Qu'est-ce qu'un circuit imprimé rigide et comment est-il fabriqué ?

Qu'est-ce qu'un PCB rigide et comment est-il fabriqué ?

Le circuit imprimé rigide (PCB) est un circuit imprimé basé sur un substrat rigide, caractérisé par une structure mécanique stable et d'excellentes performances électriques. Il est largement utilisé dans les ordinateurs, les équipements de communication, le contrôle industriel et l'électronique grand public, fournissant des connexions électriques fiables et un support physique pour les composants électroniques.

1. Caractéristiques et avantages des circuits imprimés rigides

Les circuits imprimés rigides sont principalement utilisés pour stratifié époxy renforcé de fibres de verre (tels que FR-4, CEM-3) comme matériau de base, fabriqués à l'aide de procédés tels que le laminage, le transfert de motifs et la gravure. Leurs principales caractéristiques sont les suivantes :

• Résistance mécanique élevée: Le substrat rigide offre une grande résistance à la flexion et aux vibrations, ce qui le rend adapté aux installations fixes.
• Excellentes performances électriques: Constante diélectrique stable et faible perte de transmission du signal, prenant en charge les applications haute fréquence et haute vitesse.
• Bonne stabilité thermique: Résistant à la chaleur avec une température de transition vitreuse (Tg) généralement supérieure à 140 °C.
• Haute densité de câblage: Prend en charge les conceptions multicouches (généralement 4 à 12 couches), permettant ainsi des configurations de circuits complexes.

Par rapport aux circuits imprimés flexibles (Flex PCB), les circuits imprimés rigides sont moins coûteux et leur processus de fabrication est plus mature, mais ils sont moins flexibles et moins légers. Le tableau ci-dessous compare les principales caractéristiques des deux types :

2. Processus de fabrication des circuits imprimés rigides

La fabrication de circuits imprimés rigides est un processus en plusieurs étapes, de haute précision, qui comprend principalement les étapes suivantes :

• Production de circuits à couche interne

• Découpe: Le stratifié recouvert de cuivre est découpé aux dimensions prévues avec une précision de ±0,1 mm.
• Laminage et exposition de films: Un film sec photosensible est appliqué et les motifs du circuit sont transférés par exposition aux UV.
• Développement et gravure: Le film sec non exposé et le cuivre sont retirés pour former des circuits conducteurs.
• Inspection AOI: L'inspection optique automatisée vérifie des paramètres tels que la largeur et l'espacement des lignes.

• Laminage et pressage

• Oxydation brune: Améliorer l'adhérence entre les couches de cuivre internes et le préimprégné.
• Empilement et pressage des couches: Plusieurs couches sont pressées ensemble à haute température (180-200 °C) et sous haute pression (300-400 psi).

• Forage et métallisation

• Perçage mécanique/laser: Crée des trous traversants, des vias borgnes ou des vias enterrés.
• Dépôt et placage de cuivre: Le cuivre déposé chimiquement et électroplaqué métallise les parois des trous pour les connexions intercouches.

• Circuit de couche externe et finition de surface

• Transfert de modèleLa technologie d'imagerie directe par laser (LDI) permet de créer des circuits sur la couche externe.
• Masque de soudure et sérigraphie: Une encre résistante à la soudure est appliquée et les marquages des composants sont imprimés.
• Finition de la surfaceLes procédés tels que HASL, ENIG ou OSP sont choisis en fonction des besoins de l'application.

• Essais et inspections

• Essais électriques: Continuité testée à l'aide d'une sonde volante ou d'un test sur lit de clous.
• Validation de la fiabilité: Comprend les cycles thermiques, les essais à haute température/humidité, les essais d'impédance, etc.

3. Comment améliorer la fiabilité des circuits imprimés rigides ?

Pour améliorer la fiabilité des circuits imprimés rigides dans des environnements difficiles, une optimisation systématique des matériaux, de la conception, de la fabrication et des processus de test est nécessaire :

• Sélection des matériaux

• Pour les applications à haute fréquence, utilisez Substrats en PTFE (Dk≈3,0, Df<0,005).
• Pour les environnements à haute température (par exemple, l'électronique automobile), utilisez FR-4 à haute température de transition vitreuse (Tg ≥ 170 °C).
• Pour les besoins en dissipation thermique, utilisez substrats à âme métallique (conductivité thermique du noyau en aluminium : 1 à 3 W/m·K).

• Optimisation de la conception

• Conception de la mise à la terre: Utilisez une mise à la terre multipoint pour les circuits à haute fréquence, et une mise à la terre monopoint pour les circuits à basse fréquence.
• Gestion thermique: Ajouter des vias thermiques, utiliser une feuille de cuivre épaisse (≥2 oz).
• Intégrité du signal: Contrôlez l'écart d'impédance à ±10 % près, tolérance de largeur de ligne ±0,05 mm.

• Contrôle des processus

• Processus de laminage: Le pressage sous vide réduit les bulles entre les couches.
• Précision de forage: Erreur de positionnement des trous ≤ 50 μm, rapport d'aspect ≤ 8:1.
• Processus de soudure: Utilisez de la soudure sans plomb SAC305, température maximale de refusion 245 °C ± 5 °C.

• Normes d'essai

• Respectez les normes industrielles telles que IPC-6012 et IPC-A-600.
• Mettre en œuvre un test de résistance aux contraintes environnementales (ESS), par exemple 1 000 cycles thermiques (-40 °C à 125 °C).

4. Circuit imprimé rigide ou circuit imprimé flexible : comment choisir ?

5. Scénarios d'application et recommandations de sélection

• Électronique grand public (cartes mères, appareils électroménagers) : FR-4 préféré pour son faible coût et son processus éprouvé.
• Contrôle industriel (PLC, capteurs) : haute fiabilité requise ; cartes FR-4 à haute température de transition ou multicouches recommandées.
• Électronique automobile (ECU, radar) : nécessite une résistance aux températures élevées et aux vibrations ; un substrat métallique ou céramique est disponible en option.
• Équipements de communication (Stations de base 5G, modules RF) : les applications haute fréquence nécessitent des matériaux PTFE ou Rogers.