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Matériau FERRO

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Matériau FERRO : le guide ultime de la FAQ

FERRO-Material-The-Ultimate-FAQ-Guide

Choisir un approprié Matériel PCB peut être une tâche écrasante - une raison pour laquelle ce guide explorera tous les aspects fondamentaux que vous devez connaître sur les matériaux FERRO.

Donc, si vous voulez en savoir plus sur ce matériel, lisez ce guide.

Qu'est-ce que le matériau FERRO dans les PCB ?

Les matériaux FERRO englobent les matériaux ferromagnétiques qui présentent une réponse significative et positive lorsqu'ils sont soumis à un champ magnétique externe.

Ils ont une affinité significative avec les champs magnétiques et peuvent conserver leurs caractéristiques magnétiques même lorsque vous éliminez le champ externe.

Les matériaux FERRO comprennent des électrons non appariés, ce qui entraîne un moment magnétique net dans leurs atomes. L'existence de domaines magnétiques leur confère leurs fortes caractéristiques magnétiques.

Les domaines s'alignent lorsque vous appliquez une force de magnétisation, ce qui entraîne un champ magnétique élevé dans la pièce. Les matériaux FERRO que vous pouvez utiliser dans les PCB comprennent le fer, le nickel et le cobalt.

Figure 1 Matériau ferro pour PCB

Matériau FERRO pour PCB

Quels sont certains des matériaux FERRO que vous pouvez utiliser dans les PCB ?

Vous observez que les matériaux FERRO possèdent des électrons non appariés dans des atomes, des molécules ou des ions individuels. Ils partagent également la même orientation de moment cinétique de spin et sont capables de former des domaines magnétiques avec des atomes magnétiquement alignés.

Vous considérez les métaux suivants comme des matériaux FERRO :

Fer

Vous considérez que d'autres métaux possèdent cette capacité similaire au fer en raison de son abondance et de sa polyvalence en tant qu'aimant permanent naturel.

Vous pouvez utiliser le fer comme composant de l'acier qui est un alliage de fer à haute température renforcé avec du carbone.

Cobalt

Le cobalt est un métal que l'on trouve fréquemment dans les minerais avec le cuivre et le nickel.

Vous trouvez que le cobalt, contrairement au fer, est très résistant à la corrosion, trouvant ainsi une utilisation dans les PCB utilisés dans des environnements difficiles.

Magnétite

La magnétite est un matériau FERRO avec un éclat brillant qui n'est pas techniquement un métal. La magnétite se forme par oxydation du fer en oxyde.

Nickel

Le nickel est un métal de transition et le troisième des trois principaux matériaux FERRO avec le fer et le cobalt. Le nickel est essentiel au processus de galvanoplastie, ce qui nous permet d'utiliser des PCB dans plusieurs appareils électriques.

Où employez-vous des PCB fabriqués avec du matériau FERRO ?

Les PCB possédant des matériaux FERRO dans leur construction trouvent une utilisation dans diverses applications telles que :

  • Capteurs automobiles, y compris les cartes de convertisseur de puissance et les unités de commande du moteur.
  • Dans la fabrication de boîtiers semi-conducteurs et de composants tels que des condensateurs céramiques et des filtres EMI.
  • Les cartes spécifiques à l'aérospatiale et à la défense utilisent des matériaux FERRO.
  • Vous trouvez ces matériaux dans les circuits imprimés utilisés dans les appareils médicaux.

Comment la température de Curie affecte-t-elle le matériau FERRO dans les PCB ?

La température de Curie d'un matériau FERRO est la température au-delà de laquelle le matériau perd ses qualités magnétiques permanentes.

Vous pouvez cependant toujours induire du magnétisme sur ces matériaux dans la plupart des cas.

L'entropie thermique entre en compétition avec l'inclinaison ferromagnétique pour l'alignement des dipôles lorsque la température augmente.

Une transition de phase de second ordre se produit lorsque la température dépasse la température de Curie, ce qui fait que le système perd l'aimantation spontanée.

