<\/span><\/h3>Le FR-4 (r\u00e9sine \u00e9poxy renforc\u00e9e par des fibres de verre) est le \"pain et le beurre\" du monde des circuits imprim\u00e9s, repr\u00e9sentant environ 80 % de la part de march\u00e9. D'apr\u00e8s mon exp\u00e9rience, plus de 90 % des produits \u00e9lectroniques grand public utilisent ce mat\u00e9riau.<\/p>
Avantages<\/strong>:<\/p>Excellent rapport co\u00fbt-efficacit\u00e9 (30 \u00e0 50 % moins cher que d'autres mat\u00e9riaux \u00e0 haute performance)<\/li>\n\n Bonne r\u00e9sistance m\u00e9canique et bonnes propri\u00e9t\u00e9s d'isolation<\/li>\n\n Technologie de traitement mature<\/li><\/ul>Inconv\u00e9nients<\/strong>:<\/p>Performance moyenne \u00e0 haute fr\u00e9quence (constante di\u00e9lectrique ~4,3-4,8)<\/li>\n\n R\u00e9sistance limit\u00e9e \u00e0 haute temp\u00e9rature (typiquement autour de 150\u00b0C)<\/li><\/ul>Applications<\/strong>: La plupart des produits \u00e9lectroniques grand public, les cartes de contr\u00f4le industrielles, l'\u00e9clairage LED, etc.<\/p>Conseil de s\u00e9lection<\/strong>: Faites la distinction entre le FR-4 standard et le FR-4 \u00e0 haute Tg. Si votre carte n\u00e9cessite une soudure sans plomb (temp\u00e9ratures plus \u00e9lev\u00e9es), choisissez un mod\u00e8le avec Tg\u2265170\u00b0C.<\/p><\/span>Polyimide (PI) : Le roi des circuits flexibles<\/span><\/h3>Lorsque votre conception n\u00e9cessite une flexion ou un pliage, les substrats en polyimide entrent en jeu.J'ai travaill\u00e9 sur un dispositif portable de surveillance de la sant\u00e9 o\u00f9 les propri\u00e9t\u00e9s flexibles du PI nous ont permis d'int\u00e9grer des circuits dans le bracelet.<\/p>
Avantages<\/strong>:<\/p>Excellente flexibilit\u00e9 (peut se plier des milliers de fois sans d\u00e9faillance)<\/li>\n\n Stabilit\u00e9 \u00e0 haute temp\u00e9rature (peut r\u00e9sister \u00e0 plus de 300\u00b0C)<\/li>\n\n Stabilit\u00e9 chimique exceptionnelle<\/li><\/ul>Inconv\u00e9nients<\/strong>:<\/p>Co\u00fbt \u00e9lev\u00e9 (3 \u00e0 5 fois plus cher que le FR-4)<\/li>\n\n Difficile \u00e0 traiter<\/li><\/ul>Applications<\/strong>: Circuits flexibles, \u00e9lectronique a\u00e9rospatiale, implants m\u00e9dicaux, etc.<\/p>Conseil de s\u00e9lection<\/strong>Faites la diff\u00e9rence entre les substrats PI adh\u00e9sifs et non adh\u00e9sifs. Les premiers sont moins chers mais ont de moins bonnes performances \u00e0 haute temp\u00e9rature, alors que les seconds sont invers\u00e9s.<\/p><\/span>Mat\u00e9riaux sp\u00e9cialis\u00e9s haute fr\u00e9quence :Quand la vitesse du signal est cruciale<\/span><\/h3>Pour les applications haute fr\u00e9quence telles que les stations de base 5G et les syst\u00e8mes radar, le FR-4 standard entra\u00eene une perte de signal significative.Dans ces cas, il convient d'envisager l'utilisation de mat\u00e9riaux haute fr\u00e9quence tels que la s\u00e9rie RO4000 de Rogers ou la s\u00e9rie TLY de Taconic.<\/p>
