Informations sur le matériau du circuit imprimé en polyimide (FR4 par rapport au circuit imprimé en polyamide)

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• Qu'est-ce qu'un matériau PCB en polyimide/polyamide ?
• Quand doit-il être utilisé ?
• Qu'est-ce qu'un PCB FR4 ?
• Quelles sont les applications de FR4 ?
• Pourquoi choisir le polyimide/polyamide plutôt que le FR4 ?
• Où puis-je me procurer des circuits imprimés en polyimide/polyamide ?

De nombreuses entreprises qui utilisent des cartes de circuits imprimés se contentent d'utiliser le matériau FR4 standard pour leurs cartes. Les cartes FR4 sont abordables et efficaces pour de nombreuses applications. Cependant, les cartes FR4 ne sont pas le seul type de matériau de carte de circuit imprimé disponible. Certains autres types de cartes peuvent être plus appropriés pour certaines applications.

Un type de matériau de panneau que vous pouvez envisager est le polyimide. Il se peut que certaines propriétés des matériaux PCB en polyimide s'adaptent bien aux applications de carte de votre industrie. Si vous commencez tout juste à utiliser des circuits imprimés, il sera utile de savoir quel matériau est le meilleur avant de commencer à les commander.

Si vous ne savez pas si les PCB en polyimide/polyamide peuvent vous convenir, lisez la suite pour en savoir plus sur les propriétés de ces cartes et comment elles peuvent affecter vos applications.

Qu'est-ce qu'un matériau PCB en polyimide/polyamide ?

Les polyimides, également appelés polyamides, sont des polymères constitués de monomères imides. Ce groupe diversifié de polymères comprend divers matériaux, à la fois naturels et synthétiques. Par exemple, les polyamides naturels comprennent la soie et la laine. Dans la fabrication des PCB, cependant, les polyamides utilisés pour les bases des cartes sont produits synthétiquement en masse.

Les polyimides synthétiques sont produits en polymérisant diverses chimies contenant des structures imides. Le plus souvent, le procédé utilise des bismaléimides et de l'anhydride maléique. Les différents produits chimiques et additifs utilisés dans le processus peuvent produire des résultats variés, créant différents types de polyimides qui offrent divers avantages. Quelques exemples sont listés ci-dessous :

• Polyimides purs : Les polyimides purs, également connus sous le nom de polyimides de 2e génération, sont produits sans retardateurs de flamme bromés ni autres additifs. En conséquence, ils sont plus stables thermiquement et résistants à la température que la plupart des alternatives actuelles.
• Polyimides de 3e génération : Ces polyimides comprennent des additifs qui améliorent la résistance à l'inflammabilité, ce qui peut aider à prévenir les incendies électriques. Bien que ces types de polyimides aient tendance à être moins stables thermiquement, ils offrent des temps de production améliorés en raison des températures plus basses et des temps nécessaires au durcissement.
• Polyimides chargés : Les systèmes de polyimide chargé se composent de polyimide et d'une charge. Le polyimide produit la résistance thermique et la flexibilité nécessaires, mais la charge aide à réduire le retrait de la résine, ce qui aide à minimiser la formation de fissures pendant les processus de durcissement et de perçage.
• Polyimides à faible débit : Ces polyimides sont constitués de diverses résines et de limiteurs de débit qui réduisent la flexibilité du matériau.

Avec le temps, davantage de variations de polyimide devraient devenir populaires. Par exemple, des polyimides de 4e génération sont actuellement en cours de développement, ce qui améliorerait l'adhérence de la feuille de cuivre et la sensibilité à l'humidité, ainsi que la stabilité globale.

Quand doit-il être utilisé ?

Les produits en polyimide sont très demandés dans l'industrie, notamment en raison de la flexibilité et de la résistance du matériau. Cependant, ce n'est pas la seule raison pour laquelle les polyamides sont privilégiés.

