Comme nous le savons tous, les propriétés de base de PCB (carte de circuit imprimé) dépendent de la performance de son matériau de substrat. Par conséquent, afin d’améliorer les performances de la carte de circuit imprimé, les performances du matériau de substrat doivent d’abord être optimisées. Jusqu’à présent, divers nouveaux matériaux sont développés et appliqués pour répondre aux exigences des nouvelles technologies et des tendances du marché.

Ces dernières années, les circuits imprimés ont subi une transformation. Le marché est principalement passé des produits matériels traditionnels tels que les ordinateurs de bureau aux communications sans fil telles que les serveurs et les terminaux mobiles. Les dispositifs de communication mobiles représentés par les téléphones intelligents ont favorisé le développement de circuits imprimés à haute densité, légers et multifonctionnels. S’il n’y a pas de matériau de substrat et que ses exigences de processus sont étroitement liées aux performances du PCB, la technologie des circuits imprimés ne sera jamais réalisée. Par conséquent, le choix du matériau du substrat joue un rôle essentiel dans la qualité et la fiabilité du PCB et du produit final.

Répondre aux besoins de haute densité et de ridules

• Exigences pour la feuille de cuivre

Toutes les cartes PCB évoluent vers des circuits plus denses et plus fins, en particulier les PCB HDI (High Density Interconnect PCB). Il y a dix ans, HDI PCB était défini comme PCB, et sa largeur de ligne (L) et son interligne (S) étaient de 0.1 mm ou moins. Cependant, les valeurs standard actuelles de L et S dans l’industrie électronique peuvent être aussi petites que 60 m, et dans les cas avancés, leurs valeurs peuvent être aussi basses que 40 m.

Comment déterminer le matériau de votre substrat PCB

La méthode traditionnelle de formation de schémas de circuits est le processus d’imagerie et de gravure. Avec l’application de substrats en feuille de cuivre mince (avec une épaisseur comprise entre 9 m et 12 μm), la valeur la plus basse de L et S atteint 30 m.

En raison du coût élevé de la mince feuille de cuivre CCL (Copper Clad Laminate) et de nombreux défauts dans la pile, de nombreux fabricants de PCB ont tendance à utiliser la méthode de gravure-feuille de cuivre, et l’épaisseur de la feuille de cuivre est fixée à 18 μm. En effet, cette méthode n’est pas recommandée car elle contient trop de procédures, l’épaisseur est difficile à contrôler et entraîne des coûts plus élevés. En conséquence, une fine feuille de cuivre est meilleure. De plus, lorsque les valeurs L et S de la carte sont inférieures à 20μm, la feuille de cuivre standard ne fonctionne pas. Enfin, il est recommandé d’utiliser une feuille de cuivre ultra-fine, car son épaisseur de cuivre peut être ajustée dans la plage de 3μm à 5μm.

En plus de l’épaisseur de la feuille de cuivre, les circuits de précision actuels nécessitent également une surface de feuille de cuivre à faible rugosité. Afin d’améliorer la capacité de liaison entre la feuille de cuivre et le matériau du substrat et d’assurer la résistance au pelage du conducteur, un traitement grossier est effectué sur le plan de la feuille de cuivre et la rugosité générale de la feuille de cuivre est supérieure à 5 m.

L’incorporation d’une feuille de cuivre à bosse comme matériau de base vise à améliorer sa résistance au pelage. Cependant, afin de contrôler la précision du plomb loin de la surgravure lors de la gravure du circuit, il a tendance à provoquer des polluants en bosse, ce qui peut provoquer un court-circuit entre les lignes ou une diminution de la capacité d’isolation, ce qui affecte particulièrement les circuits fins. Par conséquent, une feuille de cuivre à faible rugosité (inférieure à 3 m voire 1.5 m) est requise.

Bien que la rugosité de la feuille de cuivre soit réduite, il est toujours nécessaire de conserver la résistance au pelage du conducteur, ce qui provoque un traitement de surface spécial sur la surface de la feuille de cuivre et du matériau du substrat, ce qui contribue à assurer la résistance au pelage de la conducteur.

• Exigences pour l’isolation des stratifiés diélectriques

L’une des principales caractéristiques techniques du PCB HDI réside dans le processus de construction. Le RCC (cuivre revêtu de résine) couramment utilisé ou le tissu de verre époxy préimprégné et la stratification de feuilles de cuivre conduisent rarement à des circuits fins. Il est maintenant enclin à utiliser SAP et MSPA, ce qui signifie l’application d’un revêtement de cuivre autocatalytique stratifié par film diélectrique isolant pour produire des plans conducteurs en cuivre. Parce que le plan de cuivre est mince, des circuits fins peuvent être produits.

L’un des points clés de SAP est de stratifier des matériaux diélectriques. Afin de répondre aux exigences des circuits de précision à haute densité, certaines exigences doivent être avancées pour les matériaux stratifiés, notamment les propriétés diélectriques, l’isolation, la résistance à la chaleur et le collage, ainsi que l’adaptabilité technique compatible avec les PCB HDI.

