L'importance de la sélection du substrat PCB dans la conception de produits électroniques

2022-09-26


  De nombreuses caractéristiques des PCB sont déterminées par le substrat. Un mauvais choix de substrat n’affectera pas seulement certaines propriétés des produits. Tels que la résistance thermique, la température de fonctionnement du produit, la résistance d'isolation, la perte diélectrique, etc. Cela peut même affecter le coût du processus de fabrication. Par conséquent, comprendre les caractéristiques du substrat de PCB, sélectionner le substrat et sélectionner raisonnablement le substrat est l'un des contenus importants de la conception de PCB.


  Cependant, de nombreux concepteurs de PCB sont spécialisés dans la conception de circuits. Certains concepteurs de PCB pensent que la sélection du substrat est une question de processus de fabrication de PCB, ignorant le point important selon lequel les spécifications de conception doivent être sélectionnées en fonction de l'environnement du processus d'assemblage du produit. En conséquence, les produits conçus ne peuvent pas répondre aux exigences des processus de production de masse. Le personnel de traitement de l'usine a parfois une connaissance insuffisante des matériaux PCB, ce qui entraîne une mauvaise sélection des procédés de soudage correspondants dans la production, entraînant la mise au rebut de grandes quantités de produits ou d'importants problèmes de qualité de soudage.


  Cet article analyse brièvement les caractéristiques du substrat PCB utilisé dans l'industrie générale des produits électroniques civils et son applicabilité à différents processus de production en citant les problèmes rencontrés dans les projets de conception réels.


  Grâce à une meilleure compréhension du processus de production, nous savons que, comme cette carte est un panneau unique et qu'elle répond aux exigences d'assemblage des plug-ins et des dispositifs à montage en surface, l'usine a mis en œuvre le processus consistant à utiliser d'abord la soudure par refusion pour souder les dispositifs à montage en surface, et puis en utilisant la soudure à la vague. La température réglée du brasage par refusion est requise pour répondre aux exigences du processus de brasage sans plomb, et la température moyenne maximale de soudage peut atteindre 239 ℃. La configuration de son processus technologique répond pleinement à la norme technologique du brasage sans plomb, mais ignore le facteur le plus important, à savoir le problème du matériau des PCB. Grâce à un examen attentif des documents de conception des PCB, nous avons appris que les concepteurs ont choisi le matériau FR-1 avec un coût relatif, considérant que les performances électriques que ce circuit imprimé doit atteindre sont relativement simples au début de la conception. Et FR1. Il est incapable de résister à une température élevée de 217 ℃ et plus dans la zone de refusion du processus de brasage par refusion sans plomb pendant 60 à 80 secondes. De plus, le matériau lui-même absorbe facilement l'humidité, c'est pourquoi le phénomène du pop-corn se produit. Après avoir déterminé la cause du problème, Zhoumen a ajusté le processus de production pour : distribution sur un seul côté, durcissement, brasage à la vague pour terminer le soudage de tous les appareils, le durcissement de la colle rouge étant obtenu par le processus de 120 degrés et 120 secondes. Le phénomène du pop-corn ne s'est pas reproduit après un essai de production


  De manière générale, Feuille FR4 est un matériau largement utilisé dans la plupart des produits électroniques grand public et est également connu de la plupart des concepteurs et des techniciens d'usine. Ensuite, nous présenterons un par un les types, les propriétés et les processus applicables des substrats de circuits imprimés couramment rencontrés par Zhoumen.


feuille fr4


  Il existe de nombreux types de substrats utilisés pour les PCB, et le CCL (cuivre plaqué laminé) est le principal matériau pour la fabrication des PCB. Selon les types de matériaux de renforcement utilisés, ils sont principalement divisés en quatre catégories : à base de papier, à base de tissu en fibre de verre, à base de composite et à base de métal. Dans nos produits électroniques quotidiens, les produits à base de papier et de tissu de verre sont les plus couramment utilisés.


  Le substrat en papier est une sorte de stratifié recouvert de cuivre renforcé de papier fibreux imprégné de résine phénolique ou époxy. Dans le CCL papier, les grades courants sont XPC, XXXPC, FR1, FR2, FR3, etc.


