Matériaux de substrat de carte PCB

Les variétés de substrats utilisés pour les PCB sont largement divisées en deux catégories, à savoir les matériaux de substrat organiques et les matériaux de substrat inorganiques.Les substrats inorganiques sont principalement des plaques de céramique et des substrats en acier émaillés.Les matériaux de substrat organiques sont des matériaux de renforcement tels que des tissus en fibre de verre (papier en fibre, feutre de verre, etc.), imbibés d'un liant résine, séchés en un flan, puis recouverts d'une feuille de cuivre, réalisée à haute température et haute pression.

Ce type de substrat, connu sous le nom de stratifié cuivré (CCL), communément appelé stratifié cuivré, est le matériau principal pour la fabrication de PCB. Le CCL a de nombreuses variétés, généralement en fonction des matériaux de renforcement de la carte, qui peuvent être divisés en : base composite à base de papier, à base de tissu de fibre de verre (série CEM), base multicouche laminée et matériaux spéciaux basés sur les cinq catégories (céramique, âme métallique basée sur les).Si classés selon les différentes résines adhésives utilisées dans le carton, les CCL courants à base de papier sont : résine phénolique (XPC, XXXPC, FR-1, FR-2, etc.), résine époxy (FR-3), résine polyester. et d'autres types.Les CCL courants à base de tissu de fibre de verre sont des résines époxy (FR-4, FR-5), qui sont actuellement le type de tissu de fibre de verre le plus largement utilisé.Il existe également d'autres résines spéciales (avec tissu en fibre de verre, fibres d'amide polybasique, tissus non tissés, etc. comme matériaux supplémentaires) : résines triazine modifiées par bismaléimide (BT), résines polyimide (PI), résines diphénylène éther (PPO), imide d'anhydride maléique -résines styrène (MS), résines polycyanate, résines polyoléfines, résines polyoléfines, etc. Les CCL sont classés en fonction de leurs performances et sont divisés en CCL à performances générales, CCL à faible constante diélectrique, CCL à haute résistance thermique (généralement supérieure à 150°C pour les cartes) , et des CCL à faible coefficient de dilatation thermique (généralement utilisés sur des substrats encapsulés).

Si le matériau du substrat est rigide et flexible, il peut être divisé en CCL rigide et CCL flexible.le tableau 8-4 indique les performances de divers matériaux de substrat.La température de transition vitreuse Tg et le coefficient de dilatation thermique CTE sont des paramètres importants.En général, la Tg doit être supérieure à la température de fonctionnement du circuit et à la température maximale du processus de production, tandis que la CTE doit être aussi faible et constante que possible.

Substrat en céramique Le matériau du substrat du substrat du circuit céramique est composé à 96 % d'alumine. Dans le cas de l'exigence d'une résistance élevée du substrat, un matériau d'alumine pure à 99 % peut être utilisé.Cependant, l'alumine de haute pureté est difficile à traiter et a un faible rendement, de sorte que le prix d'utilisation de l'alumine pure est élevé.L'oxyde de béryllium est également un matériau de substrat céramique, c'est un oxyde métallique, avec de bonnes propriétés d'isolation électrique et une excellente conductivité thermique, peut être utilisé comme substrat pour les circuits à haute densité de puissance, mais dans le traitement de la poussière générée est nocif pour l'homme corps.Les cartes de circuits imprimés en céramique sont principalement utilisées pour les circuits intégrés hybrides à couche mince épaisse, les circuits de micro-assemblage multi-puces, qui présentent les avantages des cartes de circuits imprimés en matériaux organiques qui ne peuvent être comparés.Par exemple, le CTE du circuit imprimé en céramique peut correspondre au CTE de la coque LCCC, de sorte que l'assemblage des dispositifs LCCC aura une bonne fiabilité des joints de soudure.

