PCBs rigides

Qu'est-ce qu'un PCB rigide ?

Circuit imprimé rigide est un circuit imprimé fabriqué avec des substrats isolants rigides tels que le substrat en tissu de verre époxy FR-4, le substrat en papier phénolique ou le substrat céramique comme cœur. Il possède une forme fixe, une grande dureté et ne peut pas être courbé ni plié. C'est actuellement le type de PCB le plus largement utilisé. Ses propriétés physiques sont stables et il n'a aucune flexibilité à température ambiante. Il peut offrir un support solide aux composants. Le substrat principal est le FR-4, qui possède un processus mature et des coûts contrôlables. Dans les scénarios haut de gamme, des substrats rigides modifiés en céramique ou en polyimide sont utilisés pour répondre aux exigences de conductivité thermique élevée et de fréquence élevée. La structure est constituée de planches à face unique, les produits de la catégorie "A" sont des produits de fabrication de plaques à double face et de plaques multicouches, et l'interconnexion entre les couches peut être réalisée par des voies métallisées. Il est compatible avec des conceptions de circuits complexes, dispose d'un processus de production normalisé et prend en charge les circuits classiques. techniques d'assemblage à haut rendement.

Les types de circuits imprimés rigides peuvent être classés en fonction de dimensions telles que le nombre de couches structurelles, le matériau du substrat et les caractéristiques d'application. Les principales classifications sont les suivantes:

Classement par nombre de étages structurels

· Un seul panneau

Il n'a qu'un seul côté avec des circuits en feuille de cuivre conducteur et l'autre côté en matériau de base. Sa structure est simple et son coût le plus bas, ce qui le rend adapté aux dispositifs à faible puissance dotés de circuits simples (comme les télécommandes, les circuits pour jouets cartes, adaptateurs d'alimentation).

· PCB double face

Les deux côtés comportent des circuits en feuille de cuivre, et la connexion entre les couches est assurée par des vias métallisés. La complexité du circuit est supérieure à celle des cartes simples, mais le coût reste modéré. Il est largement utilisé dans l'électronique grand public (tapis de charge pour téléphones portables), les capteurs de commande industrielle et d'autres applications.

· Carte multicouche

Elle contient 3 couches conductrices ou plus (généralement 4, 6, 8 couches, jusqu'à 40 couches sur les modèles haut de gamme), les couches étant liées par des substrats isolants. Les trous métallisés sont divisés en trous traversants, trous aveugles et trous enterrés, ce qui permet un câblage haute densité et convient aux circuits complexes (cartes mères d'ordinateurs, calculateurs électroniques automobiles, cartes de commande principales d'équipements médicaux).

Classé selon le matériau de la base

· Carte PCB FR-4

Le matériau de base est une résine époxy renforcée de fibre de verre (FR-4), qui présente d'excellentes propriétés d'isolation, une bonne résistance à la chaleur et une grande résistance mécanique, avec des coûts maîtrisés. Il représente plus de 90 % du marché des cartes PCB rigides et convient aux applications principales telles que l'électronique grand public, le contrôle industriel et l'automobile.

· PCB en papier phénolique (FR-1/FR-2)

Le matériau de base est constitué de résine phénolique et de fibre de papier. Elle est peu coûteuse, mais sa résistance thermique et sa résistance mécanique sont médiocres ; elle est uniquement utilisée dans les équipements bas de gamme (radios anciennes, cartes de commande d'appareils électroménagers simples).

· Carte PCB céramique

Le matériau de base est constitué de céramiques d'oxyde d'aluminium et de nitrure d'aluminium, qui offrent une excellente conductivité thermique, une haute isolation et une grande résistance aux températures élevées. Elle convient aux applications à haute puissance et haute fréquence (comme les bornes de recharge pour véhicules électriques et les équipements aérospatiaux).

· PCB à base métallique (à base d'aluminium/à base de cuivre)

Le matériau de base est une plaque métallique (aluminium/cuivre) + une couche isolante + une feuille de cuivre. Ses performances de dissipation thermique dépassent largement celles des circuits imprimés FR-4 ordinaires, et il est également appelé "circuit imprimé à dissipation thermique". Il est utilisé dans l'éclairage LED, les amplificateurs et les onduleurs de commande industriels.

Classé selon l'épaisseur du cuivre/caractéristiques de performance

· Circuit imprimé à épaisseur standard de cuivre

L'épaisseur de la feuille de cuivre est ≤1 oz (35 μm), adaptée aux circuits conventionnels à faible courant (électronique grand public, modules basse puissance).

