Les stratifiés sont un matériau essentiel. Les fabricants les utilisent pour développer et fabriquer des PCB. Il est donc nécessaire de comprendre les différents stratifiés disponibles. Dans cet article, nous apprendrons ce qu'est le stratifié de circuits imprimés, pourquoi il est crucial pour la fabrication de produits électroniques et comment il aide les signaux à circuler. Nous découvrirons également les différents types de stratifiés et comment choisir le bon.
Qu'est-ce que le stratifié PCB
Les stratifiés PCB sont des matériaux fondamentaux utilisés dans la construction de cartes de circuits imprimés. Ils jouent un rôle crucial dans la définition des performances, de la fiabilité et de la fonctionnalité des appareils électroniques en fournissant la base structurelle et l'isolation électrique nécessaires au fonctionnement du PCB.
Essentiellement, les stratifiés PCB sont des matériaux composites composés de couches aux propriétés spécifiques. Ces couches sont liées entre elles par la chaleur et la pression pour créer une structure solide en couches. Les deux principaux composants d'un stratifié PCB sont les couches centrales et préimprégnées.
Couche centrale : La couche centrale constitue la base centrale du stratifié PCB. Il est généralement fabriqué à partir de matériaux tels que la résine époxy renforcée de fibre de verre, communément appelée FR-4. Cette couche confère résistance mécanique, rigidité et épaisseur au PCB.
Couche préimprégnée : La couche préimprégnée est positionnée des deux côtés de la couche centrale. Il se compose d’un tissu en fibre de verre imprégné de résine époxy non durcie. Lors de la fabrication des PCB, les couches préimprégnées sont chauffées et compressées, ce qui provoque le durcissement de la résine époxy et crée une liaison solide avec la couche centrale.
Matériaux stratifiés PCB
Il existe différents types de matériaux stratifiés couramment utilisés dans la fabrication de PCB. Chaque type de stratifié possède ses propres forces et faiblesses, ce qui les rend adaptés à des applications spécifiques.
| Type de stratifié | Composition | Principales caractéristiques | Applications typiques |
|---|
| Stratifié FR-4 | Toile en fibre de verre imprégnée de résine époxy | Bonne isolation électrique, résistance mécanique, rentable | Electronique grand public, équipement industriel |
| Stratifié Rogers | Substrat PTFE chargé de céramique | Performances haute fréquence, faible perte diélectrique, propriétés électriques stables | Applications RF/micro-ondes, stations de base, systèmes radar |
| Stratifié Isola | Matériaux à base d'époxy, de polyimide, de PTFE | Intégrité du signal à grande vitesse, fiabilité thermique, impédance contrôlée | Circuits numériques à grande vitesse, systèmes RF/micro-ondes |
| Stratifié PCB à noyau métallique | Noyau métallique (aluminium ou cuivre) | Conductivité thermique améliorée, dissipation thermique efficace | Éclairage LED, électronique de puissance, systèmes automobiles |
| Stratifié polyimide | Film polyimide flexible recouvert de cuivre | Résistance aux hautes températures, flexibilité, excellente isolation électrique | Aéronautique, appareils militaires, circuits flexibles |
| Stratifié Céramique | Matériaux chargés en céramique | Conductivité thermique élevée, faible perte diélectrique, stabilité à températures élevées | Applications haute puissance et haute fréquence |
| Stratifié Flex et Rigide-Flex | Couches flexibles et rigides | Polyvalence de conception, gain de place, flexibilité | Appareils portables, implants médicaux, aérospatiale |
| Stratifié sans halogène | Matériaux respectueux de l'environnement | Propriétés similaires aux stratifiés conventionnels, respect des normes écologiques | Electronique générale, respect de la réglementation |
| Stratifié respectueux de l'environnement | Matériaux durables | Impact environnemental réduit, composants recyclés ou biodégradables | Des initiatives respectueuses de l'environnement |
Stratifié FR-4
FR-4 est le matériau stratifié PCB le plus largement utilisé et le plus rentable. Il est composé d'un tissu en fibre de verre tissé imprégné de résine époxy, offrant une bonne isolation électrique et une bonne stabilité mécanique.
Stratifié à haute Tg
Les stratifiés à haute Tg (température de transition vitreuse) sont conçus pour résister à des températures de fonctionnement plus élevées par rapport à la norme FR-4. Ils offrent une stabilité thermique améliorée, ce qui les rend adaptés aux applications nécessitant des températures élevées.
Stratifié Rogers
Les stratifiés Rogers sont connus pour leurs excellentes performances haute fréquence, leurs faibles pertes diélectriques et leurs propriétés électriques stables. Ils sont couramment utilisés dans les applications RF et micro-ondes, telles que les stations de base cellulaires, les communications par satellite et les systèmes radar.