Quelles propriétés thermiques sont essentielles pour le matériau FERRO utilisé dans les PCB ?

Certaines des propriétés thermiques essentielles lors de l'utilisation du matériau FERRO sur les PCB sont les suivantes :

Température de transition vitreuse (Tg)

température de transition vitreuse décrit la plage de température qu'un matériau PCB transforme.

La transformation est généralement d'un état solide vitreux à un état pliable lorsque les chaînes polymères présentent un mouvement.

Les propriétés du matériau retrouvent leur état d'origine après refroidissement. Vous décrivez la température de transition vitreuse en degrés Celsius (oC).

Température de décomposition (Td)

La température à laquelle un matériau PCB FERRO se décompose chimiquement est sa température de décomposition mesurée en degrés Celsius (oC).

Lors de la construction de PCB, la Td d'un matériau est critique car les modifications de ses propriétés sont irréversibles.

Vous devez sélectionner un matériau FERRO qui vous permette de travailler à des températures supérieures à Tg mais inférieures à Td.

La plupart des températures de soudure lors de l'assemblage du circuit imprimé se situent entre 200 et 250 degrés Celsius, garantissant ainsi une Td plus élevée.

Coefficient de dilatation thermique (CTE)

Vous définissez le taux de dilatation d'un matériau PCB FERRO lorsque sa température augmente en tant que coefficient de dilatation thermique.

Vous mesurez le CTE en parties par million (ppm) lors de l'augmentation du degré Celsius.

Lorsque la température d'un matériau FERRO dépasse la Tg, le CTE augmente avec lui.

Vous devez vous assurer que le CTE de votre matériau sur l'axe z doit être inférieur.

Conductivité thermique (K)

La conductivité thermique est la capacité d'un matériau FERRO à transporter la chaleur mesurée en watts par mètre par degré Celsius (W/M/oC).

Lorsque votre matériau a une faible conductivité thermique, cela signifie un mauvais transfert de chaleur, tandis qu'une conductivité élevée signifie une grande transmission de chaleur.

Quelles sont les propriétés électriques importantes lors de la sélection du matériau FERRO pour les PCB ?

Les propriétés électriques des matériaux FERRO témoignent de leur capacité à conduire le courant électrique. Ceux-ci inclus:

Permittivité relative

La permittivité relative d'un matériau FERRO influence l'intégrité et l'impédance du signal qui, à leur tour, influencent les performances électriques à haute fréquence.

La permittivité relative fluctue avec la fréquence décroissante avec une augmentation de la fréquence.

Facteur de dissipation

Le facteur de dissipation d'un matériau FERRO représente la quantité de puissance perdue en raison de la substance.

Vous perdez moins de puissance lorsque votre matériau a un facteur de dissipation plus faible.

Les changements de fréquence affectent également le facteur de dissipation qui augmente avec une augmentation de fréquence jusqu'à 1 GHz.

Pour les signaux analogiques, il est essentiel car il contrôle l'étendue de l'atténuation du signal et, par conséquent, le rapport signal sur bruit.

Résistivité électrique

Plus la résistivité électrique d'un matériau FERRO est élevée, moins il permet à la charge électrique de se déplacer facilement.

L'humidité et la température influencent la résistivité électrique que vous mesurez en ohmmètres (Ω-m) ou en ohms-centimètres (Ω-cm).

Résistivité de surface

La résistivité de surface (S) fait référence à la résistance électrique ou isolante de la surface d'un matériau PCB FERRO influencée par l'humidité et la température.

La résistivité de surface dans les matériaux PCB FERRO doit être très élevée sur des millions de méga-ohms par carré.

Quelles exigences chimiques sont nécessaires pour utiliser les matériaux FERRO dans les PCB ?

Lors de l'utilisation du matériau FERRO dans les PCB, les exigences chimiques suivantes sont essentielles :

Figure 2 Matériau PCB FERRO

Matériau PCB FERRO

Absorption d'humidité

L'absorption d'humidité fait référence à la capacité d'un matériau PCB FERRO à résister à l'absorption d'eau lors de l'immersion.

