Il existe une variété de matériaux parmi lesquels choisir pour répondre à vos exigences de performance de conception, en commençant par le FR-4, en passant par un large éventail de matériaux à haute vitesse entre le FR-4 et le Téflon.
La qualité des matériaux utilisés impacte significativement l'efficacité et la longévité de votre PCB. En sélectionnant des matériaux de haute qualité, vous pouvez vous assurer que votre circuit imprimé fonctionne non seulement correctement, mais aussi qu'il perdure tout au long de la durée de vie prévue de votre produit.
Si vous choisissez des matériaux incorrects, votre PCB, ainsi que le produit dans lequel il réside, peuvent ne pas fonctionner comme prévu. Par conséquent, le processus de sélection des matériaux joue un rôle crucial dans le succès de la conception de votre PCB et la fonctionnalité globale du produit.
Dans cet article, vous trouverez les types de matériaux les plus courants et les considérations clés pour choisir les bons matériaux de circuit imprimé.
Qu'est-ce qu'un matériau PCB ?
Le matériau PCB fait référence au matériau de base utilisé pour construire la carte de circuit imprimé. Il fournit la fondation structurelle et l'isolation électrique des composants du circuit et des interconnexions.
Le choix du matériau joue un rôle crucial dans la détermination des caractéristiques électriques, mécaniques et thermiques du PCB, impactant finalement ses performances et sa fiabilité dans diverses applications électroniques.
De quel matériau est fait le PCB ?
Les PCB sont généralement constitués de plusieurs couches de matériaux différents. Les principaux matériaux utilisés dans la construction d'un PCB comprennent :
Matériau du substrat
Le substrat, également appelé matériau de base ou stratifié PCB, constitue la base du PCB. Le matériau de substrat le plus courant est le FR-4 (Flame Retardant 4), qui est un stratifié époxy renforcé de fibre de verre. Le FR-4 offre une excellente isolation électrique, résistance mécanique et résistance à la chaleur. D'autres matériaux de substrat comme le FR-2, le FR-1, le CEM-1 et le polyimide (pour les PCB flexibles) sont également utilisés en fonction des exigences de conception spécifiques.
Feuille de cuivre
Une feuille de cuivre est utilisée pour créer les voies conductrices sur le PCB. Il est généralement stratifié sur le matériau du substrat à l'aide de chaleur et d'adhésif. La feuille de cuivre sert de couche conductrice pour acheminer les signaux électriques et la distribution de puissance à travers le PCB.
Solder Mask
La masque de soudure, également connu sous le nom de réserve de soudure, est une couche protectrice appliquée sur les pistes et les pastilles de cuivre sur le PCB. Il est généralement composé de matériaux à base d'époxy qui sont durcis pour former un revêtement durable et électriquement isolant. Le masque de soudure aide à prévenir les ponts de soudure, protège contre la corrosion et offre un contraste visuel pour faciliter l'assemblage et l'inspection.
Sérigraphie
La couche sérigraphiée est une couche supplémentaire appliquée au-dessus du masque de soudure. Il contient du texte imprimé, des symboles et des marquages qui fournissent des références de composants, des numéros de pièces et d'autres informations utiles pour l'assemblage et l'identification.
En plus de ces matériaux primaires, les PCB peuvent également incorporer divers matériaux supplémentaires tels que des vias, de la pâte à souder, des ouvertures de masque de soudure (appelées fenêtres de masque de soudure) et des revêtements spécialisés pour des applications spécifiques ou des considérations environnementales.
Les types de matériaux les plus couramment utilisés pour la fabrication de PCB
Matériau du circuit imprimé Fr4
FR-4 est un matériau couramment utilisé dans la fabrication de PCB. Il s'agit d'un stratifié ignifuge qui répond aux normes établies par la National Electrical Manufacturers Association (NEMA). FR-4 se compose d'une couche de tissu de verre tissé combiné à un liant en résine époxy. Il est utilisé depuis plus de 50 ans et a fait l'objet d'améliorations lui permettant de résister à des températures de fonctionnement continu jusqu'à 180°C. Cependant, FR4 n'a pas le meilleur coefficient de dilatation thermique (CTE) et les meilleures caractéristiques électriques pour une vitesse de signal de haute qualité, c'est pourquoi le matériau est utilisé moins fréquemment dans la fabrication de PCB.
Matériau PCB de Rogers
Les matériaux Rogers sont des stratifiés spécialisés utilisés pour les applications haute fréquence, en particulier dans les circuits RF et micro-ondes. Ces matériaux ont une faible perte diélectrique, une excellente intégrité du signal et des propriétés d'impédance contrôlées. Les matériaux Rogers sont disponibles dans diverses formulations pour répondre aux exigences spécifiques de fréquence et de performance.
Métal
Les PCB utilisent encore des matériaux traditionnels tels que le cuivre, l'aluminium et le fer. Ces matériaux permettent l'intégration de composants utilisant Technologie de montage en surface (SMT). Ils offrent également une durabilité mécanique. Par conséquent, la durée de vie des PCB à base de métal est beaucoup plus longue.
PTFE (téflon)
Les matériaux à base de PTFE, tels que le Téflon, sont principalement utilisés dans des applications spécialisées qui nécessitent des performances exceptionnelles dans les circuits haute fréquence et RF/micro-ondes. Ces applications exigent souvent un contrôle précis de l'impédance, une faible perte de signal et des propriétés électriques stables sur une large gamme de fréquences. Ces applications peuvent inclure l'aérospatiale, les télécommunications, les systèmes radar et d'autres technologies RF/micro-ondes avancées.
