De PCB World
3 Exigences élevées en matière de chaleur et de dissipation de chaleur
Avec la miniaturisation, la haute fonctionnalité et la forte production de chaleur des équipements électroniques, les exigences en matière de gestion thermique ne cessent de croître. L'une des solutions retenues est le développement de circuits imprimés thermoconducteurs. La résistance et la dissipation thermiques des circuits imprimés reposent principalement sur les propriétés du substrat. L'amélioration du matériau de base et l'ajout de charges ont permis d'améliorer ces propriétés dans une certaine mesure, mais l'amélioration de la conductivité thermique reste très limitée. Généralement, un circuit imprimé à substrat métallique (IMS) ou à cœur métallique est utilisé pour dissiper la chaleur du composant chauffant, ce qui réduit le volume et le coût par rapport au refroidissement traditionnel par radiateur et ventilateur.
L'aluminium est un matériau très attractif. Riche en ressources, il est peu coûteux, offre une bonne conductivité thermique et une bonne résistance, et est respectueux de l'environnement. Actuellement, la plupart des substrats ou noyaux métalliques sont en aluminium. Les circuits imprimés à base d'aluminium présentent les avantages suivants : simplicité et économie, connexions électroniques fiables, conductivité thermique et résistance élevées, respect de l'environnement sans soudure ni plomb, etc. Ils peuvent être conçus et utilisés dans les produits grand public, l'automobile, les produits militaires et l'aérospatiale. La conductivité thermique et la résistance à la chaleur du substrat métallique sont indéniables. La clé réside dans la performance de l'adhésif isolant entre la plaque métallique et la couche de circuit.
Actuellement, la gestion thermique se concentre sur les LED. Près de 80 % de la puissance absorbée par les LED est convertie en chaleur. Par conséquent, la gestion thermique des LED est un enjeu majeur, et l'accent est mis sur la dissipation thermique du substrat LED. La composition de matériaux isolants à haute résistance thermique et respectueux de l'environnement pour la dissipation thermique constitue la base d'une entrée sur le marché de l'éclairage LED haute luminosité.
4 Électronique flexible et imprimée et autres exigences
4.1 Exigences flexibles du conseil d'administration
La miniaturisation et l'amincissement des équipements électroniques nécessiteront inévitablement un grand nombre de circuits imprimés flexibles (FPCB) et de circuits imprimés rigides-flexibles (R-FPCB). Le marché mondial des FPCB est actuellement estimé à environ 13 milliards de dollars américains, et son taux de croissance annuel devrait être supérieur à celui des PCB rigides.
Avec l'expansion des applications et l'augmentation de leur nombre, de nouvelles exigences de performance apparaîtront. Les films polyimides sont disponibles en incolores et transparents, blancs, noirs et jaunes. Ils présentent une résistance élevée à la chaleur et un faible coefficient de dilatation thermique (CTE), adaptés à diverses applications. Des substrats de films polyester économiques sont également disponibles sur le marché. Les nouveaux défis en matière de performance incluent une élasticité élevée, une stabilité dimensionnelle, une qualité de surface, un couplage photoélectrique et une résistance aux intempéries pour répondre aux exigences en constante évolution des utilisateurs finaux.
Les cartes FPCB et HDI rigides doivent répondre aux exigences de transmission de signaux à haut débit et haute fréquence. La constante diélectrique et les pertes diélectriques des substrats flexibles doivent également être prises en compte. Des substrats en polytétrafluoroéthylène et en polyimide avancé peuvent être utilisés pour obtenir une flexibilité. L'ajout de poudre inorganique et de fibres de carbone à la résine polyimide permet de produire une structure à trois couches de substrat flexible et thermoconducteur. Les charges inorganiques utilisées sont le nitrure d'aluminium (AlN), l'oxyde d'aluminium (Al₂O₃) et le nitrure de bore hexagonal (HBN). Le substrat présente une conductivité thermique de 1,51 W/mK et peut supporter une tension de tenue de 2,5 kV et un test de flexion à 180 degrés.