Vous le calculez comme le pourcentage d'augmentation de poids d'un matériau résultant de l'absorption d'eau dans des paramètres contrôlés et des procédures de test conventionnelles.

L'absorption d'humidité influence les propriétés thermiques et électriques du matériau FERRO.

Il a également une influence sur la détermination de la capacité d'un matériau à empêcher le développement de filaments anodiques conducteurs (CAF).

Résistance au chlorure de méthylène

La résistance au chlorure de méthylène est une mesure de la résistance chimique d'un matériau PCB FERRO, en particulier la capacité à résister à l'absorption du chlorure de méthylène.

Vous le mesurez en pourcentage d'augmentation du poids d'un matériau en raison d'une exposition réglementée au chlorure de méthylène.

Quelles propriétés mécaniques les matériaux FERRO devraient-ils posséder dans les PCB ?

Les propriétés mécaniques des matériaux des PCB sont essentielles pour l'intégrité structurelle de la carte. Ces propriétés comprennent :

Résistance au pelage

La force de liaison entre le conducteur en cuivre et le matériau diélectrique définit la résistance au pelage fournie en livres par pouce linéaire.

Il mesure la quantité de force nécessaire pour séparer les matériaux collés à un angle de séparation de 180 degrés.

Résistance à la flexion

La capacité d'un matériau FERRO à supporter des contraintes mécaniques sans se fracturer définit sa résistance à la flexion.

Vous déterminez la résistance à la flexion du matériau PCB en fournissant des supports d'extrémité et en chargeant le milieu. L'unité de mesure est la livre par pouce carré.

Module de traction

Le module de traction est une mesure de résistance pour les matériaux PCB FERRO généralement fournis à la place de la résistance à la flexion.

Le module de traction évalue le rapport contrainte / déformation dans une direction spécifique et décrit comme la force par unité de surface.

Temps de délaminage

A une température donnée, le temps de délaminage mesure le temps qu'il faut à un matériau pour résister au délaminage.

Le délaminage implique la séparation de la résine du stratifié.

Le choc thermique, la température de transition vitreuse inappropriée, l'humidité et une technique de stratification inférieure peuvent induire un délaminage.

Quels types de cartes PCB pouvez-vous utiliser des matériaux FERRO ?

Vous pouvez utiliser des matériaux FERRO dans les types de PCB suivants :

Figure 3 Circuit imprimé monocouche vs double couche

PCB simple couche vs double couche

  • PCB monocouche : Forme la majorité des types de panneaux avec la conception la plus simple et les coûts de fabrication les plus bas.

Possède une seule couche conductrice pour la fixation des composants.

  • PCB double couche : Une couche conductrice est au-dessus d'un substrat non conducteur, tandis qu'une autre en dessous.

Vous pouvez utiliser des vias pour relier les pastilles des deux cartes afin de joindre les deux couches conductrices.

  • PCB multicouche: Décrit une carte de circuit imprimé avec trois couches conductrices ou plus.

Au moins une couche conductrice se trouve entre le substrat non conducteur et les couches conductrices supérieure et inférieure.

  • PCB rigide: Le matériau du substrat est une structure solide qui ne cède pas à la flexion ou au pliage. Fournit un support mécanique à la carte.

Quelles sont les directives importantes lors de la fourniture de PCB à partir de matériaux FERRO ?

Gardez à l'esprit les directives suivantes lors du choix des matériaux FERRO pour votre circuit imprimé :

Les constantes diélectriques doivent correspondre

Les constantes diélectriques du matériau FERRO et des autres composants de la carte doivent correspondre pour éviter les problèmes de performances.

Coût

Les matériaux FERRO peuvent coûter très cher, mais vous obtenez les meilleures propriétés pour diverses fonctions du panneau.

Utilisez des feuilles lisses et conductrices

Une feuille de cuivre lisse réduit les pertes aux hautes fréquences tandis que de mauvais conducteurs peuvent provoquer un amortissement du circuit.

