La sélection de la finition et l’optimisation de la conception sont des étapes importantes qui permettent de s’assurer que vos produits fonctionnent correctement avec de bonnes performances. Mais s’agit-il là de la fin du processus? Non, vous devez également vous assurer que le matériau spécifié est disponible dans l’usine et que celle-ci est agréée UL pour prendre en charge ces matériaux.
NCAB sait qu’il existe de nombreuses options dans le domaine des matériaux et grâce à notre savoir-faire technique, nous pouvons vous fournir des recommandations et une assistance en termes de choix et de spécifications de matériaux.
Le matériau rigide
Comment le matériau doit-il être spécifié?
Notre conseil est d’éviter dans la mesure du possible de spécifier une marque ou un type particulier de matériau, car prendre en charge le projet cela limiterait au bout du compte les choix de chaînes d’approvisionnement. La raison à cela est que s’il existe de nombreuses marques connues de matériaux largement utilisés dans notre panelusine. Il arrive parfois que certaines utilisent différentes marques ou choix de matériaux qui répondent aux spécifications requises. La disponibilité et le prix peuvent alors intervenir dans le choix de la marque des matériaux qui seront utilisés.
Cela ne signifie pas du tout que vous puissiez r des marques de matériaux connus. Si vous savez qu’un matériau fonctionne avec votre produit, vous pouvez simplement le référencer avec un commentaire indiquant « ou équivalent ». Les techniciens et les équipes d’approvisionnement de NCAB peuvent vérifier cette information et vous proposer une solution alternative qui satisfera vos besoins fonctionnels sans compromettre les performances du produit.
Tous les grands fabricants de matériaux voient leurs produits classifiés conformément à la norme IPC 4101 (spécification pour les matériaux de base pour les circuits imprimés rigides et multicouches), l’objectif de cette spécification étant d’identifier et de classifier les caractéristiques de performances. Cette approche de classification est idéale car elle définit en détail les caractéristiques du matériau de base. La possibilité pour l’usine de respecter la classification IPC-4101-xxx permet aux fabricants de faire un choix judicieux, afin de s’assurer que les performances ne sont pas inférieures aux attentes.
Pour plus d’informations sur la norme IPC 4101 ou les méthodes de spécification des matériaux, veuillez contacter NCAB Group qui se fera un plaisir de vous aider.
Les facteurs clés dans la spécification des caractéristiques des matériaux
Lorsque les caractéristiques de performances du matériau de base sont étudiées, les propriétés mécaniques (plus particulièrement par rapport à la manière dont le matériau doit se comporter lors des activités de cycle thermique ou de brasage) doivent être prises en compte, ainsi que les propriétés électriques associées au matériau. Elles sont généralement considérées comme les facteurs les plus importants dans le choix de produits standard. Ce commentaire se base sur l’hypothèse que la totalité du matériau pris en compte est à même de respecter l’indice d’inflammabilité UL V-0.
Les principales caractéristiques du matériau sont présentées ci-dessous.
- CTE – Z axis(Co-efficient of thermal expansion): This is a measure of how much the base material will expand when heated. Measured as PPM/degree C (both before and after Tg) and also in % over a temperature range.
- Td (Decomposition temperature): This is the temperature at which material weight changes by 5%. This parameter determines the thermal survivability of the material.
- Tg (Glass transition temperature): The temperature at which the material stops acting like a rigid material and begins to behave like a plastic / softer.
- T260 (Time to delamination): This is the time it take for the base material to delaminate when subjected to a temperature of 260 degrees C.
- T288 (Time to delamination): This is the time it take for the base material to delaminate when subjected to a temperature of 288 degrees C.
- Dk (Dielectric constant): The ratio of the capacitance using that material as a dielectric, compared to a similar capacitor which has a vacuum as its dielectric.
- CTI (Comparative tracking Index): A measure of the electrical breakdown properties of an insulating material. It is used for electrical safety assessment of electrical apparatus. Rating can be seen below.
| Tracking Index (V) | PLC |
|---|---|
| 600 and greater | 0 |
| 400 through 599 | 1 |
| 250 through 399 | 2 |
| 175 through 249 | 3 |
| 100 through 174 | 4 |
| < 100 | 5 |
Le tableau ci-dessous est un extrait de certaines caractéristiques des classifications IPC-4101, qui met en valeur certains détails déjà référencées.
