PCB en polyimide et PCB FR4 sont deux des types de PCB les plus utilisés. Bien que les deux soient des substrats polymères bien adaptés aux PCB, Le polyimide et le FR4 possèdent chacun leurs propres caractéristiques distinctes qui les rendent plus appropriés à certains paramètres qu'à d'autres.. Dans ce blog, nous expliquons leurs principales différences et fournissons des informations sur la façon de choisir entre elles. Lisons la suite.
Différences entre le PCB polyimide et le PCB FR4
- Types de cuivre
La plupart des cartes FR4 utilisent des feuilles de cuivre électrodéposées avec une structure à grains verticaux optimisée pour les cartes rigides. Les polyimides utilisent plus couramment du cuivre recuit laminé conçu spécifiquement pour résister à des flexions répétées sans fatigue ni fissuration du métal.. L'orientation du grain de cuivre correspond également à l'axe de flexion pour une durabilité maximale.
- Construction
FR4 est composé de résine époxy, couches de fibre de verre tissée, et du cuivre. Le nombre de couches de fibre de verre détermine l'épaisseur totale. Les fibres sont saturées d'époxy puis durcies avec les couches de cuivre sous chaleur et pression pour former le panneau rigide.. En revanche, Les panneaux en polyimide contiennent uniquement du polymère plastique polyimide et du cuivre.. Le polyimide est coulé sur les feuilles de cuivre sous forme liquide, puis complètement durci en un solide, état flexible.
- Plages d'épaisseur
Le renfort en fibre de verre limite la finesse de fabrication du FR4. Les épaisseurs courantes vont de 2 millièmes à 125 mils. Sans fibre de verre, les polyimides peuvent être fabriqués sous forme de films minces à partir de 1/2 mil à 3 millièmes d'épaisseur. Cela permet extrêmement mince, constructions flexibles idéales pour les applications de flexion dynamique.
- Souplesse
Les panneaux en polyimide sont très flexibles, ce qui les rend adaptés aux applications nécessitant un pliage ou un façonnage répété pour s'adapter à des espaces spécifiques. Leur extrême flexibilité permet des géométries complexes impossibles à réaliser avec les planches FR4 traditionnellement rigides.. La mobilité est améliorée et l'installation à l'intérieur de produits avec des contraintes d'espace devient plus simple par rapport au FR4.
- Absorption d'humidité
FR4 à base d'époxy absorbe très peu d'humidité environnementale, environ 0.2-0.5% du poids total. En revanche, le polyimide peut absorber jusqu'à 2% humidité en poids. Cela n'impacte pas les performances des circuits polyimide, mais l'humidité absorbée doit être éliminée par un processus de cuisson avant l'assemblage pour éviter les dommages dus à une expansion rapide de la vapeur et délaminage problèmes lors des opérations de soudure.
- Tolérance à la chaleur
Le polyimide a une température de fonctionnement maximale bien plus élevée que le FR4, conçu pour une utilisation continue jusqu'à 300°C. Il résiste mieux à la dégradation thermique dans le temps. Cela signifie que les panneaux en polyimide survivent à long terme dans des environnements chauds.. La conductivité thermique est également le double de celle des panneaux renforcés de verre standard.
Lectures complémentaires: Un guide complet sur la conductivité thermique FR4
- Résistance chimique
En plus des performances thermiques, les panneaux en polyimide offrent une résistance à la corrosion et aux produits chimiques supérieure au FR4. Leur matrice polymère robuste protège des carburants, huiles, solvants pendant des périodes considérablement plus longues. Sans composants sensibles comme l'époxy ou les fibres de verre, le polyimide résiste aux solutions chimiques plus concentrées sans se dégrader.
- Durabilité sous contrainte
La résistance aux vibrations et à la traction est nettement plus élevée dans les panneaux en polyimide. La flexibilité empêche les fractures dues aux chocs physiques qui compromettent l'intégrité des panneaux de verre époxy rigides. Le polyimide maintient mieux la fiabilité mécanique et électrique sur des milliers de cycles de pliage ainsi que des vibrations continues.
Le tableau suivant répertorie quelques données spécifiques pour comparer plus clairement les différences entre le PCB FR4 et le PCB polyimide:
| Types de PCB Propriétés | PCB FR4 | Polyimide PCB |
| Conductivité thermique | 0.25 W / mK | 0.2 W / mK |
| Constante diélectrique (à 1 GHz) | 4.25-4.55 | ~3,4 à 3.8 |
| Facteur de dissipation (à 1 GHz) | 0.016 | 0.003 |
| Résistance à l'arc | 125 seconde | 143 seconde |
| Gravité spécifique | 1.8 - 1.9 | 1.3 à 1.4 |
| Absorption de l'eau | 0.2-0.5% | 1-2% |
| Résistance à la traction | 70-90 MPa | 200-300 MPa |
| Température transitoire du verre (Tg) | 130-140° C | >250° C |
PCB en polyimide et PCB FR4: Comment choisir?
Le choix entre l'utilisation d'un PCB FR4 et d'un PCB polyimide dépend principalement de l'application et de ses exigences spécifiques.:
Les cartes FR4 seraient le meilleur choix pour:
- Applications sensibles aux coûts où une durabilité élevée n’est pas requise. FR4 est l'option la moins chère.
- Circuits numériques basse fréquence qui ne génèrent pas beaucoup de chaleur. FR4 supporte des températures modérées jusqu'à environ 100°C.
- Panneaux rigides pour les produits où la flexibilité n'est pas nécessaire. Le renfort en fibre de verre rend les planches FR4 dimensionnellement stables mais non flexibles.
Des panneaux en polyimide seraient préférables pour:
- Circuits flexibles/rigides qui doivent se plier dynamiquement pendant l'utilisation. Le PCB en polyimide a une durée de vie en flexion et une résistance à la fatigue exceptionnelles.
Connaître les différences entre les PCB flexibles et rigides-flexibles, lire "PCB Flex rigide vs. PCB flexible»
- Circuits analogiques haute fréquence. Le polyimide a une constante diélectrique et une perte inférieures pour une meilleure intégrité du signal.
- Electronique pour environnements extrêmes exposée à des températures élevées au-delà de 150°C. Le polyimide survit à plus de 250°C.
- Produits soumis à des tests de fiabilité comme les vibrations, choc, humidité, ou pénétration de poussière. Les panneaux en polyimide sont plus robustes.
- Electronique critique exigeant la plus grande durabilité avec le moins de risque de panne. L'aérospatiale et le militaire privilégient les polyimides.
En substance, choisissez le FR4 économique pour les applications d'interconnexion de base sans exigences particulières, tandis que les polyimides répondent à des exigences extrêmes nécessitant une résilience physique et une résistance environnementale maximales..
Mots finaux
Évaluer les contrastes entre ces deux matériaux dans des facteurs tels que la tolérance à la chaleur, durabilité, et la résistance mécanique est essentielle pour déterminer la sélection optimale pour un projet électronique en fonction de ses exigences particulières et de ses conditions de fonctionnement.. Une analyse réfléchie des spécifications d’application ainsi que des profils de propriétés respectifs du Polyimide et du FR4 permet un appel de matériaux éclairé qui répond aux objectifs et contraintes uniques en jeu.. Avec une compréhension des compromis impliqués, les ingénieurs peuvent se sentir en toute confiance en spécifiant le Substrat PCB qui répondra le mieux à leurs besoins et fonctionnera comme prévu dans le périphérique ou le système cible.