Lors du choix d'un matériau de base pour PCB, il est essentiel de choisir le matériau le mieux adapté à l'application. Le polyamide peut être votre meilleur choix si votre application nécessite les caractéristiques de circuit imprimé suivantes :

• Excellente flexibilité : Le matériau polyimide est le plus couramment utilisé pour produire des cartes de circuits imprimés flexibles et rigides, car le matériau est exceptionnellement flexible.
• Excellente résistance à la traction : Malgré sa flexibilité, les matériaux en polyimide sont très solides et résistants au gauchissement. Cela en fait un excellent choix pour toute application qui peut nécessiter une certaine durabilité physique.
• Très stable thermiquement : Les polyimides sont extrêmement stables dans une large gamme de températures. Ils peuvent supporter un fonctionnement à des températures normalement inhospitalières jusqu'à 260 degrés Celsius. De plus, ils ont une bonne conductivité thermique et peuvent également résister aux dommages thermiques pendant les processus de fabrication et de réparation.
• Résistant aux produits chimiques : Les polyimides sont chimiquement stables, ce qui signifie qu'ils peuvent être exposés à une variété de produits chimiques corrosifs sans effets négatifs. Ceci est crucial dans les applications qui incluent l'exposition à de tels produits chimiques.
• Très résistant : En plus d'être résistants à la chaleur et aux produits chimiques, les PCB en polyimide sont très résistants aux contraintes physiques. Ils conserveront leur forme quelles que soient les conditions physiques et thermiques qui leur sont appliquées, ce qui les rend idéaux pour les applications impliquant des environnements difficiles et des réparations sur le terrain.

En plus de ces propriétés, les polyimides ont les propriétés électriques nécessaires pour constituer un excellent matériau de base pour PCB.

Quelles sont les applications du matériau PCB en polyamide ?

Les polyamides, naturels et synthétiques, sont utilisés dans une large gamme d'applications. Ces matériaux se retrouvent dans les véhicules, les vêtements et les produits de consommation. Le plus notable, cependant, est leur utilisation dans les cartes de circuits imprimés. Plus précisément, les cartes en polyamide sont utilisées pour créer des PCB flexibles et rigides, qui ont gagné en popularité au cours des dernières années et devraient augmenter leur part de marché entre 2017 et 2027.

Les cartes flexibles et rigides-flexibles en polyamide ont trouvé une large gamme d'applications dans l'industrie des PCB. Voici quelques exemples :

• Électronique informatique : Les environnements informatiques, en particulier les ordinateurs portables, nécessitent une certaine flexibilité et durabilité afin de résister aux contraintes physiques de l'utilisation quotidienne. De plus, les environnements dans lesquels les circuits imprimés informatiques fonctionnent peuvent devenir exceptionnellement chauds. Les PCB flexibles et rigides en polyamide sont idéaux dans ces environnements, en grande partie en raison de leur flexibilité, de leur durabilité et de leur stabilité thermique.
• Électronique automobile : Les automobiles modernes dépendent fortement de l'électronique et utilisent couramment des circuits imprimés flexibles pour gérer les vibrations et la chaleur qui se produisent souvent dans un véhicule.
• Électronique grand public : L'électronique grand public, y compris les smartphones et les tablettes, est souvent fabriquée avec des PCB flexibles ou rigides en raison des contraintes d'une utilisation quotidienne. Les circuits imprimés flexibles sont en cours de développement pour les futurs appareils électroniques grand public potentiels, tels que les tablettes et les smartphones flexibles.
• Électronique de l'industrie médicale : De nombreuses applications médicales nécessitent une certaine flexibilité dans l'électronique utilisée, en particulier dans le cas des implants, des prothèses et de la technologie d'imagerie, qui ont tendance à nécessiter plus de mouvement.
• Électronique militaire et aérospatiale : Les applications aérospatiales et militaires ont tendance à préférer les matériaux en polyamide pour les PCB pour leur fiabilité, leur stabilité thermique et leur flexibilité. Cela est dû à la fois aux facteurs de stress physiques impliqués dans ces industries ainsi qu'à la nécessité fréquente de réparations sur le terrain, auxquelles d'autres matériaux sont moins adaptés.

En bref, le polyamide est hautement souhaitable pour un large éventail d'applications, principalement en raison de sa flexibilité, de sa résistance, de sa durabilité et de ses capacités thermiques.

Qu'est-ce qu'un matériau PCB FR4 ?

FR4 est l'un des substrats les plus courants pour les PCB. Cependant, FR4 ne fait pas vraiment référence à un type de matériau, mais plutôt à une qualité de matériau. Le FR dans FR4 signifie « résistant aux flammes » et provient d'un système de classement développé par la National Electrical Manufacturers Association, ou NEMA. Ce grade indique que le matériau est conforme à la norme UL94V-0.

