Circuit imprimé rigide

Matériaux : La version rigide utilise de la fibre de verre, la version flexible du polyimide. Structure : La version rigide ne peut pas se plier, la version flexible est flexible. Applications : La version rigide est conçue pour des assemblages stables, la version flexible pour les espaces réduits.

Monocouche, bicouche, multicouche. Les circuits sont présents sur une seule face des circuits intégrés ; les circuits bicouches sur les deux faces ; les circuits multicouches relient les couches conductrices par des vias (ex. : cartes mères).

Ordinateurs de bureau, téléviseurs, systèmes de contrôle industriel, électronique automobile (ordinateurs de bord), composants aérospatiaux non soumis aux vibrations, etc.

Coût inférieur. Les circuits imprimés rigides bénéficient de procédés éprouvés et de matériaux bon marché ; les circuits imprimés flexibles sont coûteux en raison de la complexité des matériaux et des procédés utilisés.

Substrats FR4 courants : -55 °C à 125 °C en utilisation normale, 260 °C ponctuellement pour le brasage sans plomb. Des matériaux spéciaux peuvent supporter des températures plus élevées.

De quelques cm² (petites cartes de contrôle) à plusieurs m² (grandes cartes mères de serveurs).

Cela dépend de la taille, du nombre de couches et des matériaux. Les cartes multicouches FR4 pèsent environ 1 à 3 kg/m², soit plus que les circuits imprimés flexibles de même surface.

10 à 20 ans et plus dans des environnements normaux ; réduit à quelques années dans des conditions difficiles (température/humidité élevées).

Le FR4 possède un module de flexion d'environ 100 à 200 MPa, bien inférieur à celui des circuits imprimés flexibles. L'augmentation de l'épaisseur améliore la résistance aux contraintes.

FR4 (époxy à base de fibre de verre), résine phénolique, résine époxy ; PTFE pour applications spéciales à haute fréquence.

Bonne isolation électrique, bonnes propriétés mécaniques et stabilité dimensionnelle. Coefficient de dilatation thermique : 13-17 ppm/°C. Procédés éprouvés et peu coûteux.

Faible température de décomposition (120-150°C), sujet au délaminage lors du soudage, mauvaises propriétés électriques/mécaniques, CTE élevé et odorant.

Permet de former des pistes conductrices pour le passage du courant. Épaisseurs courantes : 17 µm (0,5 oz), 35 µm (1 oz), 70 µm (2 oz). Feuilles épaisses pour applications à courant élevé.

Il isole pour éviter les courts-circuits, protège le cuivre de l'oxydation et des dommages physiques, et distingue les zones par couleur (par exemple, vert, bleu).

Imprime des caractères/symboles pour l'identification des composants lors de la production et du débogage. Couleur courante : blanc ; également disponible en gris, rouge, noir, jaune, etc.

FR4 : Faible coût pour une utilisation générale. Matériaux haute fréquence (ex. : PTFE) : Faible perte de signal pour la 5G. Substrats céramiques : Conductivité thermique élevée pour les applications à haute température.

Tenez compte des aspects électriques (haute fréquence/haute tension), mécaniques (vibrations), thermiques et du coût. Utilisez du FR4 pour l'électronique grand public, du PTFE pour les applications haute fréquence et de la céramique pour les applications haute température.

RoHS : limite l’utilisation de substances dangereuses (plomb, mercure, etc.). Sans halogène : Br/Cl

Les matériaux à faible coefficient de dilatation thermique améliorent la stabilité dimensionnelle. La conductivité thermique élevée favorise la dissipation de la chaleur. Les isolants haute performance réduisent les pertes de signal, permettant ainsi la miniaturisation et des performances élevées.

Intégrité du signal (adaptation d'impédance, anti-réflexion/diaphonie), distribution de l'énergie, mise à la terre et capacité de transport de courant.

Réduisez la longueur des pistes de signal et le nombre de vias. Utilisez des paires différentielles pour les signaux à haute vitesse et contrôlez l'impédance. Utilisez des plans de masse et d'alimentation en cuivre massif. Séparez les modules pour éviter les interférences. La largeur des lignes dépend du courant.

Dimensionnement en fonction de l'épaisseur et du courant (les cartes plus épaisses nécessitent des vias plus larges). Minimiser le nombre de vias. Perçage arrière pour les signaux haute vitesse afin d'éliminer les stubs.

Adaptation des impédances de la source, de la ligne de transmission et de la charge pour réduire la réflexion. Ceci est réalisé en contrôlant la largeur de la ligne, l'espacement, l'épaisseur du diélectrique et la permittivité (par exemple, une largeur de 0,33 mm pour une microbande de 50 Ω sur FR4).

Compartimentage des composants ; éloignement des composants sensibles des sources de bruit. Plans de masse/alimentation sur les cartes multicouches pour le blindage. Plans de masse autour des signaux haute fréquence. Condensateurs de découplage ; mise à la terre optimisée.