  En raison du relâchement du papier, il ne peut percer que des trous et non percer des trous lors du traitement. De plus, il a une absorption d'eau élevée, de sorte que le substrat papier général ne convient que pour la fabrication d'un seul panneau. En raison du coefficient de dilatation thermique élevé dans la direction z du substrat à base de papier, le changement de température entraînera la fracture des trous métallisés et des joints de soudure. Il n'est généralement pas recommandé d'utiliser un trou traversant métallisé lors de la sélection d'un tel matériau de base pour la conception


  En général, les principaux inconvénients des matériaux à base de papier sont leur faible résistance physique, leur faible résistance aux chocs, leur mauvaise stabilité dimensionnelle, leurs propriétés diélectriques instables et leur facilité d'endommagement. Ses avantages sont son usinabilité par poinçonnage, son faible coût et ses performances électriques peuvent répondre aux exigences de conception des produits électroniques généraux non exigeants. Parmi eux, la capacité de traitement du poinçonnage rend plus importante l'économie de traitement des produits à base de papier produits par lots.


  En termes de résistance thermique, la résistance thermique de toutes les surfaces soudées par immersion de matériaux à base de papier d'une épaisseur supérieure à 1.6 μm doit répondre à l'exigence de processus d'absence d'anomalie pendant 5 s à 260 ℃, et la résistance thermique dans l'air doit répondre au test état sans délaminage des bulles à 120 ℃ pendant 30 minutes. Sur la base des caractéristiques ci-dessus, de tels substrats peuvent généralement répondre aux conditions de soudage de brasage à la vague, de distribution et de durcissement. En raison de la température élevée et de la durée du brasage par refusion sans plomb, ces substrats ne conviennent généralement pas au brasage par refusion.


  Le CCL à base de tissu de verre est un stratifié recouvert de cuivre renforcé d'un tissu de fibre de verre imprégné de résine. Les qualités standards courantes sont G10, G11, FR4 et FR5. Le standard Panneau de fibres de verre époxy FR4 (Époxy FR4/fibre de verre E) est utilisé depuis de nombreuses années et s'est avéré être le matériau le plus performant largement utilisé dans l'industrie des circuits imprimés. Pour certains produits dans le domaine des hautes fréquences, lorsque le tissu en fibre de verre époxy FR4 ordinaire ne peut plus répondre aux exigences de performance du produit, une résine époxy haute température multifonctionnelle et un tissu de verre polyphtalimide ont été développés et appliqués. D'autres matériaux de résine comprennent la résine de triazine modifiée au bismaléimide (BT), la résine d'éther de diphénylène (PPO), la résine d'anhydride maléique imine styrène (MS), la résine de polycyanate. En termes de matériaux de renforcement tels que la résine polyoléfine, les matériaux répondant à des performances élevées comprennent la fibre de verre S, D fibre de verre, etc.


  Pour les produits électroniques généraux sans exigences particulières, des matériaux FR4 avec une température de transition vitreuse de 130 à 140 peuvent être utilisés. La constante diélectrique est généralement comprise entre 4.5 et 5.4. Pour les substrats rigides, plus la teneur en résine est faible, plus la constante diélectrique est élevée.

Afin de répondre aux exigences de résistance thermique élevée du circuit imprimé, il est nécessaire de sélectionner le matériau en résine époxy de 170 à 180 ℃. Ce type de matériau de base a une meilleure stabilité dimensionnelle, il est donc principalement utilisé dans les BGA, TAB et les conceptions qui nécessitent plusieurs soudages à haute température lors de l'assemblage, tels que le montage en surface double face.


  En général, rigide Feuille de fibre de verre époxy FR4 a une résistance mécanique élevée, une excellente aptitude au traitement et une excellente perçabilité, ainsi que sa bonne stabilité dimensionnelle, sa faible absorption d'eau et son bon caractère ignifuge, ce qui en fait le substrat PCB le plus largement utilisé. Ce matériau a un rapport coût/performance élevé. Parce qu'il est utilisé depuis longtemps dans l'industrie, son processus de traitement a été considéré comme le processus standard dans l'industrie des circuits imprimés.


  En termes de résistance à la chaleur, sa résistance au soudage par immersion à 260 ° est maintenue à plus de 120 secondes, et ce type de matériau de base peut généralement répondre aux exigences du processus de soudage par refusion, de soudage par refusion double face, de brasage à la vague et de durcissement des adhésifs.


  En résumé, différents substrats ont des propriétés et des paramètres différents et s'adaptent à différents environnements de processus. En plus de respecter les performances électriques, les concepteurs doivent également adopter différentes spécifications de conception en fonction du processus de traitement et d'assemblage des PCB afin de s'adapter aux différentes exigences en matière de production et d'assemblage de PCB. Dans le même temps, le personnel de processus en charge de l'assemblage doit également bien comprendre les exigences de performance et d'assemblage des matériaux PCB lors de la formulation des documents de processus, afin de garantir la production de produits qualifiés répondant aux exigences de performances de conception et aux exigences de qualité.


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