Cet article vise à présenter les différents types de matériaux utilisés dans le substrat de la carte de circuit imprimé (PCB). Le matériau de substrat sélectionné doit convenir à l'application du concepteur. Le substrat d'emballage est une partie essentielle de l'emballage électronique et un pont entre la puce et le circuit externe. Le substrat joue les rôles suivants dans l'emballage :
- Réaliser la transmission du courant et du signal entre la puce et le circuit externe
- Protéger et soutenir mécaniquement la puce
- C'est le principal moyen pour la puce de dissiper la chaleur vers le monde extérieur
Du point de vue matériel, la les substrats de PCB couramment utilisés comprennent le substrat organique (FR-4), le substrat céramique et le substrat métallique.
FR-4 Substrat
Matériau FR-4 est généralement considéré comme le substrat standard des PCB. Le coût du matériau FR-4 est abordable, ce qui fait du matériau FR-4 une option standard pour les PCB. Comparé aux matériaux FR-1, FR-2 et FR-3, le matériau FR-4 est le meilleur choix pour fabriquer des PCB simple face à multicouche. FR est un code pour la qualité des matériaux résistants au feu et 4 représente la résine époxy tissée renforcée de verre. Il existe différents types de matériaux de qualité FR-4 utilisés dans les PCB, et la plupart d'entre eux sont des matériaux composites à base de résine époxy à fonction tera, de charge et de fibre de verre. Les principales caractéristiques techniques du matériau FR-4 sont une isolation électrique stable, une excellente planéité de surface et des tolérances d'épaisseur standard, qui rendent le matériau FR-4 adapté aux produits ayant des exigences d'isolation électronique hautes performances. Le matériau FR-4 conserve une résistance mécanique élevée et une bonne capacité d'isolation dans les environnements secs et humides en raison de sa faible absorption d'humidité. Cependant, FR-4 Le matériau du substrat PCB ne convient pas aux PCB haute fréquence car le matériau FR-4 a un facteur de dissipation plus élevé (Df), ce qui signifie qu'à mesure que les fréquences du signal augmentent, davantage de signaux seront perdus. De plus, le matériau FR-4 n'est pas adapté à une utilisation dans des environnements à haute température tels que les applications aérospatiales.
Exemples de matériau de substrat de PCB FR-4 :
- FR-4 standard : la température de transition vitreuse (Tg) de ce type de FR-4 est comprise entre 130 à 140
- Mid Tg FR-4 : la température de transition vitreuse (Tg) de ce type de FR-4 est comprise entre 150 à 160
- FR-4 Tg élevée : la température de transition vitreuse (Tg) de ce type de FR-4 est supérieure à 170
- Matériau HDI à haute vitesse et à très faible perte : un exemple de ce matériau FR-4 est l'Isola I-speed
Substrat céramique
Le panneau en céramique est composé d'une poudre de céramique thermoconductrice et d'un adhésif organique. Semblable au terme FR-4, la céramique fait référence à une série de matériaux ayant des structures chimiques et des propriétés physiques similaires. Les substrats céramiques des cartes de circuits imprimés sont principalement de l'oxyde d'aluminium, du nitrure d'aluminium et de l'oxyde de béryllium. Quant au carbure de silicium et au nitrure de bore, ce sont également des céramiques courantes aux propriétés similaires. Par rapport au substrat PCB FR-4, la carte céramique a une conductivité thermique plus élevée allant de 9 à 20 W/mk et présente certains avantages dans certaines applications. En d'autres termes, la céramique est un matériau idéal pour une nouvelle génération de circuits intégrés à grande échelle et de modules d'électronique de puissance. Par exemple, dans le domaine de l'éclairage LED haute puissance, la céramique et le métal avec d'excellentes propriétés de dissipation thermique sont généralement utilisé pour préparer les substrats de PCB. Les autres avantages du panneau céramique sont:
- Coefficient de dilatation thermique plus proche des valeurs de leur structure conductrice
- Le film métallique à moindre résistance
- L'excellente soudabilité du substrat et la température d'utilisation élevée
- La faible perte de haute fréquence
- Bonne isolation
- L'assemblage haute densité
- L'utilisation à long terme dans un environnement réducteur
- La haute fiabilité dans le domaine aérospatial
- Résistance mécanique souhaitable
Substrat métallique
Le substrat métallique du PCB signifie que le matériau de base est en métal, ce qui peut rapidement dissiper une grande quantité de chaleur pour éviter d'endommager les composants. A l'heure actuelle, les métaux les plus couramment utilisés dans la fabrication du substrat métallique sont le cuivre et l'aluminium. Les deux ont une excellente capacité de transfert de chaleur. Comparé à l'aluminium, le cuivre est plus coûteux, plus lourd et moins rigide. Par conséquent, l'aluminium est une option plus économique dans la sélection du substrat métallique. Les applications du substrat métallique comprennent les lampes à LED, les équipements électriques industriels, les amplificateurs d'entrée-sortie, les dispositifs de réfrigération à semi-conducteurs, etc.
Vérifiez également: Types de PCB.
Référence:
https://www.proto-electronics.com/blog/pcb-fr4-guide-printed-circuits
https://www.protoexpress.com/blog/choosing-hdi-materials/
https://resources.altium.com/p/ceramic-vs-fr4-multilayer-pcbs-when-use-either-and-how
https://www.protoexpress.com/blog/advantages-metal-core-printed-circuit-boards/
Référence:
https://www.protoexpress.com/blog/wet-pcb-etching-acidic-alkaline-methods/