· Circuit imprimé en cuivre épais (heavy copper)

L'épaisseur de la feuille de cuivre est ≥2 oz (70 μm), offrant une forte capacité de conduction du courant et une bonne dissipation thermique. Il est utilisé dans les équipements haute puissance (modules d'alimentation, systèmes de contrôle électronique pour véhicules électriques).

· Circuit imprimé haute fréquence

Le matériau de base est du polytétrafluoréthylène (PTFE) ou des matériaux Rogers, possédant une constante diélectrique stable et des pertes de signal faibles. Il convient aux communications 5G, aux radars et aux équipements radiofréquences.

Classé selon le procédé de traitement de surface

· Carte PCB avec pulvérisation d'étain

La surface est recouverte d'une couche d'étain, offrant une bonne soudabilité et un coût faible, ce qui la rend adaptée aux équipements conventionnels.

· Carte PCB dorée

La surface est constituée d'une couche de nickel-or, résistante à l'oxydation et présentant une faible résistance de contact. Elle convient aux connecteurs de haute précision et aux cartes clés (comme les cartes mères de téléphones portables et les équipements médicaux).

· Carte PCB OSP

La surface est recouverte d'un film protecteur organique, écologique et à coût modéré. Elle est largement utilisée dans la technologie de montage en surface SMT pour l'électronique grand public.

La différence principale par rapport au PCB flexible

Les cartes rigides, grâce à leur forme stable, leur haute résistance mécanique et leur technologie mature, sont largement utilisées dans divers appareils ayant des exigences en matière de stabilité du circuit et de fixation lors de l'installation.

Dans le domaine de l'électronique grand public

Elle est utilisée pour les cartes mères/cartes graphiques d'ordinateurs, les cartes mères de téléphones mobiles, les cartes d'alimentation de téléviseurs, les cartes de routeurs/box TV et les cartes de contrôle de machines à laver/réfrigérateurs, etc. Grâce au faible coût et à la maturité du procédé du substrat FR-4, elle convient aux circuits de puissance moyenne et faible et répond aux exigences de stabilité des produits grand public.

Domaine de la commande industrielle :

Elle s'applique aux modules API, aux cartes mères d'ordinateurs industriels, aux cartes de variateurs de fréquence, aux cartes de contrôle de servomoteurs et aux cartes de signal des capteurs. Dotée de caractéristiques anti-vibrations et d'une bonne résistance thermique, la conception multicouche permet une intégration de circuits complexes et convient aux conditions de travail industrielles difficiles.

Dans le domaine de l'électronique automobile

Elle est compatible avec les unités de contrôle moteur (ECU), les cartes de commande centrales embarquées, les cartes mères des bornes de recharge, les cartes de contrôle du système de gestion de batterie (BMS) et les cartes de pilotage des feux véhicules. Elle se distingue par une grande fiabilité (résistance aux hautes et basses températures ainsi qu'aux chocs), et le type à cuivre épais peut supporter de fortes intensités, répondant ainsi aux normes de sécurité embarquées.

Domaine des équipements médicaux :

Elle est utilisée pour les cartes de contrôle des machines IRM/de résonance magnétique nucléaire, les cartes de circuits des moniteurs, les modules d'alimentation médicaux et les cartes mères des glucomètres. Elle offre une excellente isolation et une transmission de signal stable, répondant aux exigences strictes de sécurité et de fiabilité de l'industrie médicale.

Domaine aérospatial

Des PCBS rigides haut de gamme en céramique ou sur substrats hautes fréquences sont utilisés sur les cartes mères d'équipements satellites, les cartes de contrôle radar aéroportées, les cartes de distribution d'énergie des fusées et les cartes de contrôle de vol des véhicules aériens sans pilote. Ils peuvent résister à des environnements extrêmes tels que les températures élevées et basses ainsi qu'au rayonnement, et possèdent une excellente résistance mécanique.

Domaine des équipements pour nouvelles énergies

Les cartes rigides à couches de cuivre épaisses sont utilisées dans les onduleurs photovoltaïques, les cartes de contrôle de batteries de stockage d'énergie et les cartes principales des convertisseurs éoliens. Elles disposent d'une forte capacité de conduction électrique et d'une bonne dissipation thermique, et sont adaptées aux exigences de transmission et de conversion d'énergie à haute puissance.

Domaine des équipements de communication :

Les cartes rigides hautes fréquences fabriquées à partir de substrats PTFE ou Rogers sont utilisées dans les cartes RF des stations de base 5G, les cartes mères des commutateurs et les cartes de modules optiques. Elles présentent une faible perte de signal et permettent la transmission rapide de données.