Le matériau diélectrique pour circuits imprimés (PCB) est un matériau non conducteur par nature. Il joue un rôle essentiel dans la fabrication des cartes de circuits imprimés. Ces matériaux agissent à la fois comme isolants et comme barrières entre les couches conductrices, évitant les connexions directes et garantissant la clarté des signaux. Avec l'augmentation du niveau d'intégration, le choix du matériau diélectrique utilisé dans les circuits imprimés est crucial pour obtenir des performances satisfaisantes dans les applications critiques. Dans cet article, nous aborderons quatre matériaux diélectriques couramment utilisés pour les PCB et vous donnerons quelques conseils pour choisir le meilleur. Commençons par leur définition.
Que sont les matériaux diélectriques ?
Les diélectriques sont des matériaux dépourvus de conductivité, capables de retenir les charges électriques et d'empêcher leur passage. Deux propriétés les distinguent : la constante diélectrique, qui indique leur capacité à stocker et à transférer l'énergie électrique. facteur de dissipation, qui mesure la faible capacité des matériaux à stocker l'énergie électrique. Un matériau diélectrique est utilisé dans les circuits imprimés entre les pistes conductrices et à des endroits précis pour l'isolation électrique, afin d'éviter tout court-circuit ou interférence de signal. Les matériaux diélectriques utilisés dans la carte assurent la capacité de la carte, essentielle dans les circuits haute fréquence et à haut débit. Leurs valeurs influencent les performances électriques, thermiques et mécaniques du circuit imprimé, notamment la constante diélectrique, la conductivité thermique et la résistance mécanique du matériau.
Types de matériaux diélectriques pour PCB
FR-4 (ignifuge 4)
Le FR-4 (Flame Retardant 4) est l'un des matériaux diélectriques les plus populaires pour la fabrication de circuits imprimés. Il s'agit d'un matériau composite FC composé de fibres de verre renforcées et d'un liant époxy. Doté d'une bonne résistivité électrique, de bonnes propriétés mécaniques et d'une bonne résistance au feu, le FR-4 peut être utilisé dans de nombreuses applications. Cependant, son application est quelque peu limitée dans les systèmes haute fréquence et haut débit en raison de sa constante diélectrique relativement élevée.
Pour en savoir plus: Un guide complet sur la conductivité thermique du FR4
CEM-1, CEM-2 et CEM-3
CEM-1, CEM-2 et CEM-3 sont des matériaux diélectriques composites chargés de céramique, largement utilisés dans les applications haute fréquence et PCB haute vitesseCes matériaux présentent une constante diélectrique et un facteur de dissipation inférieurs à ceux du FR-4, ce qui réduit les pertes et la dégradation du signal. Ils présentent également d'excellents coefficients thermiques, facilitant la gestion de la chaleur générée au sein du système. Cependant, ces matériaux sont généralement coûteux et nécessitent des procédés de fabrication spécifiques.
Polytétrafluoroéthylène (PTFE)
Le polytétrafluoroéthylène (PTFE) est un fluoropolymère possédant des propriétés électriques telles que la constante diélectrique et le facteur de dissipation. Les matériaux diélectriques à base de PTFE sont idéaux pour les circuits haute fréquence, la transmission de signaux micro-ondes et les circuits destinés à être utilisés dans des environnements chimiquement agressifs et à haute température. Cependant, leur coût peut être plus élevé et leurs caractéristiques mécaniques peuvent être très restrictives par rapport aux autres matériaux.
Polyimide
Le polyimide est un matériau diélectrique pour circuits imprimés (PCB) pouvant être utilisé dans des applications à haute température de fonctionnement grâce à sa stabilité thermique, sa faible capacité d'absorption d'humidité et sa bonne valeur diélectrique. Ce type de matériau est couramment utilisé dans circuits flexibles et rigides-flexibles et dans les circuits devant être utilisés à des températures élevées ou exposés à des agents chimiques agressifs. Cependant, leur coût peut être plus élevé et leur mise en œuvre parfois plus complexe.
Propriétés à prendre en compte lors de la sélection des matériaux diélectriques pour PCB
Lors du choix des matériaux diélectriques pour les circuits imprimés, il est essentiel de prendre en compte les 4 propriétés clés ci-dessous :
Propriétés électriques
- Constante diélectrique (DK)
Cela indique la quantité d'énergie électrique que le matériau peut contenir en fonction de sa constante diélectrique. Cette propriété influence la vitesse des signaux ainsi que l'impédance ; de faibles valeurs de DK sont donc souhaitables pour les applications à grande vitesse.
- Facteur de dissipation (DF)
Le facteur de dissipation détermine les pertes diélectriques, et les valeurs caractérisées par des valeurs DF plus faibles sont adaptées à une utilisation à haute fréquence. Il affecte l'atténuation du signal et les performances.
- Force électrique
La rigidité diélectrique désigne l'intensité des contraintes électriques qu'un matériau est capable de supporter avant de se rompre. Elle est essentielle pour les applications haute tension, car elle garantit fiabilité et sécurité.
Propriétés thermiques
- Température de transition vitreuse (Tg)
Il s'agit de la température à laquelle un polymère passe d'un état dur et vitreux à un état mou et caoutchouteux. Pour les applications mécaniques, notamment celles fonctionnant à haute température, on a tendance à utiliser des matériaux à Tg élevée.
- Coefficient de Dilatation Thermique (CTE)
Le CTE définit l'ampleur de la dilatation ou du retrait du matériau sous l'effet des variations de température. Il est également important d'essayer d'obtenir un CTE des matériaux diélectriques équivalent à celui du cuivre afin de minimiser les contraintes mécaniques et les défaillances en cas d'utilisation continue ou de cycles thermiques.
- Conductivité thermique
La conductivité thermique mesure l'efficacité avec laquelle un matériau transfère les flux thermiques des zones à haute température vers les zones à basse température. Ainsi, une conductivité thermique accrue simplifie la dissipation thermique, particulièrement importante pour les circuits électroniques.
Propriétés chimiques
- Absorption d'humidité
L'absorption d'humidité désigne la quantité d'eau qu'un matériau donné est capable d'absorber. Une humidité plus faible est préférable afin de ne pas compromettre les propriétés électriques et les caractéristiques telles que le délaminage.
- Résistance chimique
Cette propriété mesure la capacité du matériau à résister aux effets des fluides ou solvants, des acides et autres produits chimiques. C'est un paramètre important pour déterminer si un PCB peut être utilisé dans des environnements difficiles.
Conclusion
Le choix du matériau diélectrique d'un circuit imprimé est un facteur crucial. Il peut grandement influencer les performances, la fiabilité et l'applicabilité du circuit imprimé. Comme mentionné dans cet article, chaque matériau diélectrique possède des caractéristiques différentes, notamment électriques, thermiques, mécaniques et chimiques. Vous hésitez encore sur le matériau idéal pour votre projet ? Contactez-nous maintenantNos ingénieurs sont toujours disponibles pour vous aider et vous donner les meilleurs conseils pour choisir le bon matériau diélectrique pour carte PCB.
