Le préimprégné, abréviation de fibres composites préimprégnées, est un matériau essentiel dans la fabrication de carte de circuit imprimé multicouches. Cependant, il est souvent négligé par rapport à des éléments plus visibles. Composants PCB Comme les pistes de cuivre et le masque de soudure, cet article lève le voile sur cet élément essentiel de la construction de circuits imprimés multicouches. Nous explorerons ce qu'est le préimprégné, son mode de fabrication, ses principales propriétés, les types courants, les considérations d'épaisseur, et bien plus encore. Poursuivez votre lecture pour mieux comprendre le préimprégné pour circuits imprimés !
Qu'est-ce que le préimprégné dans les PCB ?
Le préimprégné est constitué d'un fin tissu de fibre de verre préimprégné d'une résine époxy spécialement formulée. La résine est partiellement polymérisée pour former une feuille solide et collante, appelée préimprégné de stade B. Cela permet à la résine de couler et de se lier lors de la stratification, sans être complètement polymérisée et solide. Les feuilles de préimprégné sont empilées en alternance avec des couches de feuilles de cuivre. La stratification multicouche est réalisée sous chaleur et pression, ce qui permet à la résine de couler et de lier les couches pour former une carte laminée solide. Le préimprégné offre d'excellentes propriétés diélectriques et une excellente adhérence entre les couches du circuit. De plus, grâce à son épaisseur précise, il permet de réaliser des circuits imprimés avec des distances diélectriques parfaitement contrôlées.
Comment sont fabriqués les préimprégnés ?
- Sélection et préparation du matériau de renfort : Le renfort est généralement un mat ou un tissu en fibre de verre tissée. Il doit être nettoyé et préparé pour assurer une bonne adhérence et une bonne imprégnation de résine.
- Mélange du système de résine : Le système de résine est généralement composé d'une résine époxy, d'agents de durcissement, de catalyseurs, de retardateurs de flamme et d'autres additifs. Ces composants sont dosés et soigneusement mélangés.
- Imprégnation du renfort : Le mélange de résine est utilisé pour imprégner le renfort en verre tissé, généralement par trempage du tissu dans la résine ou par un procédé tel que l'enduction thermofusible. Cela permet à la résine de pénétrer complètement le tissage.
- Durcissement partiel : Le matériau imprégné subit ensuite une étape de durcissement partiel, souvent à chaud. Cette étape permet à la résine de se développer en phase B, c'est-à-dire qu'elle n'est pas complètement durcie, mais qu'elle est à l'état solide et collant.
- Traitement : Le préimprégné peut subir des traitements supplémentaires tels que le pressage pour obtenir une épaisseur uniforme ou l'ajout de films protecteurs.
- Emballage : Le préimprégné est généralement déposé entre des films ou des papiers antiadhésifs, et peut être découpé en feuilles ou en rouleaux. Cela protège le matériau et facilite sa manipulation.
- Stockage : Les préimprégnés sont stockés congelés ou réfrigérés pour éviter un durcissement supplémentaire avant utilisation. Fabrication de PCBCela permet de maintenir leur durée de conservation.
- Utilisation : Lorsqu'elles sont prêtes pour la fabrication de circuits imprimés, les couches préimprégnées sont décongelées, laminées avec des feuilles de cuivre et entièrement durcies sous chaleur et pression.
Propriétés de matériaux préimprégnés pour PCB
Les matériaux préimprégnés ont plusieurs propriétés qui déterminent leurs performances et leur applicabilité :
Système de résine – La formulation époxy détermine des caractéristiques clés telles que la température de transition vitreuse (Tg) de la résine, la constante/les pertes diélectriques, la stabilité thermique, l'absorption d'humidité et le coefficient de dilatation thermique selon l'axe Z. Parmi les systèmes courants, on trouve le FR-4, les résines à haute Tg et les résines sans halogène.
Tissage en fibre de verre – Les styles de verre standard 106 et 7628 offrent le meilleur équilibre de propriétés. Des tissages plus serrés améliorent les performances de poinçonnage, mais réduisent la charge de résine.
Teneur en résine – Généralement comprise entre 45 et 55 %. Une teneur en résine plus élevée améliore le remplissage et augmente la constante diélectrique. Une teneur plus faible facilite le poinçonnage.
Taille et charge des particules de charge – Les charges comme la silice réduisent le CTE, mais augmentent la constante diélectrique et les pertes. Les particules plus grosses améliorent le flux de laminage, tandis que les particules plus petites réduisent les retombées de charge.
Drapé et adhérence – Propriétés contrôlables qui déterminent la manipulation du préimprégné et l’enregistrement couche par couche.
Flux/Remplissage – La viscosité de la masse fondue pendant la stratification a un impact sur les performances de remplissage, en particulier dans les détails fins.
Types de préimprégnés PCB
Préimprégné FR4
Le FR-4 est le matériau préimprégné standard et polyvalent utilisé pour la fabrication de la plupart des circuits imprimés. Il utilise une résine époxy bromée renforcée de fibre de verre tissée, offrant un bon compromis entre facilité de mise en œuvre, stabilité dimensionnelle, performances thermiques, propriétés diélectriques et coût. La température de transition vitreuse du préimprégné FR-4 est généralement comprise entre 130 et 140 °C.
