Les circuits imprimés transparents sont l'une des inventions les plus modernes de l'industrie électronique. Grâce à leur transparence, le circuit interne est visible à travers les cartes. Ce type de transparence peut être obtenu grâce à des matériaux tels que le verre, le polyimide et la céramique, qui offrent une transmissivité optique élevée. Les circuits imprimés transparents trouvent de plus en plus d'applications dans les hautes technologies, comme les dispositifs médicaux, l'électronique grand public et la technologie de communication 5G.
Après avoir lu cet article, vous aurez acquis une compréhension de base du matériaux, types et méthodes de production des PCB transparents, et comment ils propulsent les industries vers de nouveaux sommets. Ce blog contribuera à clarifier les principaux apports et enjeux, et à comprendre l'importance des PCB transparents dans le contexte actuel. technologies avancées.
Introduction aux PCB transparents
Les circuits imprimés transparents sont composés de matériaux uniques, une caractéristique qui leur permet de pénétrer la lumière. Ces variantes transparentes des circuits imprimés opaques classiques offrent une opportunité aux industries qui souhaitent inspecter des composants internes ou apprécier l'esthétique de leur conception. Par exemple, dans DEL appareils et autres appareils électroniques, cela devient beau si l'appareil électronique a un PCB en verre, pas en plastique.
Le PCB transparent ne compromet pas les performances. Il conserve les mêmes fonctionnalités électriques, alliant ainsi beauté et fonctionnalité. Les PCB transparents sont utilisés dans de nombreux secteurs, notamment les technologies portables, l'électronique flexible et les dispositifs médicaux, où leur flexibilité, leur attrait et leur robustesse offrent d'excellents avantages.
Matériau PCB transparent
La composition des matériaux des circuits imprimés transparents est l'aspect le plus critique. Ces matériaux doivent être choisis avec le plus grand soin pour obtenir la transparence requise et des propriétés mécaniques et électriques satisfaisantes. Voici les substrats de circuits imprimés transparents les plus courants :
Polyimide transparent
La flexibilité et la stabilité thermique du polyimide en font un matériau de choix pour les circuits imprimés flexibles transparents. La transparence des circuits imprimés peut atteindre 95 %. Grâce à sa finesse et à sa souplesse, les circuits imprimés flexibles transparents sont conçus pour être tordus et pliés.
Polycarbonate (PC)
Les circuits imprimés transparents utilisent un matériau appelé polycarbonate, résistant aux chocs et offrant une bonne transmission de la lumière. Léger, résistant aux chocs et capable de supporter des températures extrêmes, le polycarbonate est très utilisé dans les circuits imprimés transparents des appareils électroniques exigeant une robustesse optimale, comme les écrans automobiles, l'électronique grand public et les boîtiers de protection des composants électroniques fragiles.
Polyéthylène téréphtalate (PET)
Il est évident que le polyéthylène téréphtalate (PET) est le matériau le plus souvent choisi pour les circuits imprimés transparents en raison de ses propriétés de résistance mécanique et chimique. Le PET est principalement utilisé dans les circuits imprimés flexibles (FPC), qui requièrent à la fois transparence et flexibilité. Les circuits imprimés à base de PET trouvent des applications dans les objets connectés, les gadgets sportifs, les écrans flexibles et l'électronique pliable.
Polyméthacrylate de méthyle (PMMA)
Également connu sous le nom d'acrylique, le PMMA offre une excellente transmission de la lumière et peut même remplacer le verre grâce à son poids réduit. La supériorité du PMMA en fait un matériau largement utilisé dans les systèmes d'éclairage, les écrans transparents et les dispositifs optiques.
Époxy renforcé de verre (G10 ou FR4)
Bien qu'ils n'atteignent pas une transparence totale, les polymères époxy renforcés de verre peuvent être transformés en circuits imprimés transparents. Leur résistance mécanique est élevée et leur auto-isolation électrique est bonne. Dans les applications de contrôle industriel et d'éclairage LED, les composites verre-époxy offrent une transmission lumineuse partielle et un support structurel.
Polymère à cristaux liquides (LCP)
Le LCP est un thermoplastique technique aux performances exceptionnelles, avec une bonne résistance électrique et une faible absorption d'eau. Il offre également d'excellentes performances contre les signaux haute fréquence et sa transparence est un atout majeur, ce qui le rend idéal pour les appareils de communication haut de gamme et les instruments médicaux.
Types de PCB transparents
Les circuits imprimés transparents sont disponibles dans de nombreuses variantes en fonction des exigences de clarté, de facilité d'utilisation et d'efficacité.
PCB en verre transparent (Circuit imprimé en verre) :
La plupart des appareils électroniques utilisent des circuits imprimés en verre ou en saphir, garantissant une excellente clarté optique et une excellente résistance. La fabrication de circuits imprimés en verre est principalement privilégiée dans les secteurs où l'esthétique et la durabilité sont primordiales. Ils sont utilisés dans la plupart des applications, telles que les écrans LED et les systèmes optiques haut de gamme.
Circuit imprimé transparent en céramique :
Ces circuits imprimés transparents utilisent des céramiques comme matériaux de matrice, notamment de l'alumine ou de la magnésie. Grâce à leur bonne conductivité thermique, ces matériaux conviennent aux applications haute puissance comme l'éclairage infrarouge, les LED haute puissance et autres dispositifs générateurs de chaleur. Bien qu'invisibles, ils offrent néanmoins une transparence suffisante pour certaines applications optiques dans des domaines spécifiques.
