PCB Tecnico - Tecnologie FPC, sviluppo dei materiali e tendenze tecnologiche

La tecnologia FPC si riferisce ai circuiti stampati fatti da materiali flessibili mediante stampa, placcatura e altri processi. Rispetto ai tradizionali circuiti rigidi, FPC può essere piegato e piegato liberamente all'interno di una certa gamma, rendendolo quindi ideale per l'uso in dispositivi elettronici con vincoli di spazio. A causa dei vantaggi di leggero, di piccole dimensioni, pieghevole, ecc., FPC è ampiamente utilizzato in tutti i tipi di prodotti elettronici, come smartphone, tablet PC, dispositivi indossabili e così via.

Nel caso di FPC tradizionale, il conduttore della lamina di rame è fissato su una pellicola di base come la poliimide interposta con un adesivo come la resina epossidica, e quindi il circuito formato dall'incisione è coperto da una pellicola protettiva. Questa struttura utilizza adesivi come resina epossidica. Grazie all'elevata affidabilità meccanica di questa composizione dello strato, è ancora oggi una delle strutture standard comunemente utilizzate. Tuttavia, la resistenza al calore degli adesivi come resina epossidica o resina acrilica è inferiore a quella del film matrice della resina poliimidica, quindi diventa un collo di bottiglia che determina il limite superiore della temperatura di utilizzo dell'intero FPC (collo di bottiglia).

In questo caso, è necessario escludere la struttura FPC del legante con bassa resistenza al calore. Questa configurazione non solo minimizza lo spessore dell'intero FPC, migliora notevolmente le proprietà meccaniche come la resistenza alla flessione, ma facilita anche la formazione di circuiti sottili o circuiti multistrato. Sono stati messi in pratica materiali laminati rivestiti di rame privi di adesivo composti solo da strato di poliimide e strato conduttore, che ampliano la gamma di materiali adatti a vari scopi.

Ci sono anche FPC con una struttura a foro passante bifacciale o una struttura multistrato in FPC. La struttura di base del circuito bifacciale di FPC è approssimativamente la stessa di quella del PCB rigido. L'adesivo viene utilizzato per l'incollaggio degli strati intermedi. Tuttavia, il recente FPC ad alte prestazioni esclude l'adesivo e utilizza solo resina poliimidica per formare il pannello rivestito di rame. Ci sono molti esempi. La composizione dello strato dei circuiti multistrato FPC è molto più complicata di quella dei PCB stampati. Sono chiamati Multilayer Rigid Flex o Multilayer Flex. Aumentare il numero di strati ridurrà la flessibilità e riducendo il numero di strati nella parte per piegare, o eliminando l'adesione tra strati, può aumentare il grado di libertà di movimento meccanico. Per produrre pannelli rigidi-flessibili multistrato sono necessari molti processi di riscaldamento, quindi i materiali utilizzati devono avere un'elevata resistenza al calore. L'uso di laminati rivestiti di rame senza leganti è in aumento.

Tendenze tecnologiche FPC

Con la diversificazione degli usi e della compattezza, FPC utilizzato nei dispositivi elettronici richiede circuiti ad alta densità e alte prestazioni in senso qualitativo. Recenti cambiamenti nella densità del circuito FPc. Il metodo sottrattivo (metodo di incisione) può essere utilizzato per formare un circuito unilaterale con un passo conduttore di 30um o meno, e un circuito bifacciale con un passo conduttore di 50um o meno è stato anche messo in uso pratico. Anche il diametro del foro passante tra gli strati del conduttore che collegano circuiti bifacciali o circuiti multistrato sta diventando sempre più piccolo e ora i fori con diametri del foro passante inferiori a 100um hanno raggiunto la scala di produzione di massa.

Sulla base del punto di vista della tecnologia di produzione, la possibile gamma di produzione di circuiti ad alta densità. Secondo il passo del circuito e via diametro del foro, i circuiti ad alta densità sono approssimativamente divisi in tre tipi: (1) FPC tradizionale; (2) FPC ad alta densità; (3) FPC ad altissima densità.