Stratifié Isola
Isola est une autre marque qui propose des stratifiés pour diverses applications. Leurs stratifiés sont conçus pour des caractéristiques de performance spécifiques, telles que le numérique haute vitesse, la RF haute fréquence et la gestion thermique.
Stratifié polyimide
Les stratifiés en polyimide, connus pour leur résistance aux températures élevées et leur flexibilité, sont utilisés dans des applications qui nécessitent une tolérance et une flexibilité extrêmes aux températures. Ils conviennent parfaitement aux conceptions de circuits imprimés nécessitant plusieurs couches. De plus, les fabricants utilisent ce matériau pour PCB flexible fabrication.
Stratifié Céramique
Les stratifiés céramiques sont idéaux pour les applications haute puissance et haute fréquence. Ils offrent une excellente conductivité thermique, une faible perte diélectrique et une stabilité à haute température.
Stratifié sans halogène
Les stratifiés sans halogène sont des options respectueuses de l'environnement qui éliminent l'utilisation de retardateurs de flamme halogénés. Ils sont utilisés pour se conformer aux réglementations et aux normes industrielles qui restreignent l’utilisation de certaines substances dangereuses.
Stratifié Isola
Isola propose une variété de matériaux stratifiés avec des caractéristiques de performance spécifiques, notamment des options à base d'époxy, de polyimide et de PTFE. Les stratifiés Isola sont conçus pour fournir l'intégrité du signal à haute vitesse, la fiabilité thermique et une impédance contrôlée.
Propriétés des stratifiés PCB
Examinons ces propriétés importantes (constante diélectrique, conductivité thermique, température de transition vitreuse et coefficient de dilatation thermique) et explorons leur impact sur les performances globales d'une carte de circuit imprimé.
Constante diélectrique (ϵr)
La constante diélectrique, également appelée permittivité relative, mesure la capacité d'un matériau à stocker de l'énergie électrique dans un champ électrique. Essentiellement, elle peut varier entre 3.5 et 5.5 ϵr. Cela affecte la vitesse de propagation des signaux électriques à travers le PCB. Des constantes diélectriques plus élevées entraînent des vitesses de signal plus lentes, provoquant des retards de signal et une distorsion potentielle. De faibles constantes diélectriques sont souhaitables pour les applications à grande vitesse afin de minimiser la distorsion du signal et de maintenir l'intégrité du signal.
Conductivité thermique (κ)
La conductivité thermique est la propriété qui détermine la capacité d'un matériau à conduire la chaleur. Les PCB dont les composants génèrent de la chaleur nécessitent une dissipation thermique efficace pour éviter la surchauffe. Les matériaux ayant une conductivité thermique plus élevée aident à propager et à dissiper la chaleur, réduisant ainsi le risque de contrainte thermique, de défaillance des composants et de dégradation du signal. Les stratifiés à noyau métallique à haute conductivité thermique sont préférés pour l'électronique de puissance et les applications haute puissance.
Température de transition vitreuse (Tg)
La température de transition vitreuse est la température à laquelle un matériau amorphe passe d’un état rigide et vitreux à un état caoutchouteux plus flexible. 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 le moment où le stratifié ramollit et durcit.
Coefficient de Dilatation Thermique (CTE)
Le coefficient de dilatation thermique mesure la façon dont les dimensions d'un matériau changent avec les variations de température. Les PCB subissent des fluctuations de température pendant le fonctionnement et l'assemblage. Un CTE inadapté entre différents matériaux du PCB peut entraîner des contraintes mécaniques, un délaminage et des défaillances des joints de soudure, en particulier dans les cartes multicouches. L’équilibrage du CTE est essentiel pour maintenir l’intégrité structurelle et éviter les problèmes de fiabilité.
Comment choisir le bon stratifié PCB
La sélection du matériau stratifié approprié pour un PCB implique de prendre en compte divers facteurs pour garantir des performances, une fiabilité et une rentabilité optimales. Voici quelques lignes directrices pour choisir le bon matériau stratifié en fonction de différentes considérations :
L'intégrité du signal
Consignes : Pour une bonne intégrité du signal, choisissez un stratifié avec une faible constante diélectrique (Dk) et une faible perte diélectrique (Df). Ces propriétés minimisent l'atténuation et la distorsion du signal.
Matériaux : Recherchez des stratifiés conçus pour les applications à grande vitesse, tels que les matériaux à grande vitesse d'Isola ou les stratifiés RF spécialisés.
Mise en situation : Les stratifiés Rogers avec de faibles Dk et Df sont couramment utilisés pour maintenir l'intégrité du signal dans les circuits haute fréquence.