Faire correspondre le coefficient de dilatation thermique

Une inadéquation du CTE pour les matériaux POCB incluant les matériaux FERRO peut entraîner des taux d'expansion séparés préjudiciables à la structure de la carte.

Pouvez-vous utiliser des matériaux FERRO dans des circuits imprimés haute fréquence ?

Avec les circuits haute fréquence, vous traitez des signaux petits ou précis.

La capacité des circuits à traiter correctement les signaux de bas niveau dépend d'un boîtier avec le moins de pertes possible.

Les pertes surviennent à la suite de réflexions où les impédances varient avec l'absorption du signal dans les matériaux PCB. Les matériaux FERRO vous offrent une excellente absorption du signal évitant les pertes.

Vous pouvez suivre les variations d'impédance aux pertes causées par les réflexions.

De plus, les variations d'épaisseur du stratifié, de constante diélectrique et de largeur de trace contribuent toutes à ces problèmes.

Vous pouvez loger un circuit haute fréquence dans un circuit imprimé à deux couches ou plus lors de l'utilisation de matériaux FERRO en raison de la complexité réduite.

Par conséquent, vous pouvez stratifier une ou plusieurs couches compte tenu des pertes et des propriétés diélectriques réduites.

Pourquoi avez-vous besoin de percer des trous à travers les matériaux FERRO dans les PCB ?

Les découpes, les fentes et la forme générale de la carte finie impliquent les propriétés fabriquées d'une carte de circuit imprimé brute.

Les trous percés dans la planche ont la plus grande importance.

Il existe trois types de trous, chacun ayant un but différent comme suit :

Trous traversants

Vous transportez des signaux électriques pour l'alimentation et la terre à travers les couches de la carte en utilisant des vias qui sont de petits trous plaqués.

Les vias sont disponibles dans une variété de formes et de tailles en fonction de l'application, y compris les vias traversants, enterrés, borgnes et micro.

Routes

Routes

Trous de composant

Alors que la plupart des composants de la carte sont montés en surface, de nombreux autres sont encore mieux fixés via un emballage traversant.

Il s'agit généralement d'interrupteurs et d'autres pièces mécaniques nécessitant un montage plus sûr.

Trous mécaniques

Les caractéristiques mécaniques que vous attachez à un PCB, y compris les ventilateurs et les supports, nécessitent des trous pour la fixation.

Ces trous ne sont généralement pas plaqués mais peuvent l'être lorsqu'une connexion au tableau électrique est nécessaire.

Vous pouvez utiliser des trous de montage pour répartir la chaleur des composants chauds vers les couches planes internes.

Lorsque vous utilisez de tels trous dans le processus de fabrication, ce sont des trous d'outillage.

Quelles sont certaines des directives de perçage pour les PCB utilisant le matériau FERRO ?

Il existe plusieurs façons d'aborder le processus de perçage sur une carte de circuit imprimé utilisant du matériau FERRO :

Même diamètre de perçage

Votre carte peut impliquer de nombreux forets partageant un diamètre similaire, nécessitant ainsi un changement de forets pendant le processus.

La commutation peut engendrer des problèmes de tolérance que vous pouvez surmonter en modifiant certaines tailles de foret.

Diamètre de forage minimal

Utilisez des tailles de forets mécaniques en fonction de l'épaisseur de la planche. Le forage avec des diamètres de foret inférieurs est difficile, ainsi que le placage en raison du rapport d'aspect du foret plus petit.

Évitez les vias aveugles et enterrés

Utilisez uniquement des vias borgnes et enterrés lorsque cela est nécessaire pour une architecture haute densité ou des circuits à haute vitesse.

Le processus de construction de vias aveugles et enterrés augmente considérablement le coût de fabrication des cartes.

Quelles techniques de perçage pouvez-vous utiliser dans les circuits imprimés utilisant des matériaux FERRO ?

Il existe deux principales techniques de perçage disponibles lors de la fabrication des PCB : le perçage mécanique et le perçage au laser.

