Laminés PCB :un guide complet

Les gens tiennent souvent pour acquis la complexité de la structure des cartes de circuits imprimés. Étant donné que nous utilisons des PCB pour différents domaines d'application, chacun nécessite des matériaux spécifiques. Les stratifiés sont un matériau essentiel. Les fabricants les utilisent pour développer et fabriquer des PCB. Ainsi, il est nécessaire de comprendre les différents stratifiés qui s'offrent à vous. Ce guide explorera tout ce que vous devez savoir sur les stratifiés PCB.

Que sont les PCB laminés ?

Un dispositif robotique qui développe des PCB miniatures contenant un stratifié

Généralement, les PCB ont quatre couches :sérigraphie, masque de soudure, cuivre et substrat (de haut en bas). Par conséquent, ces couches doivent se lier pour constituer une structure fonctionnelle pour le PCB. Ainsi, le but du stratifié de PCB est de fixer les couches de PCB ensemble.

Les stratifiés sont souvent des matériaux recouverts de cuivre qui se composent généralement de feuilles de résine. La résine que les fabricants utilisent pour construire les stratifiés est généralement à base d'époxy. Cependant, il peut être constitué d'autres tissus. Néanmoins, le fabricant durcit d'abord les feuilles à l'aide de résine thermodurcissable pour créer le stratifié. Ensuite, nous comprimons ces feuilles de résine ensemble en appliquant deux feuilles de cuivre sur chaque côté plat de la collection.

Enfin, le fabricant applique de la chaleur et de la force jusqu'à ce que les feuilles se lient. Une fois le stratifié durci, il ressemble à un matériau en plastique ou en verre dur.

Quelle est la différence entre les stratifiés et les préimprégnés ?

Installation de technologie de fibre de carbone produisant du matériau préimprégné
Source :Flickr (CC – Générique)

Les préimprégnés sont généralement des feuilles de fibre de verre renforcées. Les fabricants de préimprégnés les développent en appliquant ou en pré-imprégnant ces feuilles de fibre de verre à l'aide d'agents de durcissement tels que la résine époxy. En conséquence, cela est très différent du processus de développement de stratifiés. Les stratifiés sont souvent constitués de feuilles de préimprégné. Les préimprégnés sont simplement des tissus durcis et imprégnés. En revanche, les stratifiés sont des feuilles de matériau pressurisées et chauffées.

Types de PCB laminés

Collection de cartes de circuits imprimés

Comme mentionné précédemment, nous utilisons différents PCB pour différentes applications. Par exemple, les fabricants de composants d'appareils peuvent utiliser des PCB flexibles dans des appareils compacts. Les types de stratifiés PCB les plus courants sont :

FR-4 (FR4)

Circuit Fr-4 recouvert de cuivre

FR-4 fait référence à des stratifiés de résine époxy renforcés de verre. C'est un matériau ignifuge. D'où le nom FR-4 (FR =Flame Retardant). Néanmoins, le FR-4 est le matériau le plus populaire pour les substrats de PCB. Ce fait est dû à sa haute résistance mécanique et électrique. De plus, il présente une dissipation thermique élevée lorsque les fabricants appliquent des additifs. De plus, ces additifs peuvent augmenter la stabilité, la fiabilité et les spécifications de puissance du matériau.

Néanmoins, FR-4 peut accueillir des circuits avec un nombre élevé de couches en raison de sa constance. En tant que tel, il convient à la fabrication de circuits imprimés à haute fréquence.

Polyimide

PCB flexible utilisant un matériau polyimide
Source :Wikimedia Commons

Les fabricants apprécient les stratifiés en polyimide pour leur efficacité thermique élevée innée. De plus, ils ont tendance à être plus fiables que les matériaux FR-4. Ce fait est principalement dû à leur faible dilatation thermique. Par conséquent, les fabricants d'appareils les implémentent dans l'électronique que les gens utilisent dans des environnements difficiles. De plus, cela les rend parfaitement adaptés aux conceptions de circuits imprimés nécessitant plusieurs couches. Cependant, les fabricants utilisent ce matériau pour la fabrication de PCB flexibles.

Téflon

Les fabricants utilisent généralement des stratifiés en téflon pour développer des circuits imprimés à grande vitesse. Incidemment, c'est à cause de leurs brillantes propriétés électriques. Tout comme avec le FR-4, les fabricants peuvent appliquer des additifs au Téflon pour augmenter leur contrainte mécanique.

