Technologie PCB - FPC technologie et matériaux développement et tendances technologiques

La technologie FPC fait référence aux cartes de circuits imprimés fabriquées à partir de matériaux flexibles par des procédés tels que l'impression, le placage, etc. Contrairement aux cartes rigides traditionnelles, les FPC peuvent être pliés et pliés librement dans certaines limites, ce qui les rend parfaits pour une utilisation avec des appareils électroniques à espace restreint. En raison de ses avantages tels que son poids léger, sa petite taille et sa capacité de pliage, le FPC est largement utilisé dans divers produits électroniques, tels que les smartphones, les tablettes, les appareils portables, etc.

Dans le cas d'un FPC classique, le conducteur en feuille de cuivre est fixé sur un film de base tel qu'un Polyimide avec interposition d'un adhésif tel qu'une résine époxy, puis le circuit formé par gravure est recouvert d'un film de protection. Cette structure utilise des adhésifs tels que des résines époxy. En raison de la grande fiabilité mécanique de cette composition de couche, il reste encore aujourd'hui l'une des structures standard couramment utilisées. Cependant, les adhésifs tels que les résines époxy ou acryliques sont moins résistants à la chaleur que les films à matrice de résine polyimide, ce qui en fait un goulot d'étranglement qui détermine la limite supérieure de température d'utilisation de l'ensemble du FPC (goulot d'étranglement).

Dans ce cas, il est nécessaire d'exclure la structure FPC de l'adhésif avec une faible résistance à la chaleur. Cette configuration permet non seulement de minimiser l'épaisseur de l'ensemble du FPC, d'améliorer considérablement les propriétés mécaniques telles que la résistance à la flexion, mais aussi de favoriser la formation de circuits fins ou multicouches. Un matériau de plaque de cuivre revêtu sans adhésif, constitué uniquement d'une couche de Polyimide et d'une couche conductrice, a été mis en pratique, ce qui élargit le choix de matériaux adaptés à divers usages.

Il existe également des FPC avec une structure traversante double face ou une structure multicouche parmi les FPC. La structure de base d'un circuit double face FPC est à peu près la même que celle d'un PCB rigide. L'adhésif est utilisé pour le collage inter - couches. Cependant, les FPC haute performance récents ne comprennent pas d'adhésif et n'utilisent que des résines Polyimide pour former des plaques revêtues de cuivre. Il y a beaucoup d'exemples. La composition des couches d'un circuit multicouche FPC est beaucoup plus complexe que celle d'un PCB imprimé. On les appelle flexibles rigides multicouches ou flexibles multicouches. Augmenter le nombre de couches diminue la flexibilité, réduit le nombre de couches utilisées pour le pliage dans la pièce ou élimine l'adhérence entre les couches, ce qui peut augmenter la liberté de mouvement mécanique. De nombreux processus de chauffage sont nécessaires pour fabriquer des plaques flexibles rigides multicouches, de sorte que les matériaux utilisés doivent avoir une résistance élevée à la chaleur. L'utilisation de plaques de cuivre revêtues sans adhésif est en augmentation.

Tendances technologiques FPC

Avec des utilisations diversifiées et compactes, les FPC utilisés dans l'électronique nécessitent des circuits haute densité ainsi que des performances élevées au sens qualitatif. Changements récents dans la densité des circuits FPC. La méthode de soustraction (méthode de gravure) peut être utilisée pour former des circuits monofaces avec un espacement des conducteurs de 30 µm ou moins, et des circuits bifaces avec un espacement des conducteurs de 50 µm ou moins ont également été mis en pratique. Les diamètres des Vias entre les couches conductrices reliant les circuits bifaciaux ou les circuits multicouches sont également de plus en plus petits et les Vias de diamètre inférieur à 100 µm sont maintenant à l'échelle de la production en série.

Gamme de fabrication possible de circuits haute densité du point de vue de la technologie de fabrication. Selon l'espacement des circuits et le diamètre des Vias, les circuits haute densité sont grossièrement divisés en trois types: (1) FPC traditionnel; (2) FPC haute densité; (3) FPC ultra haute densité.

