Lors de la création d'un projet de circuit imprimé, l'une des premières étapes consiste à définir l'empilement des couches. Cela implique de choisir le matériau du circuit imprimé. Sans ce choix, il est impossible de définir la constante diélectrique, pourtant essentielle pour les lignes à impédance contrôlée.
De plus, vous devrez tenir compte du coût, des propriétés mécaniques et électriques, de la durabilité, des caractéristiques thermiques, et bien d'autres facteurs. C'est pourquoi il est essentiel de faire appel à un fabricant de circuits imprimés de confiance pour vous accompagner dans votre choix. UET PCB ( https://uetpcb.com/components-sourcing/ ) peut vous aider à sélectionner les matériaux et les composants nécessaires à vos circuits imprimés.
Nouvelles et anciennes technologies de matériaux pour circuits imprimés en 2026
Les innovations s'accompagnent d'un choix accru de matériaux. Cette section aborde les différents matériaux apparus à l'époque suivante.
FR4
Autrefois, le FR4 était le matériau le plus répandu pour les circuits imprimés. Apparu en 1968, il est resté la norme universelle dans ce domaine. Aujourd'hui, environ 70 à 80 % des circuits imprimés électroniques utilisent le FR4.
Propriétés du FR4 :
- Une solution rentable
- Mécaniquement fort
- Constante diélectrique stable
- Bonne isolation électrique
- Bonne résistance thermique
- Bonne résistance chimique
- Facile à fabriquer
Cependant, le FR4 présente des limitations mécaniques et thermiques. Ce matériau possède une structure rigide et une température de transition vitreuse (Tg) comprise entre 130 °C et 180 °C. Sa température de décomposition (Td) se situe entre 300 °C et 340 °C. De ce fait, le FR4 n'est pas adapté aux hautes températures ni aux environnements difficiles. Par ailleurs, sa constante diélectrique (Dk) présente une forte variabilité (4.2 – 4.8) et ses pertes par tangente de l'angle de perte (Df) sont élevées (0.015 – 0.025), ce qui peut dégrader les signaux lorsque la fréquence augmente. C'est pourquoi d'autres matériaux pour circuits imprimés sont aujourd'hui utilisés, tels que le polyimide, le Rogers, le PTFE, etc.
Polyimide
C'est vers la fin des années 1960 que le film de polyimide a été mis au point pour l'électronique flexible et les applications aérospatiales. Le polyimide résiste à la flexion et au pliage tout en conservant sa robustesse face aux hautes températures et aux environnements difficiles. Bien que ce matériau pour circuits imprimés soit plus coûteux à produire que le FR-4, il offre plusieurs propriétés remarquables. Le polyimide est largement utilisé dans les smartphones, les objets connectés, les tablettes et les ordinateurs portables, sous forme de circuits imprimés flexibles ou rigides-flexibles.
Propriétés du polyimide :
- Résistance extrême à la chaleur
- Très flexible
- Haute résistance à la traction
- Aux vibrations
- Stabilité électrique en fonction de la température et de la fréquence
- Ultra-mince et léger
- Haute résistance d'isolation
Rogers
Dans les années 1980, l'ère des radiofréquences et des micro-ondes a débuté. Face aux exigences de fréquences plus élevées, les circuits imprimés devaient présenter une stabilité accrue de leurs caractéristiques électriques, thermiques et mécaniques. C'est ainsi que des matériaux à faibles pertes comme le FR4, le PTFE et le Rogers ont été développés. Chacun de ces matériaux offre des avantages sur la gamme de fréquences radiofréquences, notamment de meilleures propriétés thermiques, mécaniques et de fabrication. De ce fait, on retrouve de nombreux circuits imprimés en Rogers dans les appareils de communication 4G, 5G et IoT.
Parmi les propriétés des matériaux de Roger, on peut citer Dk (constante diélectrique), Df (facteur de dissipation) et Rz/Ra (rugosité du cuivre). À titre d'exemple, les matériaux à base de Roger présentent les propriétés suivantes :
Propriétés de Rogers :
- Une faible constante diélectrique (Dk/εr) signifie qu'elle peut supporter des signaux plus rapides, en fonction de la qualité du matériau (par exemple, RO4000 – 500 MHz – 20 GHz, RO3000 – 30 GHz, RT/duroid – 40 – 100 GHz).