Le téflon est l'un des matériaux stratifiés les plus chers. En tant que tel, c'est l'un des matériaux les moins populaires dans la fabrication et la fabrication de PCB. De plus, il faut des compétences, une grande expertise et un équipement spécialisé pour fabriquer des stratifiés à base de téflon.

Époxy à haute Tg

High Tg Epoxy est un matériau stratifié avec une température de transition vitreuse élevée (température de vitrification AKA). En raison de cet attribut, il présente une excellente tolérance à la chaleur. Par conséquent, il convient parfaitement à une utilisation dans des applications et des machines industrielles. De plus, High Tg Epoxy a une excellente résistance aux produits chimiques et à l'humidité. Les fabricants l'utilisent généralement dans la construction de PCB multicouches.

BT-époxy

BT-Epoxy est une combinaison de bismaléimide triazine et de résine époxy. Les fabricants l'apprécient en raison de sa capacité à maintenir sa structure sous des températures extrêmes. Il possède d'excellentes propriétés électriques et mécaniques. Par conséquent, il convient parfaitement aux applications militaires et industrielles. Néanmoins, les PCB sans plomb et multicouches sont les PCB les plus courants qui utilisent des stratifiés BT-Epoxy.

Autres matériaux

Matériau en fibre de verre

Les matériaux énumérés ci-dessus ne sont pas les seuls que les fabricants utilisent pour produire des stratifiés. Par exemple, nous utilisons des stratifiés recouverts de cuivre pour les PCB haute fréquence. De plus, nous pouvons utiliser des tissus céramiques, des esters de cyanate et d'autres combinaisons de résines et de produits chimiques.

Cependant, ces matériaux peuvent ne pas valoir la peine d'être mentionnés car les fabricants ne les implémentent pas autant que les autres matériaux de ce guide. De plus, ils peuvent également être plus coûteux et plus difficiles à manipuler.

Propriétés des stratifiés

Lors de la sélection du matériau et du stratifié appropriés pour votre PCB, tenez compte de quelques attributs. Ces propriétés peuvent être thermiques, mécaniques ou électriques. Cette section explorera ces propriétés.

Propriétés thermiques

PCB brûlé par un court-circuit

• Températures de transition vitreuse (Tg) :Les stratifiés perdent leur intégrité structurelle lorsqu'ils atteignent une certaine plage de température. Ainsi, nous utilisons la température de transition vitreuse pour aider à identifier quand le stratifié se ramollit et durcit.
• Température de décomposition (Td) : Décrit le point de température auquel le stratifié commence à subir des dommages permanents (fondre). Ainsi, il est important d'utiliser des stratifiés de PCB dont les températures de fonctionnement sont inférieures aux plages de décomposition.
• Coefficient de dilatation thermique (CTE) : Décrit le taux d'expansion du stratifié. Si nous introduisons de la chaleur dans le stratifié qui dépasse son seuil CTE, il commencera à se dilater. Par conséquent, il est important de respecter le coefficient de dilatation thermique lors de l'intégration d'un PCB dans un appareil.
• Conductivité thermique (k) : Propriété qui décrit la capacité d'un stratifié à transférer ou à conduire la chaleur. Il est représenté par Kelvins.

Propriétés électriques

Photo macro d'un circuit imprimé

• Constante diélectrique ( ϵr ) :Décrire la perméabilité électrique et relative du stratifié. Essentiellement, il peut varier entre 3,5 et 5,5 ϵr.
• Tangente de perte diélectrique (tan δ) : Représente la diffusion quantifiable de l'énergie électrique dans le stratifié. Typiquement, les stratifiés de PCB ont un tan δ compris entre 0,02 et 0,0001.
• Résistivité électrique/volumique (ρ) : Représente la capacité du stratifié à résister au courant électrique. Généralement, les stratifiés ont une résistivité électrique entre 103 et 1010 Ω⋅m (mégaohms).
• Résistivité de surface (ρS) : Désigne la résistivité externe du stratifié. L'humidité et la température peuvent l'affecter.
• Puissance électrique : Représente la capacité du stratifié à résister à une panne électrique. Incidemment, les gens l'appellent également résistance diélectrique. Nous utilisons des volts par mètre pour le représenter.