FR-2
FR-2 est un matériau stratifié de papier à base phénolique. Il est couramment utilisé pour les PCB simple face et double face. Le FR-2 a des propriétés d'isolation électrique modérées et une résistance mécanique inférieure à celle du FR-4. Il est souvent utilisé dans l'électronique grand public à faible coût et les applications à usage général.
Matériau PCB flexible
Le polyimide est un matériau de substrat flexible qui peut résister à des températures élevées. Il est souvent utilisé dans PCB flexibles (FPCB) et les PCB rigides-flexibles, où la carte doit se plier ou fléchir sans se casser. Le polyimide offre une bonne isolation électrique et une bonne stabilité thermique.
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Applications des matériaux PCB
Matières | Application typique |
| RO3000 | Radar automobile Systèmes de télécommunications cellulaires Releveurs de compteurs à distance Satellites de diffusion directe
|
| R04000 | Étiquettes d'identification RF Radar et capteurs automobiles Antennes de stations de base cellulaires et amplificateurs de puissance
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Polytétrafluoroéthylène (PTFE)
Le nom de marque à base de PTFE le plus connu est Teflon. Ce matériau offre une stabilité de température et un faible facteur de dissipation. | Antennes Amplificateurs de puissance Régulateur de vitesse automobile Télémétrie de guidage aérospatial
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Polyimide
Bonnes propriétés électriques, large plage de température et résistance chimique élevée. | |
PEEK
Point de fusion élevé et résistant aux produits chimiques, aux radiations et aux températures extrêmes. | |
Aluminium ou alumine (Al2O3)
PCB en céramique le plus courant. Diélectrique thermique puissant à faible dilatation. Performances exceptionnelles à haute fréquence. Température de fonctionnement jusqu'à 350˚C. | |
Nitrure d'aluminium (AlN)
conductivité thermique élevée; haute résistance thermique avec faible dilatation. Largement utilisé comme substrat ou emballage. | LED haute puissance Circuits intégrés (CI) Capteurs Télévision par câble
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Oxyde de béryllium (BeO)
Très toxique lors de l'usinage. Utilisé pour sa conductivité thermique élevée et sa faible dilatation. | |
Directives de sélection des matériaux PCB
choisir le bon matériau PCB est crucial pour la réussite de votre projet. Voici quelques facteurs clés à prendre en compte lors du choix du matériau PCB :
Conception et objectif du circuit imprimé : Tenez compte des éléments de conception généraux et de l'objectif prévu du PCB. Déterminez l'intégrité du signal requise, les conditions environnementales et tout besoin de fonctionnalité spécifique. Cela aidera à déterminer si une planche flexible ou rigide est nécessaire et si la planche doit résister à des températures élevées.
Transfert de chaleur, conductivité et seuils de puissance : Avec les signaux à haute vitesse d'aujourd'hui, la surchauffe est une réalité dans une grande variété de produits, en particulier ceux qui ont des caméras intégrées telles que les téléphones portables et les ordinateurs portables.
Empiler: déterminez si un empilement monocouche ou multicouche est nécessaire en fonction des exigences de conception. Tenez compte des exigences d'impédance et de la façon dont l'empilement choisi s'adaptera aux contraintes mécaniques de l'appareil.
Force mécanique: Assurez-vous que les matériaux sélectionnés offrent à la fois une résistance électrique et mécanique. Considérez le coefficient de dilatation thermique (CTE) des matériaux, car il est essentiel en microélectronique de s'assurer que le PCB fonctionne correctement sous des températures variables.
Intégrité du signal électrique : Selon la fonction de la carte, classez-la en haute fréquence, haute puissance, haute densité ou micro-ondes. Sélectionnez des matériaux capables de maintenir l'intégrité du signal en fonction du type de carte spécifique.
Emplacement du composant : Faites attention à l'emplacement des composants pour éviter les interférences ou le bruit qui peuvent dégrader l'intégrité du signal. Positionnez correctement les composants pour minimiser la perturbation du signal.
Flexibilité: Si la flexibilité est requise, envisagez d'utiliser une planche rigide-flexible, qui combine des matériaux souples et rigides. Cela permet à la planche d'être pliée ou pliée en différentes formes. Pour les applications nécessitant des circuits fins et flexibles, envisagez d'utiliser des matériaux flexibles.
Coût des matériaux : Évaluez les implications financières des matériaux, en particulier si la carte contient de l'or, des vias borgnes ou enterrés, ou via un remplissage. Ces caractéristiques peuvent nécessiter des processus de fabrication supplémentaires. Considérez qu'un espacement de ligne et de largeur inférieur à 6 mils et certaines options de finition de surface peuvent également avoir un impact sur les coûts.
Sélection des matériaux de carte PCB par VictoryPCB
Choisir le mauvais matériau peut sérieusement retarder votre projet de circuit imprimé ou avoir un impact sur votre budget, il est donc important de consulter un professionnel expérimenté dès le départ. Chez VictoryPCB, nos ingénieurs qualifiés travaillent avec les clients dès le début de tout projet, les conseillant sur les matériaux, la mise en page et la conception pour la fabricabilité.
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