De plus, les substrats céramiques conviennent aux processus d'évaporation sous vide car ils ne libèrent pas de grandes quantités de gaz adsorbés qui peuvent provoquer une diminution du vide même lorsqu'ils sont chauffés.De plus, le substrat céramique a également une résistance à haute température, une bonne finition de surface, une stabilité chimique élevée, est un substrat de circuit préféré pour les circuits hybrides à couche mince et épaisse et les circuits de micro-assemblage multi-puces.Cependant, il est difficile à transformer en un substrat grand et plat, et ne peut pas être transformé en une combinaison multibloc de structure de plaque de tampon pour s'adapter aux besoins de la production automatisée.De plus, le matériau céramique, en raison de sa constante diélectrique élevée, ne convient pas aux circuits imprimés à grande vitesse, et le prix est que le PCB général ne peut pas se permettre.

Circuit imprimé en fibre de verre époxy, ce circuit imprimé se compose de résine époxy et de fibres de verre, qui combinent la résistance des fibres de verre et les avantages de la ténacité de la résine époxy, il a donc une bonne résistance et ductilité.Avec lui, il est possible de produire des PCB simple face, mais il peut également produire des PCB double face et multicouches.Circuit imprimé en fibre de verre époxy dans la production, la première pénétration de résine époxy dans le tissu en fibre de verre en stratifié.

En même temps, d'autres produits chimiques sont ajoutés, tels que des agents de durcissement, des stabilisants, des agents anti-inflammables, des adhésifs, etc.Dans le stratifié d'un côté ou des deux côtés de la feuille de cuivre collée, constitué d'un stratifié de fibre de verre époxy recouvert de cuivre comme matière première pour les cartes de circuits imprimés.Les types de stratifiés couramment utilisés à l’heure actuelle sont les suivants :

1. Stratifiés G-10 et G-11, ce sont des stratifiés époxy en fibre de verre, ne contiennent pas de retardateur de flamme, peuvent être percés avec une perceuse mais ne peuvent pas être poinçonnés avec une poinçonneuse.les performances du G-10 sont très similaires à celles des stratifiés FR-4, tandis que le G-11 peut résister à des températures de travail plus élevées.2. Les stratifiés de la série FR contiennent tous un retardateur de flamme et sont donc nommés « FR ».'.

（1） Stratifié FR-1.Feuille de base en papier phénolique, ce substrat est communément appelé bakélite.

(2) Stratifié FR-2.Il est similaire au XXXPC et est un stratifié de résine phénolique à base de papier qui ne peut être perforé qu'avec un poinçon, et non percé avec une perceuse à colonne.

(3) Stratifié FR-3.Stratifié de résine époxy à base de papier pouvant être poinçonné à température ambiante.

(4) Stratifié FR-4.Le stratifié époxy en fibre de verre, extrêmement similaire au stratifié G-10, possède de bonnes propriétés électriques et caractéristiques de traitement et peut être transformé en panneaux multicouches.Il est largement utilisé dans les produits industriels.

(5) Stratifié FR-5.Il a des propriétés similaires au FR-4, mais peut conserver une bonne résistance et de bonnes propriétés électriques à des températures plus élevées.

(6) Stratifié FR-6.Stratifié de fibre de verre en résine polyester.Les stratifiés ci-dessus, couramment utilisés G-10 et FR-4 pour les cartes de circuits imprimés multicouches, sont relativement peu coûteux et peuvent être percés à l'aide d'une perceuse à colonne, ce qui facilite l'automatisation de la production.

les stratifiés en résine non époxy, ces stratifiés sont principalement des stratifiés en fibre de verre en résine polyimide, des stratifiés en fibre de verre en téflon, des stratifiés à base de papier en résine phénolique, etc.

(1) stratifié de fibre de verre en résine polyimide.Il peut être utilisé comme matériau de substrat de circuit rigide ou flexible, et sa résistance et sa stabilité à haute température sont supérieures aux stratifiés FR-4, couramment utilisés dans les produits militaires hautement fiables.

(2) Stratifiés GX et GT.Ce sont des stratifiés de fibres de verre polytétrafluoroéthylène, les propriétés diélectriques de ces matériaux peuvent être contrôlées, utilisées dans des produits avec des exigences strictes en matière de constante diélectrique, tandis que les propriétés diélectriques du GX sont meilleures que celles du GT, peuvent être utilisées dans les circuits haute fréquence.

