Un guide complet du laminé à base de cuivre (CCL) dans la fabrication de PCB

Dans le monde de la fabrication de circuits imprimés (PCB), le laminé à base de cuivre (CCL) constitue la base sur laquelle tous les designs sont construits. Que vous assembliez une carte simple à une seule couche ou un système complexe à haute vitesse à plusieurs couches, comprendre le CCL est essentiel. Cet article offre un guide complet sur ce qu'est le CCL, les types disponibles, leurs principales propriétés et la manière dont ils influencent la performance et la fiabilité des PCB.

1. Qu'est-ce que le laminé à base de cuivre (CCL) ?

Le laminé à base de cuivre (CCL) est un matériau composite fabriqué en laminant une feuille de cuivre sur un ou deux côtés d'un substrat non conducteur (généralement une résine époxy renforcée de fibres de verre, du polyimide ou d'autres matériaux diélectriques). Il sert de « toile vierge » pour la fabrication de PCB, fournissant à la fois un soutien mécanique et les chemins conducteurs essentiels pour les circuits électroniques.

Lors de la fabrication des PCB, le cuivre indésirable est gravé, laissant derrière lui des traces, des pads et des plans de masse qui interconnectent les composants électroniques selon le design du circuit.

2. Structure de base du CCL

Un CCL typique se compose des couches suivantes :

- Feuille de cuivre : Fournit la couche conductrice.

- Adhésif (dans certains types) : Relie la feuille de cuivre au substrat.

- Substrat diélectrique : Fournit l'isolation électrique et la stabilité mécanique.

Dans les CCL sans adhésif, particulièrement utilisés pour les circuits haute fréquence ou flexibles, le cuivre est directement stratifié sur le matériau de base sans couche adhésive, ce qui améliore l'intégrité du signal.

Types de Laminés à Base de Cuivr

Les CCL (Copper Clad Laminate) sont classés en fonction de plusieurs critères, tels que le matériau du substrat, la performance thermique et les propriétés mécaniques. Voici un aperçu :

3. Qu'est-ce que le Laminé à Base de Cuivre (CCL) ?

Le laminé à base de cuivre, abrégé en CCL, est un type de matériau de base des PCB. Avec de la fibre de verre ou du papier en pâte de bois comme matériau de renfort, une carte en cuivre laminé est un produit obtenu par stratification avec du cuivre sur un ou les deux côtés du matériau de renfort après avoir été imprégné de résine.

Il s'agit d'une abréviation pour Copper Clad Laminate (laminé à base de cuivre). Le CCL est formé par la stratification de feuilles de tissu en verre imprégnées de résine avec une feuille de cuivre sur les deux côtés. Après traitement, les produits finaux sont des circuits électroniques faisant partie des cartes de circuits imprimés.

AGC développe et fabrique une gamme complète de matériaux RF et numériques, y compris des laminés à base de cuivre thermodurcissables et thermoplastiques ainsi que des substrats prepreg / bondply, offrant une haute fiabilité et des performances thermiques, mécaniques et électriques supérieures. Les matériaux thermoplastiques sont conçus pour les composants critiques RF/micro-ondes, les antennes, les amplificateurs de puissance et les sous-assemblages. Les performances mécaniques et électriques supérieures font du système de résine PTFE le matériau de choix pour les applications à faible perte et haute fréquence. Les matériaux thermodurcissables sont destinés à des applications dans les routeurs centraux, les commutateurs haute vitesse, les superordinateurs, les communications radio de prochaine génération et les applications où une faible atténuation du signal, une haute fiabilité et des taux de transfert de données élevés sont essentiels.

Le Copper Clad Laminate (CCL) est un matériau en forme de plaque fabriqué en imprégnant du tissu en fibre de verre électronique ou d'autres matériaux de renfort avec de la résine, puis en couvrant un ou les deux côtés avec une feuille de cuivre et en le pressant à chaud, ce que l'on appelle Copper Clad Laminate.

Différents circuits imprimés de formes et de fonctions variées sont traités, gravés, percés et plaqués de cuivre sur des cartes en cuivre laminé pour produire différents circuits imprimés. Le PCB joue principalement le rôle d'interconnexion, d'isolation et de support, et a un impact majeur sur la vitesse de transmission, la perte d'énergie et l'impédance caractéristique du signal dans le circuit. Par conséquent, les performances, la qualité, la fabricabilité, le niveau de fabrication, le coût de fabrication et la fiabilité à long terme du PCB dépendent largement du Copper Clad Laminate.

4. Qu'est-ce qui fait un excellent CCL ?

Les CCL ne fonctionnent correctement que lorsqu'ils répondent aux exigences de performance dans les domaines suivants :

Apparence : Des problèmes peuvent survenir sur la feuille de cuivre en raison d'éléments inattendus dans le processus de fabrication, tels que des bosses, des rayures, des points de résine, des plis, des trous de pince, des bulles, etc. Tous ces problèmes entraîneront une faible performance du CCL et donc du PCB. Par conséquent, un excellent CCL doit être plat et lisse à l'apparence.