  • Forage mécaniqueLes perceuses mécaniques sont moins précises, mais elles sont simples à utiliser.

Vous utilisez des forets dans cette technologie de forage pour des trous dépassant un diamètre d'environ 6 mils.

Figure 5 Perçage mécanique PCB

Perçage mécanique PCB

  • Forage laserAvec les perceuses laser, vous pouvez fournir des trous beaucoup plus petits avec la pièce et l'outil en évitant les uns les autres tout au long de l'opération.

Le contrôle de la profondeur est aisé avec la possibilité de réaliser des vias borgnes et enterrés.

Figure 6 Perçage laser PCB

Perçage laser PCB

Quels aspects prenez-vous en compte lorsque vous percez des circuits imprimés avec du matériau FERRO ?

Lors du perçage d'un circuit imprimé composé de matériau FERRO, vous tenez compte de deux aspects majeurs :

  • Aspect Ratio: La capacité à plaquer avec succès du cuivre à l'intérieur des vias définit le rapport d'aspect.

Le placage de trous plus petits prend du temps et nécessite donc l'utilisation d'un bain de placage.

  • Dégagement du perçage au cuivre : Constitue la zone autour du bord d'un trou percé et de la fonction cuivre. Cette valeur est généralement d'environ huit mils et une variation mineure peut perturber le circuit.

Quels problèmes pouvez-vous rencontrer lors du perçage de matériaux FERRO dans des circuits imprimés ?

Certains des problèmes que vous rencontrez lors du processus de forage incluent :

  • Le déplacement du foret par rapport à l'axe prévu peut nuire à la précision du trou.
  • Le trou foré peut avoir des parois rugueuses entraînant un placage non uniforme.
  • La friction pendant le processus de forage produit de la chaleur qui fait fondre la résine.
  • Des bavures peuvent se manifester aux points d'entrée et de sortie du foret.
  • Les couches peuvent présenter une séparation dans un processus de délaminage.
  • Des formations de cuivre sous forme de têtes de clous peuvent résulter du processus.

Quelles sont certaines des directives concernant le perçage de PCB composés de matériaux FERRO ?

Lors du perçage de circuits imprimés en matériau FERRO, vous devez tenir compte des conseils suivants :

  • Gardez le rapport d'aspect au minimum pour éviter l'usure résultant du perçage.
  • Utilisez un nombre minimal de tailles de foret pour réduire le temps de forage.
  • Vérifiez la connexion créée par des trous non plaqués et la description du trou.
  • Identifiez les perceuses et les éléments en cuivre positionnés au-delà du profil de la carte.
  • Comparez la tolérance de perçage avec les vias en vous assurant qu'ils sont conformes au rapport d'aspect souhaité.
  • Consultez les exigences de remplissage des vias et les directives de fabrication fournies.

Comment graver les matériaux FERRO dans les PCB ?

La gravure est l'enlèvement de matière d'une surface pour révéler un dessin ou un motif souhaité.

Vous utilisez couramment des produits chimiques liquides dans le processus de gravure parallèlement aux méthodes plasma et laser.

  • Gravure chimique : La gravure chimique est une méthode de fabrication soustractive qui utilise des produits chimiques pour l'enlèvement de matière.

La procédure consiste à immerger le matériau dans un produit chimique caustique qui réagit avec la région coupée en le dissolvant.

  • Gravure laser : Vous utilisez un laser haute puissance pour façonner la trace du substrat via un contrôle informatique.

L'énergie du faisceau laser modifie la composition chimique du matériau, permettant sa libération par écaillage ou évaporation.

  • Gravure au plasma : Dans ce processus, vous concentrez un flux de plasma à grande vitesse composé d'une combinaison de gaz vers un matériau.

La gravure au plasma est simple, sans aucun résidu humide, ce qui réduit les risques de contamination et améliore les tolérances dimensionnelles de la carte.

Si vous avez besoin de matériel FERRO ou de matériel PCB, Venture est là pour vous aider - contactez-nous dès aujourd'hui.