Le matériau, généralement le matériau de substrat en ce qui concerne les PCB (circuits imprimés), joue un rôle central dans les PCB puisqu’il porte leurs principales fonctions et propriétés. De plus, le matériau de PCB permet aux PCB de répondre à certaines exigences élevées et spécifiques définies par les produits ou les projets pour lesquels ils seront utilisés. En outre, le choix d’un matériau optimal contribue à réduire les coûts et à améliorer la fiabilité des produits.
Éléments à prendre en compte dans la sélection des matériaux de PCB
• Température de transition vitreuse (Tg)
Tg fait référence à la température à laquelle le matériau est transformé en état vitreux. Le Tg standard reste au-dessus de 130 ℃, tandis que le Tg élevé est supérieur à 170 ℃ et le Tg moyen supérieur à 150 ℃.
En ce qui concerne le matériau pour les circuits imprimés, il convient de choisir un Tg élevé, qui doit être supérieur à la température de fonctionnement du courant.
• Coefficient de dilatation thermique (CTE)
À mesure que la température d’une substance augmente, celle-ci subit une dilatation ou une contraction. En ce qui concerne la fabrication de circuits imprimés (PCB), comme les CTE dans les directions X, Y et en épaisseur sont différents, le PCB aura tendance à se déformer. De plus, les trous métallisés peuvent subir des ruptures ou les composants peuvent être endommagés. Par conséquent, le CTE du matériau de substrat doit être suffisamment faible.
• Résistance à la chaleur
Le PCB doit être résistant à la chaleur. De manière générale, les PCB doivent présenter une résistance thermique de 250 ℃/50 s, ce qui s’applique également au matériau.
• Planéité
Le PCB doit présenter une excellente planéité. En ce qui concerne l’assemblage SMT, le PCB doit présenter un gauchissement inférieur à 0,0075 mm/mm.
• Performances électriques
Les circuits haute fréquence nécessitent un matériau de PCB avec une constante diélectrique élevée et une faible perte diélectrique. De plus, la résistance d’isolement, la rigidité diélectrique et la résistance à l’arc doivent être compatibles avec les exigences du produit.
Corrélation entre le choix du matériau PCB et le produit ou l’industrie
Matériau de PCBla sélection joue un rôle décisif dans la contribution à la fiabilité du produit et est également déterminée par les particularités et les exigences de l’industrie.
Les produits électroniques couramment utilisés requièrent un substrat en époxy fibre de verre FR4. Après tout, ces produits n’exigent pas de conditions particulières en matière de flexibilité, de température et de densité.
Pour les produits électroniques exigeant une température ambiante plus élevée ou une plus grande flexibilité, on utilise un substrat en fibre de verre polyimide. Pour les hautes fréquences, il convient d’utiliser un substrat en fibre de verre PTFE. Pour les circuits imprimés nécessitant une meilleure dissipation thermique, un substrat à base métallique doit être utilisé.
Classification du matériau de substrat de PCB
Stratifié Cuivre (CCL)est le matériau de substrat de PCB le plus couramment utilisé. Le CCL est généralement composé de feuille de cuivre, de résine et de matériau de base, et couvre également plusieurs catégories.
• CCL rigide
a. CCL phénolique à base de papier
Le CCL phénolique à base de papier possède la plus longue histoire et comprend les classes FR2, FR1, XXXPC, XX, XXP, X, XP, XPC, etc. Son coût très faible fait qu’il est largement utilisé dans l’électronique grand public, comme l’audio ou la vidéo, et les circuits imprimés simple face en représentent la majorité.
b. CCL en époxy à base de papier
Le CCL en époxy sur base papier est largement utilisé dans les téléviseurs, les ordinateurs, les imprimantes, les calculatrices, les télécommunications et les substrats de puissance. En outre, il est également utilisé dans les PCB à trous métallisés destinés à l’électronique grand public.
c. CCL polymère à base de papier
Le CCL polymère sur base papier est anti-CAF et présente une tonalité de haute qualité, il est donc principalement utilisé dans les téléviseurs couleur ou les chaînes stéréo. Il a été créé au Japon, mais sa fabrication a ensuite été arrêtée.
d. CCL en époxy de fibre de verre
En raison de sa fiabilité, le CCL en époxy de fibre de verre est très largement utilisé dans les CPU, les équipements de bureautique, les télécommunications et les produits de soins médicaux. De plus, grâce à son pouvoir isolant électrique, sa résistance à la chaleur, sa stabilité dimensionnelle, sa résistance à l’humidité et aux produits chimiques, le CCL en époxy de fibre de verre est largement utilisé dans les PCB double face comportant des trous métallisés. Avec la tendance à la haute densité des PCB, le CCL en époxy de fibre de verre est également utilisé comme matériau dans les PCB multicouches, en tant que matériau de noyau, préimprégné, etc.
e. CCL composite
La résine dans le CCL composite est principalement de la résine époxy et de la résine polyester. Le CCL composite est principalement utilisé pour les PCB simple face et les PCB à trous traversants. Le CCL composite CEM-3 est couramment utilisé dans certains secteurs en raison de sa fiabilité, de sa résistance à la chaleur, de sa résistance à l’humidité et de sa stabilité dimensionnelle. De plus, le CCL composite convient particulièrement au montage SMT sur des cartes PCB fines.
Qu’est-ce que le FR4 ?
FR4 indique le grade d’un type de matériau ignifuge capable de s’éteindre automatiquement après avoir été exposé au feu. Par conséquent, FR4 n’est pas le nom d’un matériau, mais indique un grade de matériau.
Le matériau FR4 peut être classé en plusieurs catégories.
En raison de sa haute qualité et de ses performances, le FR4 A1 est principalement utilisé pour des produits électroniques relevant des domaines du service militaire, des télécommunications, des circuits numériques, des instruments industriels et de l’automobile.
Le FR4 A2 convient à la grande majorité des secteurs industriels, car toutes ses caractéristiques sont compatibles avec les exigences des industries ordinaires, y compris les PC, les instruments, les appareils électroménagers et les produits électroniques courants. En outre, il permet de réduire les coûts, ce qui constitue l’un de ses avantages par rapport aux autres types de matériaux.
Le FR4 A3 est capable de répondre aux exigences et aux besoins des appareils électroniques ordinaires tels que les jouets, les calculatrices, les consoles de jeux et autres produits électroniques courants. Compatible avec les fonctions du produit, le FR4 A3 permet d’atteindre un prix extrêmement bas.
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