Bien que le terme FR4 ne décrive pas vraiment un matériau, les matériaux de qualité FR4 sont généralement de la fibre de verre laminée. Ces matériaux sont produits en faisant fondre des matières premières en verre et en les extrudant en filaments de fils de fibres. Le fil de fibres est ensuite tissé ensemble et enduit de résine et d'un agent de couplage pour améliorer l'adhérence. Une fois que tous les matériaux adhèrent les uns aux autres, la carte est laminée avec une feuille de cuivre avant d'entrer dans le processus de fabrication du PCB.

Les matériaux de qualité FR4 peuvent être divisés en sous-classes en fonction de leurs propriétés spécifiques. Quelques exemples sont décrits plus en détail ci-dessous :

• Norme : Les panneaux FR4 standard sont fabriqués à partir d'un type spécifique de fibre de verre qui a une teneur en brome plus élevée, ce qui améliore les qualités ignifuges du matériau.
• Transition vitreuse élevée : La transition vitreuse, ou Tg, est la température à laquelle une fibre de verre devient instable. Alors que les cartes FR4 standard ont une valeur Tg relativement faible, des cartes à Tg élevée sont disponibles qui offrent des valeurs Tg nettement plus élevées et une résistance thermique améliorée.
• Sans halogène : Les cartes FR4 sans halogène sont fabriquées sans brome, qui est un halogène qui peut être toxique pour l'homme. Bien que le brome bénéficie des qualités ignifuges des panneaux FR4, les panneaux sans halogène sont souvent nécessaires pour les applications qui impliquent une interaction humaine.

Étant donné que FR4 est une qualité plutôt qu'un matériau spécifique, les valeurs d'une carte FR4 spécifique peuvent varier en fonction du fabricant. Bien qu'ils se situent généralement dans une plage attendue, la conductivité thermique, la résistance à la flexion, l'absorption d'eau et la dureté différeront probablement d'un panneau à l'autre.

Quand doit-il être utilisé ?

Le FR4 est considéré comme le matériau PCB standard pour la grande majorité des applications. Cependant, il est important de considérer tous les facteurs de votre application avant de choisir un matériau plutôt qu'un autre. Voici quelques-unes des principales qualités du FR4 à prendre en compte avant de le choisir comme matériau :

• Rapport force/poids : Les PCB qui nécessitent une bonne résistance mécanique utilisent souvent le FR4 pour son rapport résistance/poids. En raison des multiples couches et matériaux impliqués dans la production de matériaux FR4, il offre une excellente résistance.
• Polyvalence : FR4 peut être utilisé comme substrat pour une variété de types de cartes, y compris les cartes de circuits imprimés simple face, double face et multicouches.
• Résistant aux produits chimiques : Le FR4 résiste à une grande variété de produits chimiques et à la plupart des types de corrosion. De plus, ce matériau n'absorbe pas autant l'eau que d'autres matériaux, y compris les polyamides.
• Stabilité dimensionnelle : Les planches FR4 conservent très bien leur forme, ce qui en fait un excellent choix pour toute application avec des pièces plus délicates.
• Excellent isolant électrique : FR4 est un isolant électrique bien connu et possède d'excellentes propriétés électriques qui en font un bon choix pour de nombreuses applications PCB.

En plus des facteurs ci-dessus, les cartes FR4 sont très bon marché à produire, ce qui entraîne une baisse des coûts de production dans l'ensemble. Cependant, il est important de noter que les cartes FR4 standard n'offrent qu'une conductivité thermique limitée. Les cartes FR4 peuvent avoir du mal à dissiper la chaleur et devenir instables à des températures plus élevées.

Quelles sont les applications de FR4 ?

En raison de son statut de matériau par défaut pour les ingénieurs, le FR4 est utilisé dans le monde entier pour une gamme d'applications différentes. Certaines de ces applications incluent les éléments suivants :

• Applications DC Board : La grande majorité des cartes CC sont complétées par FR4 en raison de son faible coût, de ses excellentes performances et de son accessibilité.
• Applications basse fréquence : Les cartes FR4 sont couramment utilisées dans les applications basse fréquence en raison de leur faible coût et de leur comparabilité avec d'autres matériaux. Bien que le FR4 ne soit pas idéal pour les applications haute fréquence supérieures à 2 GHz, il s'agit d'un bon choix pour les applications basse fréquence qui nécessitent des fonctionnalités sans coûts excessifs.
• Applications numériques : FR4 est une très bonne option pour de nombreuses applications numériques.