Param\u00e8tres cl\u00e9s<\/strong>:<\/p>Constante di\u00e9lectrique (Dk) :Plus elle est faible, mieux c'est (2,2 \u00e0 3,5 est l'id\u00e9al).<\/li>\n\n Facteur de perte (Df) :Plus il est petit, mieux c'est (<0,004 est id\u00e9al)<\/li><\/ul>Consid\u00e9ration des co\u00fbts<\/strong>: Les mat\u00e9riaux haute fr\u00e9quence peuvent co\u00fbter 10 \u00e0 20 fois plus cher que le FR-4, de sorte que les conceptions hybrides sont courantes - les couches de signaux critiques utilisent des mat\u00e9riaux haute fr\u00e9quence tandis que les autres couches utilisent du FR-4.<\/p><\/span>S\u00e9lection des feuilles de cuivre :Ce n’est pas seulement une question d’\u00e9paisseur<\/span><\/h2>La feuille de cuivre est l'\u00e9l\u00e9ment conducteur central des circuits imprim\u00e9s.Une mauvaise s\u00e9lection peut entra\u00eener des probl\u00e8mes d'int\u00e9grit\u00e9 des signaux et des d\u00e9fauts de fabrication. D'apr\u00e8s mon exp\u00e9rience, les probl\u00e8mes li\u00e9s aux feuilles de cuivre repr\u00e9sentent environ 15 % des cas de d\u00e9faillance des circuits imprim\u00e9s.<\/p>
<\/span>Feuilles de cuivre \u00e9lectrolytiques (ED) et feuilles de cuivre lamin\u00e9es (RA)<\/span><\/h3>Feuilles de cuivre \u00e9lectrolytique (ED)<\/strong>:<\/p>Co\u00fbt de production inf\u00e9rieur<\/li>\n\n Rugosit\u00e9 de surface plus \u00e9lev\u00e9e (meilleure adh\u00e9rence au substrat)<\/li>\n\n Convient aux cartes multicouches standard<\/li><\/ul>Feuilles de cuivre lamin\u00e9es (RA)<\/strong>:<\/p>Surface plus lisse (r\u00e9duit la perte de signal \u00e0 haute fr\u00e9quence)<\/li>\n\n Une meilleure flexibilit\u00e9<\/li>\n\n Co\u00fbt plus \u00e9lev\u00e9 de 20 \u00e0 30<\/li><\/ul>Conseils pratiques<\/strong>: Pour les circuits sup\u00e9rieurs \u00e0 10 GHz, la priorit\u00e9 est donn\u00e9e aux feuilles de cuivre lamin\u00e9es ; les circuits flexibles doivent utiliser des feuilles de cuivre lamin\u00e9es.<\/p><\/span>Guide de s\u00e9lection de l'\u00e9paisseur des feuilles de cuivre<\/span><\/h3>\u00c9paisseurs courantes des feuilles de cuivre :<\/p>
1\/2 oz (18\u03bcm)<\/li>\n\n 1 oz (35\u03bcm)<\/li>\n\n 2 oz (70\u03bcm)<\/li><\/ul>R\u00e8gle de base<\/strong>:<\/p>Circuits num\u00e9riques standard : 1 oz<\/li>\n\n Circuits de puissance \u00e0 courant \u00e9lev\u00e9 : \u22652 oz<\/li>\n\n Traces ultrafines (<4mil) : 1\/2 oz<\/li><\/ul>Note<\/strong>: Une feuille de cuivre plus \u00e9paisse rend la gravure plus difficile et le contr\u00f4le de la largeur de la trace plus difficile.<\/p><\/span>Consid\u00e9rations cl\u00e9s pour les mat\u00e9riaux auxiliaires<\/span><\/h2><\/span>Masque de soudure : Plus qu'une simple couleur<\/span><\/h3>La couche de masque de soudure ne se contente pas d'\u00eatre jolie. J'ai d\u00e9j\u00e0 rencontr\u00e9 un cas o\u00f9 une encre de masque de soudure bon march\u00e9 provoquait des d\u00e9fauts de pontage lors d'une soudure par lots.<\/p>