Transparent PCB flexible:
L'utilisation de polyimide ou de PET transparents n'exclut pas l'intégration de circuits imprimés flexibles transparents. Ces circuits imprimés flexibles transparents présentent des propriétés de flexibilité et de légèreté grâce à l'utilisation de films de polyimide ou de PET transparents. Ces types de circuits imprimés sont utilisés dans les appareils portables et les caméras et permettent aux concepteurs d'intégrer des circuits dans des dispositifs pliables, augmentant ainsi la portabilité et la flexibilité de conception.
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Type
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Avantages
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Désavantages
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Applications
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PCB en verre transparent
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Entièrement transparent, résistant aux hautes températures, respectueux de l'environnement
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Fragile, coût de production plus élevé
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Écrans LED, panneaux solaires, dispositifs optiques
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Circuit imprimé transparent en céramique
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Haute durabilité, excellente résistance à la chaleur
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Moins transparent, cher
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Fenêtres infrarouges, LED haute puissance, applications industrielles
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PCB flexible transparent
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Léger, flexible, facilement adaptable
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Faible résistance thermique, complexe à réaliser
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Électronique portable, dispositifs médicaux flexibles, téléphones pliables
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Considérations pour la conception de circuits imprimés transparents
Pour obtenir la transparence visuelle requise et les fonctionnalités requises, la conception d'un circuit imprimé transparent représente un défi technologique et matériel. Voici quelques points à prendre en compte :
1. Sélection des matériaux
Le choix du matériau du substrat détermine la gestion thermique, la clarté optique et la flexibilité physique. Les matériaux principalement utilisés pour les circuits imprimés transparents sont le verre, le polyimide transparent et la céramique, chacun possédant ses propres propriétés et étant donc utilisé pour différentes applications.
2. Gestion thermique
En raison de leur transparence, les matériaux présentent généralement une conductivité thermique inférieure à celle des substrats PCB plus traditionnels tels que le FR4. La gestion thermique est donc particulièrement importante pour la conception de PCB transparents à haute densité de puissance. Les ingénieurs doivent inclure des mécanismes efficaces de dissipation thermique, notamment des dissipateurs thermiques ou des vias thermiques, afin d'assurer une dissipation optimale de la chaleur. Dans le cas contraire, les PCB transparents risquent de surchauffer, ce qui peut réduire leurs performances ou entraîner leur défaillance.
3. Stabilité mécanique
Les circuits imprimés transparents, notamment ceux à base de verre, sont beaucoup plus fragiles que leurs homologues opaques. Bien que les circuits imprimés en verre soient extrêmement transparents et rigides, ils sont toujours susceptibles de se fissurer ou de se briser sous l'effet de contraintes mécaniques. Les concepteurs doivent pouvoir intégrer des dispositifs de protection, tels que des couches de renfort ou des supports flexibles, afin de garantir que la carte résiste aux contraintes physiques lors de l'installation et du fonctionnement.
4. Complexité de fabrication
Contrairement aux circuits imprimés classiques, la fabrication de circuits imprimés transparents nécessite des procédés et des matériaux spécifiques, ce qui les rend plus complexes. Par exemple, travailler avec des substrats transparents en verre ou en polyimide est plus complexe qu'avec des matériaux stratifiés FR4. La gravure, le placage et même l'empilement de couches supplémentaires doivent être réalisés avec précision pour préserver la transparence et les fonctionnalités standard du circuit imprimé.
Dans le cas des circuits imprimés flexibles transparents, l'application de pistes de cuivre est un défi pour les ingénieurs et les concepteurs. Ces substrats n'utilisent généralement pas plus de deux fines couches de cuivre, ce qui rend la création d'un circuit pratique plus complexe que pour les circuits imprimés rigides. De plus, les procédés de perçage, de découpe et même de gravure laser sont plus complexes en raison de la nature même de ces substrats, comme le verre ou la céramique.
Ce processus général comprend :
Fabrication du substrat : Le matériau transparent (par exemple, du verre ou du polyimide) est traité pour créer la couche de base du PCB.
Application de la couche de cuivre : De fines couches de cuivre sont utilisées pour créer des chemins conducteurs pour les signaux électriques sur la carte. Il faut être très prudent lors de l'application de ces couches de cuivre afin de ne pas compromettre la clarté de la carte.
Photolithographie et gravure : Au-dessus de la couche de cuivre, une couche de résine photosensible est formée et exposée aux UV, créant ainsi un motif de circuit spécifique. Tout le cuivre indésirable est éliminé, ne laissant que les espaces gravés sur le couvercle présentant la géométrie appropriée.
Masque de soudure et finition de surface : Le masque de soudure, par exemple le placage à l'or par immersion, est utilisé lors de l'assemblage pour couvrir les circuits et éviter les dommages, ainsi que la finition de surface.
Inspection et USP,EP, BP: Après avoir fabriqué le PCB transparent, les ingénieurs effectuent des tests supplémentaires approfondis de la carte pour valider toutes les exigences en termes de clarté et de comportement électrique approprié.
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Conclusion
L'introduction des circuits imprimés transparents dans l'industrie a révolutionné la conception de circuits imprimés, intégrant transparence fonctionnelle et esthétique. Leur utilisation dans des domaines de pointe, tels que les technologies portables, les dispositifs médicaux et l'électronique grand public haut de gamme, est en plein essor en raison des exigences d'esthétique et de performance. L'essor de ces circuits imprimés ne cesse de progresser dans le développement de l'électronique et offre des possibilités de créativité quasi infinies.