Ces applications peuvent être trouvées dans une variété d'industries, des industries de l'électronique commerciale et grand public aux conceptions militaires et aérospatiales. Cependant, il est important de noter que le FR4 n'est pas recommandé pour les conceptions à haute fréquence, qui deviennent de plus en plus courantes.

Pourquoi choisir le polyimide/polyamide plutôt que le FR4 ?

Lorsque vous choisissez entre le Polyimide et le FR4, vous pourriez être tenté de choisir le FR4 uniquement en raison du coût et de l'accessibilité de ce matériau de carte courant. Cependant, faire un choix en fonction du coût est un mauvais choix, surtout lorsque les deux matériaux offrent des avantages fonctionnels très différents.

Si vous envisagez le polyamide et le FR4, gardez à l'esprit les avantages suivants du polyamide :

• Flexibilité : La flexibilité est la principale raison pour laquelle vous choisiriez une carte en polyimide/polyamide plutôt qu'une carte FR4. Les cartes de circuits imprimés flexibles et rigides-flexibles sont généralement fabriquées en polyimide et sont généralement préférées dans les applications où la mobilité et la fréquence d'utilisation sont une préoccupation majeure.
• Bonne résistance à la chaleur : Si vous prévoyez d'utiliser votre PCB dans un environnement à haute température, une carte FR4 n'est probablement pas le meilleur choix. Le FR4, bien que résistant au cadre, a du mal à dissiper la chaleur, ce qui entraîne des points chauds qui peuvent endommager la carte et les équipements environnants. Le polyimide, d'autre part, a d'excellentes températures de fonctionnement et une conductivité thermique deux fois supérieure à FR4.
• Résistant aux produits chimiques : Les polyamides offrent une excellente résistance chimique, en particulier aux hydrocarbures tels que les carburants, les huiles et les graisses que l'on trouve couramment dans les applications militaires, aérospatiales et automobiles. Alors que le FR4 offre une résistance similaire, les polyamides offrent une résistance à la corrosion plus complète sur de longues périodes.
• Durable : Bien que le FR4 soit solide, sa rigidité peut poser un problème pour les applications où les vibrations et la chaleur sont un problème. La chaleur et les contraintes physiques réduisent l'intégrité structurelle des panneaux FR4, tandis que les panneaux en polyamide sont équipés pour faire face à de telles situations, notamment en raison de leur flexibilité et de leur résistance à la traction.
• Résout les problèmes d'intégration : Si un PCB doit être incorporé dans un produit qui n'admet pas facilement les composants, une carte de circuit imprimé rigide comme une carte FR4 ne fonctionnera pas. Au lieu de cela, un circuit imprimé flexible en polyimide peut être fabriqué pour s'adapter à l'espace prévu.

Bien qu'ils soient plus chers, les circuits imprimés en polyimide offrent une flexibilité et des avantages fonctionnels impressionnants par rapport aux cartes FR4 traditionnelles. Légers, flexibles et durables, les circuits imprimés en polyimide ont le potentiel de résoudre de nombreux problèmes d'intégration et de conception de circuits imprimés, ce qui les rend rentables à long terme.

Où puis-je me procurer des circuits imprimés en polyimide/polyamide ?

Si vous souhaitez utiliser le polyimide dans vos conceptions, Millennium Circuits Limited peut vous aider.

Millennium Circuits Limited peut vous fournir des versions de haute qualité de presque tous les types de cartes de circuits imprimés dont vous pourriez avoir besoin, y compris les cartes de circuits imprimés flexibles en polyimide et les cartes FR4, ainsi que les cartes en céramique, les cartes en cuivre et autres. Pour un devis en ligne rapide et gratuit pour les cartes de circuits imprimés, remplissez notre formulaire de contact simple et n'hésitez pas à nous appeler à tout moment pour toute question au 717-558-5975.

Si vous n'êtes pas sûr que les circuits imprimés flexibles en polyimide vous conviennent ou si vous avez besoin d'aide pour déterminer les circuits imprimés les mieux adaptés à votre entreprise, l'un de nos experts en PCB se fera un plaisir de vous aider à le déterminer.

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