Nel metodo sottrattivo tradizionale, FPC con un passo di 150um e un diametro del foro passante di 15um è stato prodotto in serie. A causa del miglioramento dei materiali o delle apparecchiature di elaborazione, un passo del circuito di 30um può essere elaborato anche nel metodo sottrattivo. Inoltre, a causa dell'introduzione di processi come il laser CO2 o l'incisione chimica, è possibile ottenere la produzione di massa e la lavorazione di fori passanti con un diametro di 50um, e la maggior parte dei FPC ad alta densità attualmente prodotti in serie sono elaborati da queste tecnologie.

Tuttavia, se il passo è inferiore a 25um e il diametro del foro passante è inferiore a 50um, anche se la tecnologia tradizionale è migliorata, è difficile aumentare il tasso di rendimento e devono essere introdotti nuovi processi o nuovi materiali. Esistono vari metodi di lavorazione per il processo proposto, ma il metodo semi-additivo che utilizza la tecnologia di elettroformatura (sputtering) è il metodo più adatto. Non solo il processo di base è diverso, ma anche i materiali e i materiali ausiliari utilizzati sono diversi.

D'altra parte, il progresso della tecnologia di giunzione FPC richiede che FPC abbia prestazioni di affidabilità più elevate. Con l'alta densità dei circuiti, le prestazioni di FPC hanno presentato requisiti diversificati e ad alte prestazioni. Questi requisiti di prestazione dipendono in larga misura dalla tecnologia di elaborazione del circuito o dai materiali utilizzati.

I materiali costitutivi di base di FPC

Composizione di base del circuito stampato flessibile (FPC)

1.Substrato

Il substrato di un circuito flessibile è principalmente fatto di poliimide (PI) o film di poliestere (PET), che fornisce la base strutturale del bordo. Il poliimide ha un'eccellente resistenza alle alte temperature e caratteristiche di piegatura, rendendolo il materiale di scelta per molte applicazioni. Il film di poliestere, d'altra parte, è relativamente economico ma non buono come PI in termini di flessibilità e resistenza alle alte temperature.

2.Strato conduttivo

Lo strato conduttivo è principalmente fatto di lamina di rame ed è responsabile della trasmissione dei segnali elettronici. Il trattamento superficiale della lamina di rame può influenzare le sue proprietà di incollaggio, come attraverso la formazione di galvanizzazione con una superficie lucida o non lucida, queste caratteristiche influenzano direttamente l'affidabilità e le prestazioni della linea.

3. Strato isolante

Lo strato isolante è solitamente fatto del poliestere o del film di poliimide e la sua funzione principale è quella di isolare e proteggere lo strato conduttivo. Lo strato isolante non solo assicura l'isolamento elettrico tra i diversi circuiti, ma impedisce anche l'umidità e la polvere di influenzare i circuiti e ha un importante ruolo protettivo nella progettazione multistrato.

4.Film di copertura

La pellicola di copertura è utilizzata per proteggere la superficie del circuito flessibile è una componente importante dello spessore comune di 1 mil e 1/2 mil due. Questo film migliora la durata del circuito, fornendo al contempo una protezione isolante aggiuntiva per ridurre l'impatto dei fattori ambientali esterni.

5. Agente legante

Il ruolo dell'adesivo è quello di fornire l'incollaggio tra lo strato isolante e lo strato conduttivo. Viene utilizzato non solo per legare film isolanti a materiali conduttivi, ma anche come strato di copertura per fornire protezione e isolamento. Gli adesivi sono solitamente ricoperti da tecniche di serigrafia.

6.Altri elementi

Inoltre, i circuiti stampati flessibili possono contenere anche schede di rinforzo per aumentare la loro resistenza meccanica e facilitarne l'uso nella pratica. Le piastre di rinforzo sono solitamente posizionate tra altri materiali per fornire supporto aggiuntivo.

Laminati

Molti produttori di FPC spesso acquistano laminati sotto forma di laminato e quindi utilizzano i laminati come materiale di partenza per trasformarli in prodotti FPC. I laminati FPC o le pellicole protettive (pellicole sovrapposte) che utilizzano film poliimidici di prima generazione sono realizzati con adesivi come resine epossidiche o acriliche. La resistenza al calore degli adesivi utilizzati qui è inferiore a quella della poliimide e la resistenza al calore o altre proprietà fisiche del FPC sono limitate.