(3) Stratifiés XXXP et XXXPC.Il s'agit d'une plaque de base en papier de résine phénolique, qui ne peut être percée que par perforation, ces stratifiés ne sont utilisés que pour les cartes de circuits imprimés simple face et double face et ne peuvent pas être utilisés comme matières premières pour les cartes de circuits imprimés multicouches.Parce qu’ils sont peu coûteux, ils sont largement utilisés comme matériaux de substrat de circuits dans l’électronique civile.Pour chaque type de stratifié, ils ont leur propre température maximale de fonctionnement continu, si la température de fonctionnement dépasse cette valeur de température, les propriétés électriques et mécaniques du stratifié se détériorent considérablement, et affectent même le fonctionnement de l'ensemble.Le tableau 8-5 répertorie la température continue maximale des matériaux de circuits imprimés couramment utilisés.Le tableau montre la valeur continue maximale du polyimide

Température de travail la plus élevée, il appartient à la catégorie des stratifiés haute température.Tableau 8-5 Température continue la plus élevée des matériaux de substrat de circuit couramment utilisés 3. Le code de caractères CCL couramment utilisé dans la norme nationale GB/T 4721-92 prévoit pour le modèle de produit CCL quelques lettres de l'alphabet et deux chiffres arabes.La première lettre C indique une feuille de cuivre ;les deuxième et troisième deux lettres indiquent la résine utilisée dans le matériau de base ;PE : phénolique EP : époxy UP : polyester SI : silicone TF : polytétrafluoroéthylène PI : polyimide les quatrième et cinquième lettres indiquent qu'il s'agit du matériau de renfort ;CP : papier de cellulose/fibres GC : tissu de verre non alcalin GM : colonne de feutre de fibres de verre alcalines AC : tissu de fibres de polyamide aromatique AM : fibre de polyamide aromatique Si du papier de cellulose est utilisé comme matériau de renforcement et qu'un tissu de verre sans alcali est fixé dessus sur les deux surfaces, 'G' est ajouté après CP.A la fin de la lettre avec une courte ligne horizontale reliée à deux chiffres, indiquant que le même type de propriétés différentes du numéro de produit.Avec CCL ignifuge dans le numéro après la lettre « F ».

CCL utilise couramment le code de caractères dans la norme nationale GB/T 4721-92, les dispositions du modèle de produit CCL avec quelques lettres et deux chiffres arabes.La première lettre C indique une feuille de cuivre ;les deuxième et troisième deux lettres indiquent la résine utilisée dans le matériau de base ;PE : phénolique EP : époxy UP : polyester SI : silicone TF : polytétrafluoroéthylène PI : polyimide les quatrième et cinquième lettres indiquent le matériau de renfort ;CP : papier cellulose/fibre GC : tissu de verre non alcalin GM : feutre en fibre de verre alcalin AC : tissu en fibre de polyamide aromatique AM : fibre de polyamide aromatique Si du papier de cellulose est utilisé comme matériau de renforcement et qu'un tissu de verre sans alcali est fixé sur les deux surfaces, 'G' est ajouté après CP.A la fin de la lettre avec une courte ligne horizontale reliée à deux chiffres, indiquant que le même type de propriétés différentes du numéro de produit.Le CCL ignifuge est indiqué en ajoutant la lettre « F » après le numéro.

Exemple : CEPCP (G)-23F indique que le tissu de verre à deux surfaces à base de papier époxy est fixé à la plaque cuivrée, avec un retardateur de flamme.4. Le type et l'épaisseur de la feuille de cuivre sur les performances électriques du produit ont un certain impact, la feuille de cuivre est généralement divisée en deux grandes catégories de feuilles de cuivre calandrées et électrolytiques selon la méthode de fabrication.La feuille de cuivre calandrée nécessite une pureté de cuivre élevée (généralement ≥ 99,9 %) et une bonne élasticité, ce qui convient à la fabrication de PCB hautes performances tels que des cartes flexibles, des cartes de signaux haute fréquence, etc., et est indiqué par la lettre ' W' dans les spécifications du produit.La feuille de cuivre électrolytique est utilisée dans la fabrication de PCB ordinaires, la pureté du cuivre est légèrement inférieure à celle utilisée dans la méthode de calandrage (généralement 99,8 %) et est indiquée par la lettre « E ».