Points de s\u00e9lection<\/strong>:<\/p>Masque de soudure \u00e0 photo-image liquide (LPI) ou \u00e0 film sec<\/li>\n\n Choix de la couleur : Le vert est la couleur la plus courante (facile \u00e0 inspecter), le noir assure une meilleure dissipation de la chaleur mais est plus difficile \u00e0 inspecter.<\/li>\n\n Rigidit\u00e9 di\u00e9lectrique : \u22651000V\/mil<\/li><\/ul><\/span>Comparaison des proc\u00e9d\u00e9s de finition de surface<\/span><\/h3>Les diff\u00e9rents \u00e9tats de surface ont une incidence directe sur la qualit\u00e9 de la soudure et la fiabilit\u00e9 \u00e0 long terme :<\/p>Processus<\/th> Co\u00fbt<\/th> Soudabilit\u00e9<\/th> Dur\u00e9e de conservation<\/th> Applications<\/th><\/tr><\/thead> HASL<\/td> Faible<\/td> Bon<\/td> 12 mois<\/td> Electronique grand public<\/td><\/tr> ENIG<\/td> Moyen<\/td> Excellent<\/td> 24 mois<\/td> Bo\u00eetiers BGA<\/td><\/tr> OSP<\/td> Faible<\/td> Juste<\/td> 6 mois<\/td> Cartes \u00e0 faible co\u00fbt<\/td><\/tr> Argent d'immersion<\/td> Moyen<\/td> Excellent<\/td> 12 mois<\/td> Circuits haute fr\u00e9quence<\/td><\/tr><\/tbody><\/table><\/figure>Recommandation<\/strong>: Les bo\u00eetiers BGA doivent utiliser ENIG ; les signaux \u00e0 haute fr\u00e9quence doivent privil\u00e9gier l'argent par immersion ; les cycles de production courts et sensibles aux co\u00fbts doivent choisir OSP.<\/p><\/span>Cinq consid\u00e9rations cl\u00e9s pour la s\u00e9lection des supports de circuits imprim\u00e9s<\/span><\/h2>Exigences en mati\u00e8re de performances \u00e9lectriques<\/strong><\/li><\/ul>Fr\u00e9quence de fonctionnement : >1GHz n\u00e9cessite des mat\u00e9riaux \u00e0 haute fr\u00e9quence<\/li>\n\n Exigences en mati\u00e8re d'int\u00e9grit\u00e9 du signal<\/li>\n\n Pr\u00e9cision du contr\u00f4le de l'imp\u00e9dance<\/li><\/ul>Exigences m\u00e9caniques et environnementales<\/strong><\/li><\/ul>Besoin d'une conception flexible ou rigide-flexible<\/li>\n\n Plage de temp\u00e9rature de fonctionnement<\/li>\n\n Conditions de vibrations\/chocs<\/li><\/ul>Besoins en mati\u00e8re de gestion thermique<\/strong><\/li><\/ul>Besoin de mat\u00e9riaux \u00e0 haute conductivit\u00e9 thermique<\/li>\n\n Adaptation du coefficient de dilatation thermique (CTE)<\/li><\/ul>Contraintes de co\u00fbt<\/strong><\/li><\/ul>Co\u00fbt des mat\u00e9riaux<\/li>\n\n Difficult\u00e9s de traitement<\/li>\n\n Impact sur le rendement<\/li><\/ul>Facteurs de la cha\u00eene d'approvisionnement<\/strong><\/li><\/ul>Disponibilit\u00e9 des mat\u00e9riaux<\/li>\n\n D\u00e9lai d'ex\u00e9cution<\/li>\n\n Assistance technique du fournisseur<\/li><\/ul><\/span>Probl\u00e8mes et solutions concernant les substrats pour circuits imprim\u00e9s<\/span><\/h2><\/span>Question 1 : Comment \u00e9quilibrer les performances et le co\u00fbt de la haute fr\u00e9quence ?<\/span><\/h3>Q<\/strong>: Notre projet de petites cellules 5G n\u00e9cessite de bonnes performances en haute fr\u00e9quence mais dispose d'un budget limit\u00e9. Comment choisir le substrat ?<\/p>A<\/strong>Il s'agit d'un compromis classique entre co\u00fbt et performance.Je recommande l’approche de l’empilement hybride :<\/p>Utiliser le RO4350B de Rogers pour les couches de signaux critiques (~10x le co\u00fbt du FR-4)<\/li>\n\n Utiliser du FR-4 pour les autres couches<\/li>\n\n D\u00e9terminer le nombre minimum de couches haute fr\u00e9quence par simulation<\/li><\/ol>Un client r\u00e9cent a utilis\u00e9 cette approche, r\u00e9duisant les co\u00fbts des mat\u00e9riaux de 40 % tout en maintenant une augmentation de la perte de signal de seulement 5 %, ce qui est bien en de\u00e7\u00e0 des limites acceptables.<\/p>