Dans la méthode traditionnelle de soustraction, des FPC avec un pas de 150 µm et un diamètre de trou traversant de 15 µm ont été produits en série. Grâce à l'amélioration des matériaux ou des équipements d'usinage, il est possible d'usiner un pas de circuit de 30 µm même en soustraction. De plus, grâce à l'introduction de procédés tels que le laser CO2 ou la gravure chimique, il est possible de réaliser une production et un usinage en série de Vias de 50 µm de diamètre, la plupart des FPC haute densité actuellement produits en série étant usinés par ces techniques.

Mais si l'espacement est inférieur à 25 µm et que le diamètre du trou traversant est inférieur à 50 µm, il est difficile d'améliorer le rendement même en améliorant les techniques traditionnelles et de nouveaux procédés ou matériaux doivent être introduits. Le procédé proposé a plusieurs méthodes d'usinage, mais la méthode semi - Additive utilisant la technique de l'électroformage (pulvérisation) est la plus appropriée. Non seulement le processus de base est différent, mais les matériaux utilisés et les matériaux auxiliaires sont également différents.

D'autre part, les progrès de la technologie de connectivité FPC exigent des performances de fiabilité plus élevées de la part des FPC. Avec l'augmentation de la densité du circuit, des exigences diversifiées et de haute performance sont imposées aux performances du FPC. Ces exigences de performance dépendent en grande partie de la technologie de traitement du circuit ou des matériaux utilisés.

Matériaux de base pour FPC

Composition de base d'une carte de circuit imprimé flexible (FPC)

1. Substrat

Le substrat de la carte de circuit flexible est principalement en polyimide (PI) ou en film polyester (PET) qui fournit la base structurelle de la carte. Le Polyimide a une excellente résistance aux températures élevées et des caractéristiques de flexion, ce qui en fait un matériau de choix pour de nombreuses applications. D'autre part, le film de polyester est relativement économique, mais pas aussi bon que le Pi en termes de flexibilité et de résistance aux températures élevées.

2. Couche conductrice

La couche conductrice est principalement en feuille de cuivre et est responsable de la transmission des signaux électroniques. Le traitement de surface de la Feuille de cuivre affecte ses propriétés adhésives, par exemple en formant une surface brillante ou mate par placage, propriétés qui affectent directement la fiabilité et les performances de la ligne.

3. Couche d'isolation thermique

La couche isolante est généralement constituée d'un film de polyester ou de Polyimide dont la fonction principale est d'isoler et de protéger la couche conductrice. La couche isolante garantit non seulement l'isolation électrique entre les différents circuits, mais empêche également l'humidité et la poussière d'affecter le circuit, jouant un rôle de protection important dans la conception multicouche.

4. Film de couverture

Le film de couverture est une partie importante utilisée pour protéger la surface de la carte de circuit flexible, avec une épaisseur commune de 1 Mil et 1 / 2 Mil. Ce film améliore la durabilité du circuit tout en offrant une protection isolante supplémentaire pour réduire l'impact des facteurs environnementaux externes.

5. Adhésif

Le rôle de l'adhésif est d'assurer une liaison entre la couche isolante et la couche conductrice. Il sert non seulement à coller un film isolant sur un matériau conducteur, mais sert également de revêtement pour assurer la protection et l'isolation. L'adhésif est généralement enduit par la technique de la sérigraphie.

6. Autres éléments

En outre, la carte de circuit flexible peut également contenir des plaques de renfort pour améliorer sa résistance mécanique et faciliter son utilisation dans la pratique. Les plaques de renfort sont généralement situées entre d'autres matériaux pour fournir un soutien supplémentaire.

Stratifié

De nombreux fabricants de FPC achètent souvent des stratifiés sous forme de stratifiés, qui sont ensuite transformés en produits FPC en utilisant le stratifié comme matériau de départ. Les stratifiés FPC ou films de protection (films de recouvrement) utilisant des films de Polyimide de première génération sont fabriqués à partir d'adhésifs tels que des résines époxy ou acryliques. Les adhésifs utilisés ici sont moins résistants à la chaleur que les Polyimides, la résistance à la chaleur ou d'autres propriétés physiques du FPC étant limitée.