Taille : Étant donné que les CCL sont des matériaux de base pour les cartes PCB, ils doivent respecter les exigences de taille correspondant aux PCB. Les paramètres concernant la taille des CCL incluent la longueur, la largeur, l'écart diagonal et la déformation. Chacun de ces paramètres doit répondre à des exigences spécifiques.

Performance électrique : Cela constitue une mission essentielle pour un PCB, donc tout aspect affectant sa performance électrique doit être soigneusement conçu, y compris la constante diélectrique (Dk), la perte diélectrique (Df), la résistance volumétrique, la résistance de surface, la résistance d'isolation, la résistance à l'arc, la tension de claquage diélectrique, la solidité électrique, l'indice de suivi comparatif (CTI), etc.

5. Processus de fabrication du Copper Clad Laminate

Le processus de fabrication du Copper Clad Laminate (CCL) implique généralement les étapes suivantes :

Préparation du matériau isolant : Le matériau isolant, souvent un type de tissu en fibre de verre tel que le FR-4, est préparé selon les dimensions requises.

Imprégnation : Le matériau isolant est imprégné de résine. Cette étape consiste à immerger la fibre de verre dans une solution de résine spécifique (comme l'époxy). Une fois la fibre imprégnée, l'excédent de résine est retiré, laissant une feuille uniformément imprégnée.

Séchage et durcissement : Après l'imprégnation, le matériau doit être séché et partiellement durci ("B-stagé"). Cela le rend rigide tout en restant capable de se lier sous chaleur et pression.

Stratification avec feuille de cuivre : Une couche de feuille de cuivre est ensuite stratifiée sur un ou les deux côtés de ce matériau de base sous des conditions de haute température et de pression. La chaleur provoque un durcissement supplémentaire de la résine, la solidifiant, tout en se liant fortement au cuivre, créant ainsi une structure unifiée.

Refroidissement et finition : Après l'assemblage de la stratification, le matériau refroidit. Les excédents sont découpés, et des contrôles de qualité comme l'inspection visuelle des défauts ou la mesure de l'épaisseur sont effectués.

Découpe : Enfin, les grandes feuilles peuvent être découpées en tailles plus petites en fonction des exigences du marché.

6. Processus de fabrication du CCL

La fabrication des laminés à base de cuivre (CCL) implique généralement les étapes suivantes :

- Préparation de la résine : Mélange et traitement des résines époxy, polyimide ou PTFE.

- Imprégnation du substrat : Le tissu en fibre de verre tissé ou d'autres matériaux alternatifs sont imprégnés de résine.

- Stratification : Les couches de substrats imprégnés sont empilées, et des feuilles de cuivre sont placées sur un ou les deux côtés.

- Pressage à chaud : L'empilement est soumis à une haute pression et température, durcissant la résine et liant le cuivre.

- Refroidissement et découpe : Les feuilles stratifiées sont refroidies, puis découpées aux tailles de panneau requises.

- Traitement de surface : Des traitements finaux comme des revêtements anti-oxydation sont appliqués pour protéger la surface du cuivre.

7. Normes communes pour le CCL

- IPC-4101 : Spécification des matériaux de base pour les PCB rigides et multicouches.

- IPC-4204 : Spécification des matériaux CCL flexibles.

- UL 94 : Classement de la combustibilité des matériaux.

- Conformité RoHS/REACH : Règlementations environnementales et de sécurité.

Les fabricants et les concepteurs doivent s'assurer que le matériau CCL respecte ces normes pour garantir la fiabilité, la sécurité et la conformité environnementale.

8. Choisir le bon CCL pour votre PCB

La sélection du CCL approprié dépend de plusieurs facteurs :

- Fréquence de fonctionnement : Les fréquences plus élevées nécessitent des matériaux avec un faible Dk (constante diélectrique) et Df (tangent de perte diélectrique).

- Besoins en gestion thermique : Les appareils électroniques de puissance et les LED bénéficient des CCL à noyau métallique.

- Exigences de flexibilité : Les conceptions flexibles et rigides-flexibles nécessitent des CCL flexibles.

- Conditions environnementales : L'exposition à l'humidité, aux produits chimiques et aux températures extrêmes nécessite des matériaux offrant une plus grande résistance.

Il est crucial de trouver un équilibre entre coût, performance et exigences de traitement lors de la sélection du CCL pour votre application. JLCPCB propose une large gamme de matériaux fiables et de services de fabrication PCB professionnels pour vous aider à faire le bon choix pour votre projet.

Conclusion

Le Copper Clad Laminate (CCL) est le facilitateur silencieux mais fondamental de l'électronique moderne. Sa sélection a un impact profond sur les performances électriques, mécaniques et thermiques d'un PCB. Alors que les appareils deviennent de plus en plus petits, rapides et puissants, les innovations dans les matériaux CCL repoussent les limites de ce qui est possible dans la technologie des PCB. Que vous conceviez un simple gadget grand public ou un appareil de communication sophistiqué, comprendre le CCL garantit une base solide pour le succès.