Performances haute fréquence
Consignes : Les applications haute fréquence exigent des stratifiés dotés de propriétés électriques stables sur une large plage de fréquences. Une tangente à faible perte est essentielle pour éviter la perte de signal.
Matériaux : Choisissez des stratifiés spécialement conçus pour les applications haute fréquence, tels que les stratifiés haute fréquence de Rogers.
Mise en situation : Les stratifiés Rogers de la série 4000 offrent d'excellentes performances haute fréquence avec une faible perte.
Gestion thermique
Consignes : Une gestion thermique optimale nécessite des stratifiés à haute conductivité thermique pour dissiper efficacement la chaleur. Tenez compte de la plage de température de fonctionnement et de la résistance thermique.
Matériaux : Les stratifiés à âme métallique ou les stratifiés conçus pour les applications à haute conductivité thermique conviennent pour une dissipation thermique efficace.
Mise en situation : Les stratifiés à âme métallique sont couramment utilisés dans les applications où la gestion thermique est essentielle, comme l'éclairage LED.
Rentabilité
Consignes : Il est essentiel d’équilibrer les performances et les coûts. Choisissez un stratifié qui répond aux spécifications requises tout en respectant le budget du projet.
Matériaux : Les stratifiés standard FR-4 constituent souvent des choix rentables pour les applications générales.
Mise en situation : Les stratifiés FR-4 sont couramment utilisés dans un large éventail d'applications en raison de leur rentabilité.
Considérations environnementales
Consignes : Lorsque l’impact environnemental est une préoccupation, optez pour des stratifiés sans halogène ou respectueux de l’environnement qui respectent les réglementations et les normes de l’industrie.
Matériaux : Recherchez des stratifiés étiquetés sans halogène ou respectueux de l'environnement, garantissant le respect des exigences environnementales.
Mise en situation : Les stratifiés sans halogène réduisent l'utilisation de substances dangereuses et sont préférés dans les applications qui nécessitent le respect des réglementations environnementales.
Flexibilité et facteur de forme
Consignes : Les PCB flexibles et rigides exigent des stratifiés capables de résister à la flexion sans compromettre les propriétés électriques et mécaniques.
Matériaux : Choisissez des stratifiés conçus pour les PCB flexibles, incorporant souvent des matériaux polyimide.
Mise en situation : Les stratifiés en polyimide sont essentiels pour les PCB flexibles et rigides dans des applications telles que les appareils portables et les dispositifs médicaux.
Processus de fabrication de stratifiés PCB
Le processus de fabrication des stratifiés PCB est une étape cruciale dans le processus plus large de fabrication des PCB. Bien que l'objectif global de création d'une carte de circuit imprimé fonctionnelle soit partagé, l'objectif et les étapes impliquées dans la fabrication du stratifié sont distincts de l'objectif commun. Processus de fabrication des PCB. Voici une comparaison pour mettre en évidence les différences.
| Aspect | Processus de fabrication de stratifiés PCB | Processus commun de fabrication de PCB |
|---|
| Focus | Création du matériau stratifié de base. | Assemblage de circuits électroniques fonctionnels. |
| Objectif principal | Produisez un matériau stratifié cohérent. | Créez des circuits imprimés fonctionnels. |
| Étapes clés | - Préparation des matériaux de base et préimprégnés. | - Perçage de vias et trous de composants. |
| - Empilage de couches et laminage. | - Ajout de traces conductrices (gravure/placage). |
| - Gainage en cuivre pour chemins conducteurs. | - Placement et soudure des composants. |
| | - Application de revêtements/finitions de protection. |
| Facteurs critiques | - Uniformité et adhérence des matériaux. | - Connectivité des circuits et qualité des traces. |
| - Constante diélectrique, propriétés thermiques. | - Précision du placement des composants. |
| - Propriétés électriques constantes. | - Qualité et fiabilité de la soudure. |
| Sortie | Le matériau stratifié utilisé dans l'assemblage de PCB. | Cartes de circuits imprimés entièrement fonctionnelles. |
| Rôle dans le processus PCB | Fournit un matériau de base pour les PCB. | Transforme le matériau de base en PCB fonctionnels. |
| Connexion au processus PCB | Les étapes suivantes consistent à assembler les PCB. | S'appuie sur du stratifié pour créer des circuits. |
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Les stratifiés PCB sont des éléments constitutifs essentiels qui forment la structure des cartes de circuits imprimés. Ils constituent la base nécessaire à l'assemblage de conceptions électroniques complexes et jouent un rôle central dans la détermination des performances et de la fiabilité globales du PCB. Il est donc très important de trouver un fabricant de circuits imprimés professionnel.
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