Préimprégné à haute Tg
Les préimprégnés à haute température de transition vitreuse (Tg) utilisent des systèmes de résines époxy spécifiques pour atteindre des températures de transition vitreuse de 170 °C ou plus, répondant ainsi aux exigences des circuits imprimés haute fiabilité utilisés dans l'aérospatiale, la défense et d'autres environnements extrêmes. Ces résines, très stables thermiquement, résistent au soudage, au recuit et à d'autres procédés jusqu'à 230-290 °C. Les préimprégnés à haute température de transition vitreuse (Tg) offrent des performances thermiques et mécaniques améliorées, mais à un coût plus élevé que le FR-4 standard.
Préimprégné sans halogène
Les préimprégnés sans halogène utilisent des systèmes de résine exempts de brome ou d'autres halogènes susceptibles de générer des sous-produits dangereux lors de leur combustion. Parmi les résines sans halogène les plus courantes, on trouve l'époxy bismaléimide triazine (BT), l'ester cyanate et l'époxy modifié. Les préimprégnés sans halogène offrent des avantages environnementaux, mais sont également plus coûteux et plus complexes à mettre en œuvre que le FR-4 standard.
Préimprégné à grande vitesse
Le préimprégné haute vitesse utilise des systèmes de résines techniques pour obtenir des propriétés diélectriques stables et de faibles pertes diélectriques, garantissant des performances haute fréquence fiables. Les systèmes de résines courants incluent des mélanges de polyphénylène éther (PPE) et des fluoropolymères, dont les constantes diélectriques sont inférieures à 3.5. Le préimprégné haute vitesse permet la conception de circuits imprimés pour les applications RF, micro-ondes, haut débit et autres applications exigeantes.
Comment choisir le bon PCB Matériau préimprégné?
Avec autant d’options de préimprégnés, il est essentiel de faire correspondre les propriétés du matériau aux exigences de l’application :
Intégrité du signal – Les préimprégnés à faible constante diélectrique (Dk) et à faible facteur de dissipation (Df) permettent d'obtenir des signaux à plus haut débit avec une perte et une dispersion réduites. Assurez-vous tolérance d'impédance est conforme aux spécifications.
Gestion thermique – Si une stabilité thermique élevée est requise, choisissez un préimprégné avec un système de résine à Tg élevé. Cela permet un assemblage sans plomb et une fiabilité optimale sous des variations de température.
Environnement – Les préimprégnés sans halogène empêchent les émissions de substances dangereuses comme les dioxines lors de la combustion, mais coûtent plus cher que le FR-4 standard.
Empilement – Un préimprégné plus fin permet des tracés verticaux et des vias plus serrés. Le verre 106 standard est efficace, tandis que les tissages 7628 plus serrés permettent de réaliser des géométries très fines.
CTE – L'ajout de couches supplémentaires sollicite les trous métallisés. Un préimprégné à CTE plus faible contribue donc à prévenir les fissures en tonneau. Ceci compense une augmentation de la constante diélectrique.
Coût – Alors que d’autres préimprégnés offrent des performances optimales, le FR-4 standard sera tout à fait adéquat pour de nombreuses applications à un coût inférieur.
Épaisseur du préimprégné PCB et son impact
L'épaisseur des préimprégnés varie généralement de 0.002 pouce (2 mils) à 0.025 pouce (25 mils). La tendance est à l'amincissement des matériaux pour permettre des lignes et des espaces plus fins, des vias plus petits et un contrôle plus strict de l'impédance. Voici quelques impacts clés de l'épaisseur des préimprégnés :
Des diélectriques plus minces permettent des géométries de routage plus serrées. Le préimprégné de 0.002" permet une ligne/espace 2/2 contre 4/4 avec un matériau de 0.004".
Des diélectriques plus minces réduisent la perte de signal, mais la fiabilité des microvias peut devenir problématique en dessous de 0.003″.
Les préimprégnés standard de 0.014" à 0.020" fonctionnent bien pour un contrôle d'impédance large et une isolation haute tension.
Les préimprégnés plus épais (plus de 0.020 po) offrent une tension de claquage supérieure grâce à des écarts plus larges. Ils permettent d'économiser les couches intermédiaires plus coûteuses.
En résumé, l'épaisseur du préimprégné impose des compromis entre coût, géométries de conception et performances électriques. Comme toujours, choisissez l'épaisseur de préimprégné adaptée à chaque application plutôt que de la choisir arbitrairement.
Conclusion
Les matériaux préimprégnés sont une partie complexe mais essentielle de la Conception de PCB et le processus de fabrication. Comme nous l'avons vu, des facteurs tels que le type de résine, le type de fibre de verre, les retardateurs de flamme, etc., contribuent aux propriétés électriques, mécaniques et thermiques du préimprégné. Bien qu'il puisse sembler noir et opaque, le choix judicieux du préimprégné permet aux ingénieurs d'optimiser les empilements de circuits imprimés pour des performances optimales.
La variété des types de préimprégnés disponibles est vaste ; la collaboration avec des partenaires de fabrication expérimentés est donc précieuse. MOKO Technology possède l'expertise nécessaire pour guider ses clients dans le choix du préimprégné adapté à leurs besoins et optimiser leurs empilements. Contactez-nous pour exploiter davantage de connaissances sur les préimprégnés.