Propriétés chimiques

Cartes de circuits imprimés immergées dans de l'eau et du savon.

• Inflammabilité : Une propriété représentant la capacité de ce stratifié à résister aux flammes. Bien que la plupart des stratifiés aient tendance à être inflammables, ils peuvent néanmoins souffrir d'incendies externes. Ainsi, cette propriété indique combien de temps un stratifié brûlera lorsqu'il est en feu.
• Absorption d'humidité : Représente la quantité d'humidité atmosphérique à laquelle un stratifié peut résister. Surtout lorsque nous immergeons le stratifié dans l'eau. Néanmoins, cette valeur affecte les propriétés thermiques et diélectriques du stratifié.
• Résistance au chlorure de méthylène : Indique la résistance chimique du stratifié. Spécifiquement au dichlorométhane (ou chlorure de méthylène).

Propriétés mécaniques

Production automatisée d'un module RAM utilisant un PCB miniaturisé

• Résistance au pelage : Fait référence à la force de la liaison reliant les différentes couches du stratifié.
• Résistance à la flexion : Décrit la capacité du stratifié à résister aux contraintes physiques. Fondamentalement, c'est la résistance à la traction. Essentiellement, cette propriété indique combien vous pouvez appliquer de pression et plier un stratifié avant qu'il ne se brise finalement.
• Densité : Fait référence à la masse ou à l'épaisseur du stratifié.
• Temps de délaminage : Indique la durée pendant laquelle un stratifié peut résister à des températures supérieures au seuil avant de commencer à se déconstruire.

Comment sélectionner un matériau stratifié PCB

Une machine à percer des trous dans une carte de circuit imprimé

Lorsque vous considérez le matériau de votre stratifié électrique/PCB, il y a quelques éléments à prendre en compte en plus des spécifications techniques ou des propriétés. D'autres aspects que vous devez envisager incluent :

Le coût

Lors de la sélection des stratifiés PCB, le coût doit toujours être examiné en premier. Bien qu'il puisse sembler raisonnable de se procurer les matériaux les plus chers, cela peut ne pas être idéal pour les grandes productions. Encore une fois, le FR-4 est le matériau stratifié PCB le plus populaire. En tant que tel, c'est le moins coûteux à acquérir. Il a une grande fiabilité et convient aux PCB monocouches et multicouches. Bien que vous puissiez vous procurer et intégrer des matériaux plus coûteux dans vos conceptions (comme l'or), vous devriez envisager une approche plus pragmatique. Nous vous recommandons d'acheter un tissu qui fait tout ce dont vous avez besoin tout en vous faisant économiser le plus d'argent.

La qualité

Collection de cartes de prototypage vertes

La qualité se croise légèrement avec le coût. Les matériaux de haute qualité ont tendance à être plus chers. Cependant, vous pouvez toujours trouver un équilibre entre ces deux aspects. Ainsi, vous devriez vous approvisionner auprès d'un grossiste ou d'un producteur réputé pour vendre des tissus de qualité supérieure à un prix raisonnable.

Le fabricant de PCB

Soudage au fer automatisé d'un circuit imprimé

Lors de la sélection des matériaux pour vos stratifiés qui deviendront éventuellement votre PCB, il est préférable de collaborer avec un fabricant de PCB réputé. Ce fabricant doit être très expérimenté avec les matériaux que vous envisagez d'intégrer dans votre stratifié. Le fabricant doit être familier avec une variété de styles de fibre de verre et de tissu.

De plus, ils doivent être capables de valider vos conceptions de circuits imprimés et votre choix de matériaux. Nous avons ce qu'il vous faut avec nos usines équipées de façon moderne, du prototypage à la production de masse. Contactez Wellpcb.com pour tous vos besoins de fabrication de PCB.

Résumé

PCB avec à côté du matériel de blindage

Avant l'avènement des PCB, les fabricants d'appareils électroniques devaient s'appuyer sur des constructions point à point et des conceptions d'enroulement de fil. Il est sûr de dire que les PCB modernes rendent l'électronique actuelle possible. L'efficacité des cartes de circuits imprimés dépend fortement du matériau utilisé. Comme le souligne le guide ci-dessus, c'est pourquoi les stratifiés et les matériaux stratifiés sont si importants. Néanmoins, nous espérons que vous avez trouvé ce guide utile. Comme toujours, merci d'avoir lu.