Partitionnement fonctionnel, séparation des composants thermosensibles, placement rapproché des composants haute fréquence, priorité aux composants de grande taille et garantie d'une installation/maintenance facile.

Plans de masse et d'alimentation adjacents pour réduire l'inductance. Tension via les interconnexions. Cuivre massif pour les plans d'alimentation ; épaississement des pistes à courant élevé.

Passages thermiques et plans de cuivre sous les composants chauds. Substrats à haute conductivité thermique. Conception du flux d'air ; ajouter des dissipateurs thermiques/ventilateurs si nécessaire.

Position des trous : ±0,1 mm. Vias métallisés : ±0,076 mm. Vias non métallisés : ±0,05 mm. Largeur de ligne : ±10 % à ±20 %.

Altium Designer (adapté aux conceptions de petite à moyenne taille), Cadence Allegro (multicouche haute vitesse), Mentor PADS (convivial et efficace).

Panneaux → Perçage → Dépôt de cuivre → Imagerie → Placage → Gravure → Masque de soudure → Sérigraphie → Finition de surface → Profilage.

Problèmes : Parois rugueuses, bavures, forets cassés. Solutions : Remplacer les forets, optimiser la vitesse/l’avance, inspecter les matériaux.

Rôle : Conductiviser les parois des trous pour la connexion des couches. Paramètres : Composition de la solution, température (25-35 °C), pH (11-12), propreté du prétraitement.

Photolithographie : Haute précision pour les écrans HDI, coût élevé et complexe. Sérigraphie : Faible coût/équipement simple, précision moindre.

Le contrôle s'effectue par la densité de courant, le temps de dépôt et la concentration de la solution. Par exemple, 1 oz (35 μm) nécessite 20 à 30 minutes à 2-3 A/dm².

Contrôlez la concentration du réactif de gravure, la température, la durée et la pression de pulvérisation, et entretenez régulièrement l'équipement. Une concentration trop élevée peut entraîner une gravure excessive, tandis qu'une concentration trop faible conduit à une gravure incomplète. Maintenez la température entre 45 et 55 °C, déterminez la durée en fonction de l'épaisseur du circuit imprimé, etc., et assurez-vous d'une pression uniforme pour un contact optimal.

Recouvrir uniformément le circuit sans laisser de zones non imprimées, sans trous d'épingle ni bulles. Épaisseur d'huile sur la surface du cuivre : 10-18 µm, via : 5-8 µm. Respecter un espacement approprié par rapport aux bords du circuit afin d'éviter un recouvrement excessif des pastilles ou les risques de court-circuit.

Les caractères doivent être clairs, complets, avec un bon contraste de couleurs, positionnés avec précision sans bloquer les zones importantes et avoir une forte adhérence (choisir des encres et des procédés de séchage appropriés).

HASL : Faible coût, bonne soudabilité, planéité limitée. ENIG : Surface lisse, bonne soudabilité et résistance à la corrosion, coût élevé. Étamage par immersion : Bonne soudabilité, surface lisse, longue durée de conservation. OSP : Faible coût, procédé simple, faible durée de conservation de la soudabilité.

Découpe mécanique (haute précision, adaptée aux grandes pièces complexes). Poinçonnage (haute productivité, adapté à la production en série). Découpe laser (très haute précision, coût élevé, adaptée aux petites séries). Choisissez en fonction de la forme, de la précision, du volume de production et du coût.

Contrôler les dimensions et l'épaisseur après découpe. Vérifier la position, le diamètre et l'épaisseur des trous après perçage. Tester l'épaisseur et l'uniformité du cuivre après placage. Contrôler l'intégrité du circuit après gravure. Vérifier la qualité d'impression du masque de soudure et des caractères. Tester l'épaisseur et l'adhérence du revêtement après finition de surface. Contrôler la forme et les bords après moulage.

Utilisez des testeurs à sondes volantes ou des équipements ICT. Les testeurs à sondes volantes conviennent aux petits lots/variétés, à la détection des circuits ouverts/courts-circuits, etc. Les équipements ICT sont destinés à la production en série et permettent de tester intégralement les performances électriques grâce à des dispositifs spécifiques.

Détection de la connectivité, des vides et de l'intégrité du cuivre sur les cartes multicouches. Contrôle non destructif des joints de soudure BGA et des défauts internes (corps étrangers, délamination).

Collecte d'images via des caméras optiques et comparaison avec des normes pour détecter les défauts tels que les composants manquants, les désalignements et les courts-circuits. Application en contrôle en temps réel après impression, placement et brasage par refusion pour améliorer l'efficacité et la qualité.

Essai de pliage (observation des fissures à des angles/cycles spécifiés). Essai de chute (simulation des impacts). Essai de vibration (simulation des vibrations pour vérifier la soudure et la structure).