Dans l’emballage mondial des semi-conducteurs, les substrats d’emballage IC sont convertis de substrats céramiques en substrats organiques. Le pas des substrats de boîtier FC devient de plus en plus petit, de sorte que la valeur typique actuelle de L et S est de 15 m, et elle sera plus petite.

Les performances des substrats multicouches doivent mettre l’accent sur de faibles propriétés diélectriques, un faible coefficient de dilatation thermique (CTE) et une résistance thermique élevée, ce qui fait référence à des substrats à faible coût qui répondent aux objectifs de performance. De nos jours, la technologie d’empilage diélectrique d’isolation MSPA est combinée à une fine feuille de cuivre pour être utilisée dans la production en série de circuits de précision. SAP est utilisé pour fabriquer des modèles de circuits avec des valeurs L et S inférieures à 10 m.

La densité élevée et la finesse des PCB ont provoqué la transition des PCB HDI d’un laminage avec noyaux à des noyaux de n’importe quelle couche. Pour les PCB HDI ayant la même fonction, la surface et l’épaisseur des PCB interconnectés sur n’importe quelle couche sont réduites de 25 % par rapport à celles avec des laminés à noyau. Il est nécessaire d’appliquer une couche diélectrique plus fine avec de meilleures propriétés électriques dans ces deux PCB HDI.

Nécessite une exportation à partir de la haute fréquence et de la haute vitesse

La technologie de communication électronique va du filaire au sans fil, de la basse fréquence et de la basse vitesse à la haute fréquence et à la haute vitesse. Les performances des smartphones ont évolué de la 4G à la 5G, nécessitant des vitesses de transmission plus rapides et des volumes de transmission plus importants.

L’avènement de l’ère mondiale du cloud computing a entraîné une augmentation multiple du trafic de données, et il existe une tendance claire pour les équipements de communication à haute fréquence et à grande vitesse. Afin de répondre aux exigences de transmission à haute fréquence et à grande vitesse, en plus de réduire les interférences et la consommation de signal, l’intégrité et la fabrication du signal sont compatibles avec les exigences de conception de la conception de circuits imprimés, les matériaux hautes performances sont l’élément le plus important.

Le travail principal d’un ingénieur est de réduire les propriétés de perte de signal électrique pour augmenter la vitesse du PCB et résoudre les problèmes d’intégrité du signal. Basé sur plus de dix ans de services de fabrication de PCBCart, en tant que facteur clé affectant le choix du matériau de substrat, lorsque la constante diélectrique (Dk) est inférieure à 4 et la perte diélectrique (Df) est inférieure à 0.010, il est considéré comme un stratifié intermédiaire Dk/Df Lorsque Dk est inférieur à 3.7 et Df inférieur à 0.005, il est considéré comme un stratifié à faible Dk/Df. Actuellement, une variété de matériaux de substrat sont disponibles sur le marché.

Jusqu’à présent, il existe principalement trois types de substrats de circuits imprimés à haute fréquence couramment utilisés : les résines à base de fluor, les résines PPO ou PPE et les résines époxy modifiées. Les substrats diélectriques de la série fluor, tels que le PTFE, ont les propriétés diélectriques les plus faibles et sont généralement utilisés pour les produits avec une fréquence de 5 GHz ou plus. Le substrat en résine époxy modifiée FR-4 ou PPO convient aux produits avec une gamme de fréquences de 1 GHz à 10 GHz.

En comparant les trois matériaux de substrat haute fréquence, la résine époxy a le prix le plus bas, bien que la résine fluorée ait le prix le plus élevé. En termes de constante diélectrique, de perte diélectrique, d’absorption d’eau et de caractéristiques de fréquence, les résines à base de fluor sont les plus performantes, tandis que les résines époxy sont moins performantes. Lorsque la fréquence appliquée par le produit est supérieure à 10 GHz, seule la résine à base de fluor fonctionnera. Les inconvénients du PTFE comprennent un coût élevé, une rigidité médiocre et un coefficient de dilatation thermique élevé.

Pour le PTFE, des substances inorganiques en vrac (telles que la silice) peuvent être utilisées comme matériaux de remplissage ou tissu de verre pour améliorer la rigidité du matériau du substrat et réduire le coefficient de dilatation thermique. De plus, en raison de l’inertie des molécules de PTFE, il est difficile pour les molécules de PTFE de se lier à la feuille de cuivre, donc un traitement de surface spécial compatible avec la feuille de cuivre doit être réalisé. La méthode de traitement consiste à effectuer une gravure chimique sur la surface du polytétrafluoroéthylène pour augmenter la rugosité de surface ou à ajouter un film adhésif pour augmenter la capacité d’adhérence. Avec l’application de cette méthode, les propriétés diélectriques peuvent être affectées et l’ensemble du circuit haute fréquence à base de fluor doit être développé davantage.