Les marchés d'application des FPCB, tels que les smartphones, les appareils portables, les équipements médicaux, les robots, etc., ont mis en avant de nouvelles exigences sur la structure de performance des FPCB et ont développé de nouveaux produits FPCB. Tels que la carte multicouche flexible ultra-mince, le FPCB à quatre couches est réduit de 0,4 mm conventionnel à environ 0,2 mm ; la carte flexible de transmission à haut débit, utilisant un substrat en polyimide à faible Dk et à faible Df, atteint les exigences de vitesse de transmission de 5 Gbit/s ; la carte flexible de grande puissance utilise un conducteur supérieur à 100 μm pour répondre aux besoins des circuits à haute puissance et à courant élevé ; la carte flexible à base de métal à haute dissipation thermique est un R-FPCB qui utilise partiellement un substrat en plaque métallique ; la carte flexible tactile est détectée par pression. La membrane et l'électrode sont prises en sandwich entre deux films de polyimide pour former un capteur tactile flexible ; une carte flexible extensible ou une carte flexo-rigide, le substrat flexible est un élastomère, et la forme du motif de fil métallique est améliorée pour être extensible. Bien entendu, ces FPCB spéciaux nécessitent des substrats non conventionnels.
4.2 Exigences relatives à l'électronique imprimée
L'électronique imprimée a pris de l'ampleur ces dernières années et, d'ici le milieu des années 2020, son marché devrait dépasser les 300 milliards de dollars américains. Son application à l'industrie des circuits imprimés fait partie intégrante de cette technologie, qui fait consensus dans le secteur. L'électronique imprimée est la technologie la plus proche du FPCB. Les fabricants de circuits imprimés ont investi dans l'électronique imprimée. Ils ont commencé avec des cartes flexibles et ont remplacé les circuits imprimés (PCB) par des circuits électroniques imprimés (PEC). Il existe aujourd'hui une multitude de substrats et d'encres, et une fois les avancées en termes de performances et de coût réalisées, ils seront largement utilisés. Les fabricants de circuits imprimés ne doivent pas manquer cette opportunité.
L'application clé actuelle de l'électronique imprimée est la fabrication d'étiquettes d'identification par radiofréquence (RFID) à faible coût, imprimables en rouleaux. Le potentiel réside dans les domaines de l'affichage imprimé, de l'éclairage et du photovoltaïque organique. Le marché des technologies portables est actuellement en plein essor. Divers produits de ces technologies, tels que les vêtements et lunettes de sport intelligents, les moniteurs d'activité, les capteurs de sommeil, les montres connectées, les casques réalistes améliorés, les boussoles de navigation, etc., sont indispensables aux dispositifs portables, ce qui stimulera le développement de circuits électroniques imprimés flexibles.
Un aspect important de la technologie de l'électronique imprimée concerne les matériaux, notamment les substrats et les encres fonctionnelles. Les substrats flexibles conviennent non seulement aux circuits imprimés en circuit imprimé existants, mais aussi aux substrats plus performants. Il existe actuellement des matériaux à haute diélectrique, composés d'un mélange de céramiques et de résines polymères, ainsi que des substrats haute température, des substrats basse température et des substrats transparents incolores, jaunes, etc.
4 Électronique flexible et imprimée et autres exigences
4.1 Exigences flexibles du conseil d'administration
La miniaturisation et l'amincissement des équipements électroniques nécessiteront inévitablement un grand nombre de circuits imprimés flexibles (FPCB) et de circuits imprimés rigides-flexibles (R-FPCB). Le marché mondial des FPCB est actuellement estimé à environ 13 milliards de dollars américains, et son taux de croissance annuel devrait être supérieur à celui des PCB rigides.
Avec l'expansion des applications et l'augmentation de leur nombre, de nouvelles exigences de performance apparaîtront. Les films polyimides sont disponibles en incolores et transparents, blancs, noirs et jaunes. Ils présentent une résistance élevée à la chaleur et un faible coefficient de dilatation thermique (CTE), adaptés à diverses applications. Des substrats de films polyester économiques sont également disponibles sur le marché. Les nouveaux défis en matière de performance incluent une élasticité élevée, une stabilité dimensionnelle, une qualité de surface, un couplage photoélectrique et une résistance aux intempéries pour répondre aux exigences en constante évolution des utilisateurs finaux.