Conformément à la norme IPC-4552, la technologie ENIG convient aux applications haute fréquence et haute fiabilité (Ni : 3-5 µm, Au : 0,05-0,1 µm). La technologie OSP est économique (épaisseur du film : 0,2-0,5 µm, adaptée au stockage de courte durée). La technologie HASL est éprouvée (épaisseur de Sn > 2,5 µm, faible planéité).

Ajuster la concentration de la solution (agent de gravure acide : CuCl₂ 180-220 g/L, HCl 1,0-1,5 mol/L), la température entre 50 et 55 °C. En cas de sous-gravure excessive, réduire la vitesse et augmenter la pression de pulvérisation à 2-3 bar.

Conformément à la norme IPC-6012, les cartes multicouches générales présentent une épaisseur ≤ 75 µm, et les cartes HDI une épaisseur ≤ 50 µm. La précision de positionnement du perçage laser est de ± 25 µm, contrôlée par des machines d'exposition de haute précision.

Matériau FR-4 : résistance longitudinale ≥ 345 MPa, résistance transversale ≥ 276 MPa (ASTM D790). Épaisseur de 1,6 mm : résistance ≥ 300 MPa.

Sectionnement métallographique (IPC-TM-650, trous traversants ≥ 20 µm, vias borgnes/enterrés ≥ 18 µm). Contrôle non destructif par fluorescence X (précision ± 0,5 µm).

Préchauffage : 90-130 °C (60-120 s). Zone de soudage : 240-260 °C (contact 2-4 s). Vitesse de refroidissement : 3-6 °C/s (J-STD-003).

Techniques conventionnelles : 15-30 µm (IPC-6012), zones denses ≥ 20 µm. Sérigraphie : 20-25 µm, photopolymérisation : 15-20 µm.

Plaques conventionnelles : 6/6 mil (0,1524 mm). Plaques LDI + gravure chimique : 3/3 mil (0,0762 mm). Plaques HDI : 1/1 mil (0,0254 mm).

Pour la conductivité, choisir un bouchage à la résine (profondeur ≥ 80 % de la profondeur du passage, erreur de planéité ≤ 10 µm). Pour l'isolation uniquement, choisir un revêtement (largeur de recouvrement ≥ 0,1 mm).

Conformément à la norme IPC-J-STD-033, cuire au four à 125℃ pendant 4 à 8 h (≤1,6 mm : 4 h, ＞1,6 mm : 8 h) pour réduire la teneur en humidité en dessous de 0,1 %.

Une rugosité plus élevée accentue l'effet de peau et l'atténuation du signal. Feuille RTF Ra 10 GHz). Feuille VLP Ra

Ébavurage par brossage (pression 0,3-0,5 MPa, vitesse 2-3 m/min). Micro-attaque chimique (persulfate de sodium 100-150 g/L, 40-50 °C, 1-2 min).

Généralités : asymétrique ±10 %, différentiel ±8 %. Haute vitesse (>1 Gbit/s) : asymétrique ±5 %, différentiel ±3 %, ajusté par la largeur de ligne, l’épaisseur du diélectrique et l’épaisseur du cuivre.

Conformément à la norme UL 796, le matériau FR-4 présente une résistance à la traction ≥ 1 400 V/mm à 25 °C/50 % HR. Une distance de fuite de 1 mm correspond à une tension de 100 à 200 V.

Largeur/espacement minimal des lignes, rapport diamètre du trou/pastille (pastille ≥ trou + 0,4 mm lorsque trou ≥ 0,3 mm), rapport de surface de cuivre (30 % à 70 %), rapport d'aspect du perçage (≤ 8:1), largeur du pont de masque de soudure (≥ 0,1 mm).

Causes : Incompatibilité du coefficient de dilatation thermique, épaisseur irrégulière, courbe de température inadéquate. Solutions : Choisir des matériaux avec un coefficient de dilatation thermique ≤ 15 ppm/°C, contrôler la tolérance d’épaisseur à ± 0,05 mm, optimiser la vitesse de chauffage à ≤ 3 °C/s.

Conformément à la norme IPC-TM-650, ≥10¹⁰Ω après 168 h à 85℃/85 % HR, ≥10¹²Ω pour les applications haut de gamme nécessitant un contrôle de la propreté de la surface.

Vias borgnes : perçage laser/mécanique et métallisation, profondeur ≤ 0,5 mm, pour l’interconnexion de surface. Vias enterrées : perçage mécanique et lamination, nécessitant un alignement, pour les signaux de couche interne afin de réduire les paramètres parasites.

Sonde volante : couverture > 98 %, convient aux petits lots/haute densité, lente (3 à 5 s/point). Semelle à clous : rapide (

Chaque augmentation de 1 oz (35 µm) accroît la conductivité thermique de 38 %. Dans les applications haute puissance, une feuille de 3 oz avec vias thermiques réduit l'élévation de température de 15 à 20 %.

Standard : 0,1 mm. Cartes haute densité avec LDI : 0,075 mm, empêchant les pontages de soudure.

Soudure irrégulière sur les pastilles, soudure des vias insuffisante, surface irrégulière. Contrôler la soudure.