- Une tangente faible ((Df/tan δ) signifie une faible perte de signal aux fréquences plus élevées.
- Une conductivité thermique élevée et un faible coefficient de dilatation thermique (CTE) signifient respectivement qu'il peut mieux diffuser la chaleur et qu'il se dilate moins sous l'effet de la chaleur.
- Sa faible absorption d'humidité lui permet de bien fonctionner même dans un environnement humide.
- Peut conserver sa taille et sa forme sous certaines contraintes
Coût des matériaux pour circuits imprimés
Vous devriez maintenant être en mesure d'établir un devis précis pour la fabrication de circuits imprimés, compte tenu des différences entre les diverses technologies de matériaux. Vous trouverez ci-dessous les avantages et les inconvénients de chaque matériau en termes de coût.
Avantages/Inconvénients de FR4
Le câble FR4 offre le meilleur rapport qualité-prix. Il est conçu pour répondre à la quasi-totalité des besoins en électronique générale fonctionnant à des fréquences inférieures à 1 GHz. Cependant, la variabilité de sa constante diélectrique (Dk) aux hautes fréquences rend impossible le contrôle des variations de performance dues aux changements de température. Cette caractéristique est critique pour les lignes à impédance contrôlée. De plus, sa tangente de perte (Df) élevée entraîne une atténuation du signal aux hautes fréquences. L'efficacité de l'antenne sera donc nettement inférieure si le câble FR4 est utilisé pour des applications micro-ondes ou ondes millimétriques à hautes fréquences.
Avantages et inconvénients du polyimide
Si votre projet nécessite des flexions et présente des exigences thermiques ou mécaniques élevées, le polyimide est la solution idéale. Notez cependant que, tout comme le FR4, le polyimide présente des inconvénients liés à une tangente de perte (Df) plus élevée (0.0004 – 0.009) et à une constante diélectrique (Dk) variable. De ce fait, il est rarement utilisé pour les applications micro-ondes/ondes millimétriques haute fréquence.
Cependant, le polyimide excelle dans les environnements difficiles (comme l'aérospatiale, le pétrole et le gaz, et le secteur militaire), et son utilisation est un excellent investissement. De plus, le polyimide est un matériau très utile pour les smartphones, les objets connectés et les appareils électroniques scellés non réparables.
Avantages et inconvénients de Rogers
L'utilisation optimale des matériaux Rogers réside dans la conception de circuits imprimés haute fréquence (micro-ondes/ondes millimétriques). Rogers présente des avantages distincts en termes de constante diélectrique (Dk) et de facteur de perte (Df). De plus, certains matériaux Rogers offrent une facilité de fabrication comparable à celle des circuits imprimés FR4. Cette caractéristique constitue un avantage par rapport à un autre matériau haute fréquence, le PTFE, un stratifié à base de téflon. La fabrication du PTFE est complexe et nécessite des étapes supplémentaires : outils spécifiques, matériaux d'adhérence pour le plaquage et cycles de lamination multicouches particuliers. Ce procédé fait de Rogers une alternative plus économique au PTFE.
Les matériaux Rogers sont utilisés dans les technologies 4G, 5G et IoT. La 5G s'étend jusqu'aux ondes millimétriques (de 30 GHz à 300 GHz). L'utilisation de matériaux FR4 ou polyimide est impossible dans ces circuits imprimés. De ce fait, les matériaux Rogers sont devenus le choix privilégié pour les systèmes de communication modernes grâce à leurs performances RF supérieures et à leur facilité de fabrication.
Conclusion
Le FR4, le polyimide et le Rogers figurent parmi les matériaux les plus utilisés pour la fabrication de circuits imprimés. Il est important de bien choisir le matériau adapté à vos conceptions. Le coût, l'application prévue et la facilité de fabrication doivent également être pris en compte. Pour cela, privilégiez un fabricant de circuits imprimés possédant une expertise et une expérience approfondies dans ce domaine, comme UET PCB. UET PCB est un partenaire de confiance fort de plus de 15 ans d'expérience dans l'industrie électronique.