Raidisseurs de PCB : matériaux, placement et fixation

Les raidisseurs de PCB sont des supports mécaniques ajoutés à certaines zones de la carte. Distincts du circuit lui-même, ils apportent une rigidité locale et facilitent la manipulation ainsi que l’assemblage. 

Les raidisseurs renforcent mécaniquement les circuits imprimés et aident à répondre aux contraintes de fabrication et d’utilisation. Sur les circuits flexibles, ces supports sont ajoutés pour rigidifier uniquement les zones qui en ont besoin.

Avantages des raidisseurs de circuits imprimés#

• Renfort mécanique : Ils augmentent la rigidité et la résistance de zones ciblées et limitent le gauchissement, la flexion et la torsion. Cela est particulièrement utile pour les sections porteuses ou fortement sollicitées.
• Limitation des flexions indésirables : Ils limitent les déformations sous charge et soutiennent la stabilité ainsi que la fiabilité du circuit. Ils contribuent à éviter les dommages pendant l’installation, la manipulation et le fonctionnement normal.
• Contribution à la dissipation thermique : Un matériau thermoconducteur et une liaison adaptée peuvent aider à répartir et à évacuer la chaleur. Le bénéfice réel dépend du matériau, de la couche adhésive et du chemin thermique complet.
• Renforcement des connexions : Une disposition appropriée soutient les connecteurs, ports et zones fragiles du circuit, en les protégeant des charges et de l’usure lors des branchements, débranchements et utilisations.
• Fixation d’éléments supplémentaires : Les raidisseurs peuvent fournir un support pour des dissipateurs, capteurs ou modules électroniques et faciliter l’ajout de fonctionnalités.
• Précision du positionnement : Ils peuvent guider et maintenir la carte pendant l’assemblage afin de réduire les erreurs d’alignement.
• Maîtrise des vibrations et résonances : Les raidisseurs modifient le comportement vibratoire du circuit. Une conception adaptée peut limiter les vibrations, mais les effets sur l’intégrité du signal et les interférences doivent être vérifiés sur l’ensemble réel.

Les raidisseurs contribuent ainsi aux performances et à la fiabilité des circuits flexibles, surtout lorsque certaines zones exigent davantage de résistance mécanique et de stabilité.

Découvrir l’assemblage de circuits imprimés chez PCBPit >>

Types de raidisseurs#

Comprendre les matériaux disponibles et leurs propriétés permet de choisir le raidisseur adapté à un circuit flexible. Voici les principales solutions :

Raidisseurs en polyimide (PI)

Ils sont constitués d’un film polymère résistant à la chaleur et peuvent être empilés pour obtenir une épaisseur supérieure. Ils s’utilisent avec des adhésifs et des procédés de brasage compatibles. La maîtrise de l’épaisseur et de la rigidité locale aide à définir les zones de pliage et les dimensions des contacts.

Ils empêchent certaines zones du produit fini de se plier inutilement. On les retrouve au niveau des languettes à contacts dorés insérées dans un connecteur, ou sur leur face opposée, pour les soutenir et limiter l’usure.

Kapton est un film polyimide largement utilisé. Aux extrémités destinées notamment aux connecteurs ZIF, il peut apporter l’épaisseur et le soutien local nécessaires. L’objectif est de stabiliser la connexion tout en conservant la souplesse des zones prévues pour fléchir.

Raidisseurs en FR-4

Le FR-4 associe des fibres de verre à une résine époxy et constitue un renfort courant pour les circuits flexibles. Il fournit un support rigide lors du placement des composants et du brasage par refusion.

Un cadre de soutien en FR-4 autour de la carte peut, selon la conception, simplifier ou remplacer un support de transport CMS et réduire les coûts d’assemblage. Il doit préserver l’accès pour l’insertion des composants traversants et le brasage des plages.

Raidisseurs métalliques en acier inoxydable ou aluminium

L’acier inoxydable et l’aluminium sont envisagés lorsque la rigidité, la mise en forme, la résistance à la corrosion et la durabilité sont importantes. Un alliage et une finition adaptés apportent un soutien supplémentaire au circuit flexible pendant l’assemblage.

Voir les solutions de circuits imprimés PCBPit >>

Placement des raidisseurs sur un circuit flexible#

Raidisseurs sur la face supérieure

Les raidisseurs supérieurs soutiennent les zones nécessaires du circuit flexible. Lorsqu’une structure transmet des charges importantes, par exemple une liaison vers un écran LED, ils peuvent aider à les répartir sur la surface de la carte.

Raidisseurs sur la face inférieure

Un renfort inférieur est utilisé lorsqu’une zone exige un soutien supplémentaire, notamment sous une section portant des composants. Il accroît le support mécanique et peut limiter les dommages dus aux sollicitations répétées.

Raidisseurs sur les deux faces

Renforcer les faces supérieure et inférieure augmente la stabilité et la rigidité locale des zones importantes. Différents métaux et polymères peuvent être associés. Avec plusieurs raidisseurs, il faut identifier les zones à rigidifier et celles qui doivent rester souples, en s’appuyant sur une analyse mécanique et sur les emplacements de flexion du produit final.

Dans certains cas, un soutien des deux côtés est nécessaire pour atteindre la résistance structurelle souhaitée. Il peut être utile face à des charges multidirectionnelles ou à la compression. La zone renforcée devient toutefois moins souple : les zones de flexion dynamique doivent être distinctes et les concentrations de contraintes aux bords des raidisseurs évitées.

Fixation des raidisseurs sur un circuit flexible#

Les deux méthodes courantes sont le collage thermique et l’adhésif sensible à la pression, ou PSA. 

Chaque méthode présente des avantages et des limites. Le choix dépend des objectifs de conception, de l’environnement et des matériaux. Avec un matériau et un procédé appropriés, le collage thermique peut produire une liaison solide pour des charges importantes, mais nécessite parfois un équipement particulier. Le PSA est souvent plus simple et économique à appliquer ; sa stabilité à long terme sous température et charge dépend de l’adhésif. Même pour une faible sollicitation ou une liaison démontable, validez le comportement dans les conditions réelles.