<\/span>Num\u00e9ro 2 : Comment \u00e9viter le d\u00e9collement du substrat pendant le brasage \u00e0 haute temp\u00e9rature ?<\/span><\/h3>Q<\/strong>: Notre produit utilise des proc\u00e9d\u00e9s sans plomb et nous rencontrons souvent une d\u00e9lamination du substrat au cours de la production. Comment pouvons-nous r\u00e9soudre ce probl\u00e8me ?<\/p>A<\/strong>Il s'agit d'un sympt\u00f4me typique d'une mauvaise s\u00e9lection de Tg.Solutions :<\/p>Confirmez la valeur Tg de votre FR-4 actuel (le FR-4 standard est g\u00e9n\u00e9ralement \u00e0 130-140\u00b0C).<\/li>\n\n Passage \u00e0 un mat\u00e9riau \u00e0 haute Tg (Tg\u2265170\u00b0C)<\/li>\n\n Optimiser le profil de temp\u00e9rature de soudage par refusion<\/li>\n\n Envisager des mat\u00e9riaux \u00e0 Tg moyen comme solution transitoire<\/li><\/ol>Impact sur les co\u00fbts<\/strong>: Les mat\u00e9riaux \u00e0 haute teneur en Tg co\u00fbtent 15 \u00e0 20 % de plus que le FR-4 standard, mais sont beaucoup moins chers que les co\u00fbts de rebut et de r\u00e9usinage.<\/p><\/span>Probl\u00e8me 3 : Rupture fr\u00e9quente du circuit Flex - Comment y rem\u00e9dier ?<\/span><\/h3>Q<\/strong>Les circuits flexibles de nos appareils portables se cassent souvent aux points de pliage. Comment am\u00e9liorer cette situation ?<\/p>A<\/strong>Cette question concerne \u00e0 la fois la s\u00e9lection des mat\u00e9riaux et l'optimisation de la conception :<\/p>Passer \u00e0 des substrats de polyimide plus fins (par exemple, 25\u03bcm au lieu de 50\u03bcm).<\/li>\n\n Utiliser une feuille de cuivre lamin\u00e9e au lieu d'une feuille de cuivre \u00e9lectrolytique<\/li>\n\n Optimiser la direction des trac\u00e9s dans les zones de pliage (rendre les trac\u00e9s perpendiculaires aux lignes de pliage)<\/li>\n\n Ajouter des structures de soulagement du stress<\/li><\/ol>\u00c9tude de cas<\/strong>: Un projet de bracelet intelligent a am\u00e9lior\u00e9 la dur\u00e9e de vie du cycle de pliage de 5 000 \u00e0 20 000 cycles gr\u00e2ce \u00e0 ces modifications.<\/p><\/span>Num\u00e9ro 4 : Comment contr\u00f4ler l'imp\u00e9dance dans les circuits \u00e0 grande vitesse ?<\/span><\/h3>Q<\/strong>Notre conception USB 4.0 d\u00e9passe toujours les limites d'imp\u00e9dance. Comment pouvons-nous r\u00e9soudre ce probl\u00e8me en s\u00e9lectionnant le substrat ?<\/p>A<\/strong>Le contr\u00f4le de l'imp\u00e9dance dans les circuits \u00e0 grande vitesse n\u00e9cessite une approche \u00e0 plusieurs volets :<\/p>Choisir des mat\u00e9riaux dont la constante di\u00e9lectrique varie peu (tol\u00e9rance Dk, par exemple \u00b10,05).<\/li>\n\n Utiliser des substrats plus fins (r\u00e9duit l'impact de la variation de l'\u00e9paisseur du di\u00e9lectrique)<\/li>\n\n Consid\u00e9rer les mat\u00e9riaux avec les donn\u00e9es de rugosit\u00e9 de la feuille de cuivre<\/li>\n\n Travailler avec les fabricants de circuits imprim\u00e9s pour la pr\u00e9compensation de l'imp\u00e9dance.