Les cartes FPCB et HDI rigides doivent répondre aux exigences de transmission de signaux à haut débit et haute fréquence. La constante diélectrique et les pertes diélectriques des substrats flexibles doivent également être prises en compte. Des substrats en polytétrafluoroéthylène et en polyimide avancé peuvent être utilisés pour obtenir une flexibilité. L'ajout de poudre inorganique et de fibres de carbone à la résine polyimide permet de produire une structure à trois couches de substrat flexible et thermoconducteur. Les charges inorganiques utilisées sont le nitrure d'aluminium (AlN), l'oxyde d'aluminium (Al₂O₃) et le nitrure de bore hexagonal (HBN). Le substrat présente une conductivité thermique de 1,51 W/mK et peut supporter une tension de tenue de 2,5 kV et un test de flexion à 180 degrés.
Les marchés d'application des FPCB, tels que les smartphones, les appareils portables, les équipements médicaux, les robots, etc., ont mis en avant de nouvelles exigences sur la structure de performance des FPCB et ont développé de nouveaux produits FPCB. Tels que la carte multicouche flexible ultra-mince, le FPCB à quatre couches est réduit de 0,4 mm conventionnel à environ 0,2 mm ; la carte flexible de transmission à grande vitesse, utilisant un substrat en polyimide à faible Dk et à faible Df, atteignant les exigences de vitesse de transmission de 5 Gbit/s ; la carte flexible de grande puissance utilise un conducteur supérieur à 100 μm pour répondre aux besoins des circuits à haute puissance et à courant élevé ; la carte flexible à base de métal à haute dissipation thermique est un R-FPCB qui utilise partiellement un substrat en plaque métallique ; la carte flexible tactile est détectée par pression. La membrane et l'électrode sont prises en sandwich entre deux films de polyimide pour former un capteur tactile flexible ; une carte flexible extensible ou une carte flexo-rigide, le substrat flexible est un élastomère, et la forme du motif de fil métallique est améliorée pour être extensible. Bien entendu, ces FPCB spéciaux nécessitent des substrats non conventionnels.
4.2 Exigences relatives à l'électronique imprimée
L'électronique imprimée a pris de l'ampleur ces dernières années et, d'ici le milieu des années 2020, son marché devrait dépasser les 300 milliards de dollars américains. Son application à l'industrie des circuits imprimés fait partie intégrante de cette technologie, qui fait consensus dans le secteur. L'électronique imprimée est la technologie la plus proche du FPCB. Les fabricants de circuits imprimés ont investi dans l'électronique imprimée. Ils ont commencé avec des cartes flexibles et ont remplacé les circuits imprimés (PCB) par des circuits électroniques imprimés (PEC). De nombreux substrats et encres existent actuellement, et une fois les avancées en termes de performances et de coût réalisées, leur utilisation sera généralisée. Les fabricants de circuits imprimés ne doivent pas manquer cette opportunité.
L'application clé actuelle de l'électronique imprimée est la fabrication d'étiquettes d'identification par radiofréquence (RFID) à faible coût, imprimables en rouleaux. Le potentiel réside dans les domaines de l'affichage imprimé, de l'éclairage et du photovoltaïque organique. Le marché des technologies portables est actuellement en plein essor. Divers produits de ces technologies, tels que les vêtements et lunettes de sport intelligents, les moniteurs d'activité, les capteurs de sommeil, les montres connectées, les casques réalistes améliorés, les boussoles de navigation, etc., sont indispensables aux dispositifs portables, ce qui stimulera le développement de circuits électroniques imprimés flexibles.
Un aspect important de la technologie de l'électronique imprimée réside dans les matériaux, notamment les substrats et les encres fonctionnelles. Les substrats flexibles conviennent non seulement aux circuits imprimés en circuit imprimé existants, mais aussi aux substrats plus performants. Il existe actuellement des matériaux à haute diélectrique, composés d'un mélange de céramiques et de résines polymères, ainsi que des substrats haute température, des substrats basse température et des substrats transparents incolores, jaunes, etc.