Al fine di evitare le carenze dei laminati rivestiti di rame che utilizzano adesivi tradizionali, FPC ad alte prestazioni, compresi i circuiti ad alta densità, utilizzano laminati rivestiti di rame senza adesivo. Finora ci sono stati molti metodi di produzione, ma i seguenti tre metodi sono ora disponibili per l'uso pratico:

1) Processo di fusione

Il processo di fusione è basato su foglio di rame come materiale di partenza. Rivestimento della resina poliimidica liquida direttamente sul foglio di rame attivato in superficie e trattamento termico per formare un film. La resina poliimidica utilizzata qui deve avere un'eccellente adesione al foglio di rame e un'eccellente stabilità dimensionale, ma non c'è resina poliimidica in grado di soddisfare questi due requisiti. Prima ricoprire uno strato sottile di resina poliimidica (strato adesivo) con buona adesione sulla superficie del foglio di rame attivato, e poi rivestire un certo spessore di resina poliimidica con buona stabilità dimensionale sullo strato di adesione (strato centrale). A causa della differenza nelle proprietà fisiche termiche di queste resine poliimide, se la lamina di rame è incisa, nel film base appariranno grandi pozzi. Per prevenire questo fenomeno, lo strato centrale è rivestito con uno strato adesivo per ottenere una buona simmetria dello strato base.

Per fabbricare un pannello rivestito di rame su due lati, lo strato adesivo utilizza una resina poliimidica termoplastica (Hot Melt) e quindi viene utilizzato un metodo di pressatura a caldo per laminare la lamina di rame sullo strato adesivo.

2) Processo di sputtering/placcatura

Il materiale di partenza del processo di sputtering / placcatura è un film resistente al calore con buona stabilità dimensionale. Il passo iniziale è quello di utilizzare un processo di sputtering per formare uno strato di semina sulla superficie del film di poliimide attivato. Questo strato di semina può garantire la forza di incollaggio allo strato base del conduttore e allo stesso tempo assume il ruolo dello strato del conduttore per la galvanizzazione. Di solito viene utilizzato nichel o lega di nichel. Per garantire la conducibilità, uno strato sottile di rame viene sputato sullo strato di nichel o lega di nichel e quindi il rame viene elettroplaccato a uno spessore specificato.

3) Metodo di pressatura a caldo

Il metodo di pressatura a caldo è quello di rivestire una resina termoplastica (resina adesiva termoplastica) sulla superficie di un film di poliimide resistente al calore con buona stabilità dimensionale e quindi laminare il foglio di rame sulla resina hot-melt ad alta temperatura. Qui viene utilizzato un film composito di poliimide.

Questo film composito di poliimide è commercialmente disponibile da un produttore specializzato e il processo di fabbricazione è relativamente semplice. Durante la produzione del laminato rivestito di rame, il film composito e il foglio di rame sono laminati insieme e pressati a caldo ad alta temperatura. L'investimento in attrezzature è relativamente piccolo, che è adatto per la produzione di piccole quantità e varietà multiple. Anche la produzione di laminati rivestiti di rame bifacciali è più facile.

Un altro importante elemento materiale che costituisce il FPC è lo strato protettivo (Cover Lay), e sono stati ora proposti vari materiali protettivi. Il primo pratico strato protettivo consiste nel rivestire lo stesso film resistente al calore del substrato e utilizzare lo stesso adesivo del laminato rivestito di rame. La caratteristica di questa struttura è una buona simmetria, e occupa ancora la parte principale del mercato,solitamente chiamata "Film Cover Lay". Tuttavia, questo tipo di strato di protezione della pellicola è difficile da automatizzare il processo di elaborazione, che aumenta il costo complessivo di produzione, e poiché è difficile eseguire l'elaborazione di finestre fini, non può soddisfare le esigenze di SMT ad alta densità che è diventato il mainstream negli ultimi anni.