Unique insulating resin composed of modified epoxy resin or PPE and TMA, MDI and BMI, plus glass cloth. Similar to FR-4 CCL, it also has excellent heat resistance and dielectric properties, mechanical strength, and PCB manufacturability, all of which make it more popular than PTFE-based substrates.

En plus des exigences de performance des matériaux isolants tels que les résines, la rugosité de surface du cuivre en tant que conducteur est également un facteur important affectant la perte de transmission du signal, qui est le résultat de l’effet de peau. Fondamentalement, l’effet de peau est que l’induction électromagnétique générée sur la transmission du signal haute fréquence et le fil inductif deviennent si concentrés au centre de la section transversale du fil, et le courant ou le signal d’entraînement est concentré sur le surface du plomb. La rugosité de la surface du conducteur joue un rôle clé en influençant la perte du signal de transmission, et une faible rugosité entraîne une très faible perte.

À la même fréquence, la rugosité de surface élevée du cuivre entraînera une perte de signal élevée. Par conséquent, la rugosité du cuivre de surface doit être contrôlée dans la fabrication réelle, et elle doit être aussi faible que possible sans affecter l’adhérence. Une grande attention doit être accordée aux signaux dans la gamme de fréquences de 10 GHz ou plus. La rugosité de la feuille de cuivre doit être inférieure à 1 m, et il est préférable d’utiliser une feuille de cuivre ultra-surface avec une rugosité de 0.04 m. La rugosité de surface de la feuille de cuivre doit être associée à un traitement d’oxydation approprié et à un système de résine de liaison. Dans un proche avenir, il pourrait y avoir une feuille de cuivre sans résine revêtue de profil, qui a une résistance au pelage plus élevée pour empêcher la perte diélectrique d’être affectée.

Nécessite une résistance thermique élevée et une dissipation élevée

Avec la tendance de développement de la miniaturisation et de la haute fonctionnalité, les équipements électroniques ont tendance à générer plus de chaleur, de sorte que les exigences de gestion thermique des équipements électroniques deviennent de plus en plus exigeantes. Une des solutions à ce problème réside dans la recherche et le développement de PCB thermoconducteurs. La condition de base pour que les PCB fonctionnent bien en termes de résistance à la chaleur et de dissipation est la résistance à la chaleur et la capacité de dissipation du substrat. L’amélioration actuelle de la conductivité thermique du PCB réside dans l’amélioration de l’ajout de résine et de remplissage, mais cela ne fonctionne que dans une catégorie limitée. La méthode typique consiste à utiliser IMS ou PCB à noyau métallique, qui agissent comme éléments chauffants. Par rapport aux radiateurs et ventilateurs traditionnels, cette méthode présente les avantages d’une petite taille et d’un faible coût.

L’aluminium est un matériau très attractif avec les avantages de ressources abondantes, d’un faible coût et d’une bonne conductivité thermique. Et l’intensité. De plus, il est si respectueux de l’environnement qu’il est utilisé par la plupart des substrats métalliques ou des noyaux métalliques. En raison des avantages de l’économie, de la connexion électrique fiable, de la conductivité thermique et de la haute résistance, des circuits imprimés à base d’aluminium sans soudure et sans plomb ont été utilisés dans les produits de consommation, les automobiles, les fournitures militaires et les produits aérospatiaux. Il ne fait aucun doute que la clé de la résistance à la chaleur et des performances de dissipation du substrat métallique réside dans l’adhérence entre la plaque métallique et le plan du circuit.

Comment déterminer le matériau du substrat de votre PCB ?

À l’ère électronique moderne, la miniaturisation et la minceur des appareils électroniques ont conduit à l’émergence de circuits imprimés rigides et flexibles/rigides. Alors, quel type de matériau de substrat leur convient ?

Les domaines d’application accrus des PCB rigides et des PCB flexibles/rigides ont apporté de nouvelles exigences en termes de quantité et de performances. Par exemple, les films de polyimide peuvent être classés en différentes catégories, notamment transparents, blancs, noirs et jaunes, avec une résistance thermique élevée et un faible coefficient de dilatation thermique pour une application dans différentes situations. De même, le substrat de film polyester économique sera accepté par le marché en raison de sa grande élasticité, stabilité dimensionnelle, qualité de surface du film, couplage photoélectrique et résistance environnementale, pour répondre aux besoins changeants des utilisateurs.

Semblable au PCB HDI rigide, le PCB flexible doit répondre aux exigences de transmission de signaux à haute vitesse et haute fréquence, et une attention doit être portée à la constante diélectrique et à la perte diélectrique du matériau de substrat flexible. Le circuit flexible peut être composé de polytétrafluoroéthylène et d’un substrat avancé en polyimide. De la poussière inorganique et de la fibre de carbone peuvent être ajoutées à la résine polyimide pour obtenir un substrat thermoconducteur flexible à trois couches. Le matériau de charge inorganique peut être du nitrure d’aluminium, de l’oxyde d’aluminium ou du nitrure de bore hexagonal. Ce type de matériau de substrat a une conductivité thermique de 1.51W/mK, peut résister à une tension de 2.5kV et une courbure de 180 degrés.