordinaires, et il existe quelques gammes dépassant cette plage de température. Par conséquent, la recherche sur les résines époxy à haute Tg est particulièrement importante pour le développement des CCL.
• Résine époxy à CTI élevé
Le CTI, abréviation de « comparative tracking index » (indice de résistance au cheminement), est un indice indiquant que la surface d’un matériau isolant forme des chemins conducteurs carbonisés lorsqu’une différence de potentiel est présente. Plus le CTI est élevé, plus l’isolation est élevée. Le CTI du matériau de substrat FR-4 ordinaire est d’environ 200 V, tandis que le matériau de substrat à CTI élevé doit généralement être supérieur à 600 V. Un matériau de substrat à CTI élevé peut être obtenu en sélectionnant une résine époxy spéciale, un matériau à haute résistance au cheminement de fuite et de la fibre de verre.
• Résine époxy à faible Dk
Pour répondre au développement rapide de la technologie électronique, à l’augmentation de la vitesse de traitement et de transmission de l’information et à l’élargissement des canaux de communication, le matériau de substrat doit présenter une constante diélectrique faible et un faible facteur de perte diélectrique, ou Dk. La résine époxy à Dk élevé actuellement utilisée est moins performante que la résine époxy en termes de coût des matériaux, de technologie de fabrication et de technologie de fabrication de PCB, de sorte que de nombreux fabricants se consacrent à la recherche sur les résines époxy à faible Dk. La constante diélectrique de la résine époxy est corrélée à sa polarité. Plus la polarité est faible, plus la constante diélectrique est faible.
La technologie d’assemblage électronique, le développement des HDI et l’optimisation du rapport coût‑performance conduisent les CCL à évoluer vers des caractéristiques de haute vitesse, haute fréquence, haute intégration, haute fiabilité, haute densité, faibles pertes et faible coût, et exigent des performances accrues de la résine époxy.
Sur la base des CCL traditionnels exigeant que la résine époxy présente une grande pureté, une faible humidité et de faibles contraintes mécaniques, le développement rapide des CCL pousse la résine époxy vers des exigences plus élevées, telles qu’une résistance thermique élevée, une faible humidité, une faible constante diélectrique et la protection de l’environnement ; la fabricabilité et le rapport coût‑performance de la résine époxy sont également compatibles avec les exigences de fabrication des CCL.
La résine époxy est un matériau essentiel des CCL pour les PCB, offrant les meilleures caractéristiques en termes de résistance, de stabilité thermique et de propriétés diélectriques. Avec l’évolution de l’électronique, les nouvelles exigences en matière d’amélioration des performances et de fiabilité sont satisfaites par des résines époxy avancées, garantissant des CCL haute performance répondant aux besoins modernes.
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