Du FR-4 à l’aluminium : quel substrat choisir pour la fabrication de sa carte électronique ?


Carte electronique | 9 mai 2023

La carte électronique est un composant essentiel de nombreux appareils électroniques, des smartphones aux ordinateurs en passant par les équipements industriels. Or, l’un des éléments clés de la conception d’une carte électronique est le substrat, qui peut être fabriqué à partir d’une variété de matériaux. Chacun de ces matériaux a ses avantages et ses inconvénients, qui peuvent déterminer votre choix en fonction de votre projet.

 

Dans cet article, nous examinerons les avantages et les inconvénients des différents matériaux utilisés dans la fabrication de carte électronique, afin de vous aider à choisir le substrat le plus adapté à votre projet.

 

Rapide cours d’anatomie : les différentes couches d’une carte électronique

 

Avant de passer aux différents matériaux qu’on peut retrouver dans la fabrication des cartes électroniques, un point s’impose sur l’anatomie d’un circuit imprimé

Une carte électronique est un support qui permet de connecter différents composants électroniques entre eux, et ce support est constitué de plusieurs couches :

 

  • Le préimprégné (ou “prepreg”), utilisé pour créer les couches internes de la carte électronique, qui sont ensuite pressées et chauffées ensemble pour former une plaque rigide et isolante. 
  • Le substrat, composé d’un matériau non conducteur et qui constitue la couche sur laquelle sont placés et assemblés tous les composants. 
  • La piste conductrice, une fine couche de cuivre qui est déposée sur le substrat. Cette couche permet la transmission de l’électricité entre les différents composants électroniques.
  • Le masque de soudure est une couche de matériau isolant qui est appliquée sur la couche de cuivre pour protéger les pistes conductrices des erreurs de soudure et des courts-circuits.
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Le choix du substrat est primordial et dépend des exigences spécifiques de l’application, telles que la flexibilité, la durabilité, la conductivité, la résistance à la chaleur, etc. Or, comme vous allez le voir, les matériaux ne manquent pas pour créer des substrats, il convient donc de faire le bon choix…

 

Décryptage des différents matériaux utilisés dans les substrats de carte électroniques : avantages et inconvénients

 

Il existe une multitude de matériaux différents pour concevoir des substrats. Chez Aube Electronique, nous avons choisi de travailler avec des substrats en FR-4 et en aluminium afin de répondre au mieux à vos besoins. Penchons-nous d’ailleurs un peu sur les avantages et les inconvénients de ces supports…

 

Le FR-4 : le substrat le plus largement utilisé

 

Le FR-4 est le matériau que l’on retrouve le plus souvent dans la fabrication de substrats pour carte électronique. Il s’agit d’une feuille stratifiée époxy et renforcée de verre. Le FR-4 ne manque pas d’avantages : 

 

  • peu coûteux,
  • ignifuge (FR-4 signifie littéralement “retardateur de flamme de niveau 4”),
  • très résistant à l’humidité,
  • bonne isolation électrique. 

 

Le FR-4 est cependant moins efficace à haute fréquence et présente un coefficient de dilatation thermique relativement élevé.

 

L’aluminium : pour une dissipation de la chaleur optimale

 

Les substrats en aluminium proposent une excellente dissipation de la chaleur, bien plus que le FR-4. Ils peuvent ainsi aisément supporter des températures jusqu’à 350 °C ! 

Pour davantage de clarté, voici les avantages d’un substrat en aluminium :

 

  • excellente dissipation thermique, supérieure aux autres substrats, 
  • excellente performance à haute fréquence.
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Cependant, les substrats en aluminium ont tendance à être plus coûteux que le FR-4 tout en ayant une épaisseur plus importante que la plupart des autres substrats.

 

En raison de leurs propriétés, les substrats en aluminium sont tout indiqués pour des applications à haute puissance, comme de l’éclairage LED par exemple.

 

Le choix du substrat pour une carte électronique est ainsi un élément crucial de la conception, qui peut avoir un impact important sur la performance et la fiabilité du produit final. Chaque matériau a ses avantages et ses inconvénients, à vous donc de peser le pour et le contre, et de déterminer les propriétés les plus importantes pour vous en fonction de l’application souhaitée.