<\/li><\/ol>Donn\u00e9es d'essai<\/strong>: Le passage au FR408HR d'Isola a am\u00e9lior\u00e9 la coh\u00e9rence de l'imp\u00e9dance de 35 %.<\/p><\/span>Num\u00e9ro 5 : Comment choisir des supports respectueux de l'environnement ?<\/span><\/h3>Q<\/strong>Notre produit sera export\u00e9 vers l'UE. Comment s'assurer que les substrats sont conformes aux r\u00e9glementations environnementales ?<\/p>A<\/strong>Le respect de l'environnement requiert une attention \u00e0 trois niveaux :<\/p>Le mat\u00e9riau lui-m\u00eame :Choisissez des substrats sans halog\u00e8ne conformes aux normes RoHS et REACH.<\/li>\n\n Documentation :Exiger des fournisseurs qu'ils fournissent des d\u00e9clarations de mat\u00e9riaux compl\u00e8tes (FMD).<\/li>\n\n Processus de production :Veiller \u00e0 ce que les fabricants de circuits imprim\u00e9s disposent de syst\u00e8mes de contr\u00f4le environnemental robustes<\/li><\/ol>Conseil pratique<\/strong>: Privil\u00e9gier les s\u00e9ries de mat\u00e9riaux certifi\u00e9s UL, comme la s\u00e9rie DE d'Isola, qui sont des mat\u00e9riaux sans halog\u00e8ne.<\/p><\/span>Liste de contr\u00f4le pour la s\u00e9lection des substrats pour circuits imprim\u00e9s<\/span><\/h2>Pour vous aider \u00e0 syst\u00e9matiser votre processus de s\u00e9lection des substrats, voici une liste de contr\u00f4le pratique :<\/p>
D\u00e9terminer la gamme de fr\u00e9quences de fonctionnement<\/li>\n\n \u00c9valuer les conditions environnementales (temp\u00e9rature, humidit\u00e9, exposition aux produits chimiques, etc.)<\/li>\n\n Confirmer les exigences m\u00e9caniques (flexibilit\u00e9, \u00e9paisseur, etc.)<\/li>\n\n \u00c9num\u00e9rer les principaux param\u00e8tres \u00e9lectriques (imp\u00e9dance, perte, etc.)<\/li>\n\n \u00c9valuer les besoins en mati\u00e8re de gestion thermique<\/li>\n\n Calculer les contraintes de co\u00fbt<\/li>\n\n V\u00e9rifier les exigences en mati\u00e8re de respect de l'environnement<\/li>\n\n Consulter au moins deux fabricants de circuits imprim\u00e9s<\/li>\n\n Commander des \u00e9chantillons de mat\u00e9riaux pour les tester<\/li>\n\n Cr\u00e9er une documentation sur les sp\u00e9cifications des mat\u00e9riaux<\/li><\/ol><\/span>Tendances futures : Innovations dans le domaine des substrats pour circuits imprim\u00e9s<\/span><\/h2>D'apr\u00e8s les tendances de l'industrie et mes observations, les substrats pour circuits imprim\u00e9s \u00e9voluent dans ces directions :<\/p>
Fr\u00e9quence plus \u00e9lev\u00e9e<\/strong>: Avec la 5G mmWave et la 6G R&D, les mat\u00e9riaux avec Dk<2.0 deviendront de plus en plus courants<\/li>\n\nConductivit\u00e9 thermique plus \u00e9lev\u00e9e<\/strong>: Mat\u00e9riaux avec une conductivit\u00e9 de >2W\/mK pour les LED de haute puissance et les VE<\/li>\n\nPlus \u00e9cologique<\/strong>: Les r\u00e9sines biosourc\u00e9es et les mat\u00e9riaux recyclables gagneront des parts de march\u00e9<\/li>\n\nInt\u00e9gration<\/strong>: Les substrats composites avec condensateurs\/inducteurs int\u00e9gr\u00e9s r\u00e9duisent le nombre de composants.<\/li><\/ol>