Pour éviter les inconvénients des plaques revêtues de cuivre avec des adhésifs traditionnels, les FPC haute performance, y compris les circuits haute densité, utilisent des plaques revêtues de cuivre sans adhésif. Jusqu'à présent, il existe de nombreuses méthodes de fabrication, mais il existe maintenant trois méthodes disponibles pour une utilisation pratique:

1) Processus de coulée

Le processus de coulée utilise la Feuille de cuivre comme matière première. La résine polyimide liquide est appliquée directement sur une feuille de cuivre activée en surface et traitée thermiquement pour former un film. La résine polyimide utilisée ici doit présenter une excellente adhérence sur la Feuille de cuivre et une excellente stabilité dimensionnelle, mais aucune résine polyimide ne peut répondre à ces deux exigences. On applique d'abord sur la surface de la Feuille de cuivre activée une fine couche de résine polyimide bien adhérente (couche adhésive), puis sur la couche adhésive (couche de coeur) une certaine épaisseur de résine polyimide de bonne stabilité dimensionnelle. En raison des propriétés thermophysiques différentes de ces résines Polyimide, de grandes fosses apparaissent dans le film de base si la Feuille de cuivre est gravée. Pour éviter ce phénomène, une couche adhésive est appliquée sur la couche de coeur afin d'obtenir une bonne symétrie de la couche de base.

Pour la fabrication de plaques de cuivre à double revêtement, la couche adhésive utilise une résine polyimide thermoplastique (thermofusible), puis une feuille de cuivre est laminée sur la couche adhésive à l'aide d'une méthode de pressage à chaud.

2) Processus de pulvérisation / placage

Le matériau de départ pour le processus de pulvérisation / placage est un film résistant à la chaleur avec une bonne stabilité dimensionnelle. La première étape consiste à former une couche de germe à la surface du film de Polyimide activé en utilisant un procédé de pulvérisation. Une telle couche de germination permet de garantir la résistance de liaison avec la couche de base conductrice tout en jouant le rôle de couche conductrice électroplaquée. On utilise généralement du nickel ou des alliages de nickel. Pour assurer la conductivité, une fine couche de cuivre est pulvérisée sur une couche de nickel ou d'alliage de nickel, puis le cuivre est plaqué à l'épaisseur spécifiée.

3) Méthode de pressage à chaud

La méthode de pressage à chaud consiste à appliquer une résine thermoplastique (résine adhésive thermoplastique) sur la surface d'un film de Polyimide résistant à la chaleur ayant une bonne stabilité dimensionnelle, puis à laminer une feuille de cuivre sur une résine thermofusible à haute température. On utilise ici un film composite en polyimide.

Ce film composite en polyimide est disponible auprès de fabricants spécialisés et le processus de fabrication est relativement simple. Lors de la fabrication d'un stratifié recouvert de cuivre, le film composite et la Feuille de cuivre sont laminés ensemble et pressés à chaud à haute température. L'investissement en équipement est relativement faible et convient à la production de petites quantités et de variétés multiples. La fabrication de plaques de cuivre à double revêtement est également plus facile.

Un autre élément matériel important constituent le FPC est la couche de protection (couche de recouvrement) pour laquelle divers matériaux de protection ont maintenant été proposés. Une première couche de protection pratique consiste à revêtir le même film résistant à la chaleur que le substrat et à utiliser le même adhésif que le stratifié de cuivre. Cette structure, caractérisée par une bonne symétrie, occupe encore une part importante du marché et est souvent appelée « film Cover ». Cependant, une telle couche de protection en film mince est difficile à automatiser le processus d'usinage, ce qui augmente le coût global de fabrication et, en raison de la difficulté d'usinage de vitres fines, ne répond pas aux besoins des SMT à haute densité qui sont devenus courants ces dernières années.