Qu’est-ce qu’un circuit imprimé rigide ?
Un circuit imprimé (PCB) rigide est un type de circuit imprimé dont le câblage se trouve uniquement à la surface ou à l’intérieur d’un matériau isolant.
C’est le composant de base sur lequel les composants électroniques sont montés pour produire des circuits électroniques. Les circuits imprimés comprennent des circuits rigides fabriqués à partir de matériaux rigides inflexibles et des circuits souples fabriqués à partir de matériaux minces et flexibles.
Il existe différents types de substrats rigides, notamment les substrats à simple face avec des substrats sur une seule face, les substrats à double face avec des substrats sur les deux faces, les cartes multicouches traversantes avec plusieurs couches de substrats empilées les unes sur les autres, et les substrats build-up qui permettent un câblage à haute densité.
Composition des circuits imprimés (PCB) rigides
Les circuits imprimés (PCB) rigides sont fabriqués à partir de matériaux rigides et sont donc résistants. Ils présentent également d’excellentes caractéristiques électriques et l’utilisation de cartes double face ou multicouches permet d’intégrer et de monter un grand nombre de composants dans une petite surface de montage.
Ces caractéristiques sont utilisées dans un grand nombre de domaines de l’équipement électronique et des produits électroniques, notamment l’équipement médical, les automobiles, les avions, les navires, l’équipement industriel, les ordinateurs personnels, l’électronique grand public, l’équipement bureautique, l’équipement informatique, les cartes à circuits intégrés, les appareils photo numériques et les cartes mères.
Principe des circuits imprimés rigides
Un circuit imprimé rigide est constitué d’un substrat (toile de verre ou papier) imprégné de résine (époxy, phénol, téflon, BT), etc. et d’un pré-imprégné fini à l’état semi-cuit, sur lequel une feuille de cuivre est laminée à l’aide d’une presse à haute température et à haute pression. Les circuits imprimés sont fabriqués à partir de stratifiés recouverts de cuivre (CCL : Copper Clad Laminate), dans lesquels le motif du circuit est formé à l’aide d’une feuille de cuivre et d’une encre destinée à protéger la surface du circuit (encre de résistance à la soudure).
Types de circuits imprimés rigides
1. Classification par spécification
Carte multicouche à trous traversants
Il s’agit d’un substrat rigide qui répond au problème d’un grand nombre de composants à monter et d’une surface insuffisante sur le substrat lui-même en ajoutant plusieurs couches. Il se compose de couches d’isolation et de conducteurs qui se chevauchent, et les connexions des conducteurs sont réalisées au moyen de trous de passage percés à travers les couches.
Le nombre de composants pouvant être montés augmentant, il est possible d’obtenir une densité élevée et ces cartes sont utilisées dans les équipements électroniques multifonctionnels.
Carte à assembler
Comme les cartes multicouches à trous traversants, il s’agit de cartes multicouches composées d’une couche isolante et d’une couche conductrice. La différence réside dans le fait que les trous traversants ne sont pas percés mais réalisés à l’aide d’un laser. Les trous percés ont des limites de taille et il est difficile de réduire leur diamètre.
De plus, comme les trous sont percés uniformément, il n’y a pas beaucoup de flexibilité dans les réglages du câblage. Ce substrat résout ce problème en utilisant un laser pour pénétrer uniquement aux points clés.
Cartes multicouches IVH
Il s’agit d’une carte multicouche avec des vias reliant les couches en plus des trous de passage. Il comporte des vias aveugles qui relient les couches internes et externes et des vias qui relient les couches internes entre elles.
2. Classification par matériau
Les types de circuits imprimés comprennent le papier phénolique, le papier époxy, le verre composite, le verre époxy, le silicium et les substrats BT, en fonction du matériau de base et de la résine qui composent le stratifié recouvert de cuivre. Les substrats rigides comprennent également les substrats à base de métal et les substrats céramiques, qui sont composés uniquement d’aluminium et de céramique sans résine.
La résistance à la flamme et à la chaleur des circuits imprimés est généralement classée selon la norme FR (Flame Retardant) établie par la NEMA (National Electrical Manufacturers Association, États-Unis).
Supports en papier phénolique
Les substrats phénoliques en papier sont les plus anciens substrats utilisés et sont fabriqués en imprégnant du papier avec une résine phénolique thermodurcissable appelée Bakélite. Ils sont peu coûteux, mais leurs inconvénients sont une faible résistance à la chaleur de soudure et un retardement de la flamme, ainsi qu’une susceptibilité à l’absorption d’eau, qui rend le placage difficile.
En fonction de ses propriétés d’isolation, il est classé en FR-1, dont les propriétés d’isolation sont faibles, et FR-2, dont les propriétés d’isolation sont élevées. Lorsque l’on utilise le traitement des trous de passage, on peut verser de la pâte d’argent dans les trous de passage afin d’assurer la continuité entre les faces avant et arrière.
Substrats en papier époxy
Les substrats en papier époxy sont fabriqués en imprégnant du papier de résine époxy thermodurcissable et sont classés FR-3. Par rapport aux substrats en papier phénolique, ils sont moins sujets à l’absorption d’eau et présentent une résistance à la chaleur de soudure et des propriétés électriques supérieures.
Substrats en verre époxy
Les substrats en verre époxy, le type de circuit imprimé le plus utilisé, sont fabriqués en imprégnant de la résine époxy dans un tissu de verre fabriqué à partir de fibres de verre tissées afin d’améliorer la résistance aux flammes.
Le type à résistance générale à la chaleur est classé FR-4 et le type à résistance élevée à la chaleur est classé FR-5. Il présente une résistance chimique élevée et le traitement des trous traversants peut être utilisé pour former des circuits sur les faces avant et arrière.
Substrats en verre composite
Les substrats en verre composite sont constitués d’une combinaison de tissu non tissé en fibres de verre pressées et de tissu de verre imprégné d’époxy. Ils ne font pas partie de la classification FR et sont souvent utilisés comme alternative moins coûteuse aux substrats en verre époxy.
Supports à base de métal
Les substrats à base de métal sont constitués d’un métal de base à haute conductivité thermique, tel que le cuivre ou l’aluminium, revêtu d’une résine époxy, etc., puis laminé avec une feuille de cuivre par pressage, dans le but de dissiper la chaleur sur le substrat. Plus le métal de base est épais, meilleure est la dissipation de la chaleur, mais plus le coût est élevé.
Substrats en céramique
Les substrats en céramique, comme les substrats à base de métal, sont conçus pour dissiper la chaleur. La base est constituée de silice ou de nitrure de silicium. Par rapport aux substrats à base de métal, ils ont un coefficient de dilatation thermique supérieur.