| IPC-4101 | 99 | 101 | 121 | 124 | 126 | 127 | 128 | 129 | 130 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Tg (min) C | 150 | 110 | 110 | 150 | 170 | 110 | 150 | 170 | 170 |
| Td (min) C | 325 | 310 | 310 | 325 | 340 | 310 | 325 | 340 | 340 |
| CTE Z 50-260 C | 3,5% | 4% | 4% | 3,50% | 3% | 4% | 3,50% | 3,50% | 3% |
| T260 (min) minutes | 30 | 30 | 30 | 30 | 30 | 30 | 30 | 30 | 30 |
| T288 (min) minutes | 5 | 5 | 5 | 5 | 15 | 5 | 5 | 15 | 15 |
| Fillers > 5% | Yes | Yes | NA | NA | Yes | Yes | Yes | NA | Yes |
| Dk/Permittivity (max) | 5,4 | 5,4 | 5,4 | 5,4 | 5,4 | 5,4 | 5,4 | 5,4 | 5,4 |
IMS (Insulated Metal Substrate – Substrat métallique isolé)
Les ouvelles opportunités grâce à la technologie IMS
Pour des quantités supérieures de charges énergétiques ou thermiques locales, par exemple, dans les constructions modernes qui comportent des LED à haute intensité, la technologie IMS peut être utilisée. L’acronyme IMS (Insulated Metal Substrate) signifie Substrat métallique isolé. Il s’agit d’un PCB construit sur une plaque métallique (généralement de l’aluminium), sur lequel un pré-imprégné est appliqué, dont les principales qualités sont une excellente aptitude à la dissipation de la chaleur et une grande puissance diélectrique en cas de tensions élevées. Conjointement à EBV et à certaines autres sociétés, NCAB a participé au développement d’un produit de démonstration. L’objectif est d’attirer l’attention du marché sur les opportunités qu’offre l’association de LED à haute intensité à la technologie IMS.
Le composant le plus important (le pré-imprégné thermo-conducteur – est un matériau en céramique ou en bore, conçu spécifiquement pour pouvoir dissiper de grandes quantités de chaleur. Sa conductivité thermique est souvent 8 à 12 fois supérieure à celle d’un FR4.
Les avantages des PCB IMS pour la dissipation thermique
Il est possible de concevoir un PCB IMS avec une résistance thermique très basse. Ainsi, si vous comparez un PCB FR4 1,60 mm à un PCB IMS doté d’un pré-imprégné thermique de 0,15 mm, vous découvrirez que la résistance thermique est plus de 100 fois inférieure à celle d’un PCB FR4. Dans le produit FR4, il devient très difficile de dissiper de plus grandes quantités de chaleur.
NCAB peut proposer une vaste gamme de matériaux à même de satisfaire la quasi-totalité des besoins des clients, qu’il s’agisse d’une marque précise ou d’un équivalent basé sur les caractéristiques matérielles et/ou de classification de la norme IPC-4101. Les matériaux disponibles sont classés en quatre sections – standard (largement disponible), avancé (spécifique à un plus petit nombre d’usines), flexible et IMS.
Une autre solution consiste à associer le matériau FR4 avec des trous d’interconnexion, qui sont remplis de pâte thermo-conductrice, ce qui offre aux PCB des propriétés thermiques supérieures à la normale. Il s’agit souvent d’une solution plus rentable, puisqu’elle s’appuie sur la technologie FR4 traditionnelle.
A PROPOS DE:
Lors de l’examen des caractéristiques de performance de la matière, il convient de tenir compte à la fois des propriétés mécaniques (en particulier en ce qui concerne la façon dont le matériau doit réagir pendant les opérations de cycle thermique / brasage) et des propriétés électriques associées.
Si vous avez des questions spécifiques sur les matières, veuillez contacter votre bureau local NCAB Group.
Les matières recommandées
Les matières recommandées pour diverses conditions et technologies sont présentées ci-dessous. Toutefois, ces recommandations doivent être considérées comme « génériques ». De même, nous conseillons au client d’évaluer son procédé et de définir les facteurs auxquels les matières doivent résister comme, par exemple, le pic de température et le temps au-dessus du point de Tg, et de prendre en compte les exigences pour Td, T260 et T288.
Matières selon IPC 4101/121 (min. Tg 130 Deg. C)
| Total thickness | ≤ 1.60mm |
| Number of layers | 1 to 4 |
| Copper | < 70µm |
Matières selon IPC 4101/99 ou /124
| Total thickness | ≤ 2.40mm |
| Number of layers | 6 to 12 |
| Copper | ≤ 70µm |
| Blind / Buried vias / µvias |
Matières selon IPC 4101/126 ou /129
| Total thickness | >2.40mm |
| Number of layers | 12+ |
| Copper | > 70µm |
| Blind / Buried vias / µvias |
Chez NCAB, l’expérience pratique montre que dans un environnement d’assemblage , de brasage contrôlé, et dans des environnements d’exploitation peu exigeants, les matières visés par la norme IPC-4101C /21 peuvent, tout comme la technologie de base, être aussi utilisés dans un environnement sans plomb.
Les grades inférieurs de FR-4 que NCAB a approuvés dans sa liste de matières dans chaque usine satisfont en principe le grade /121 sur la plupart des points. Seule exception : le temps de délaminage à T260 °C ou T288 °C. À ce stade, il peut s’avérer nécessaire d’utiliser des matières d’un grade supérieur.