Technologie PCB - FPC technologie et matériaux développement et tendances technologiques

Structure de base du FPC

Structure de base d'un FPC simple face. 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 un liant tel qu'une résine 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 déterminant 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 réalisation de circuits fins ou multicouches. Un matériau de stratifié de cuivre non adhésif, composé 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 diverses utilisations.

Il existe également dans les FPC des FPC à structure traversante double face ou à structure multicouche. La structure de base d'un circuit double face FPC est à peu près la même que celle d'un PCB rigide. Cet adhésif est utilisé pour le collage inter - couches. Cependant, les FPC haute performance récents excluent les adhésifs et n'utilisent que des résines Polyimides 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 la liaison entre les couches, ce qui peut augmenter la liberté de mouvement mécanique. Pour fabriquer des panneaux rigides multicouches, de nombreux processus de chauffage sont nécessaires, de sorte que les matériaux utilisés doivent avoir une résistance élevée à la chaleur. L'utilisation de stratifiés de cuivre sans liant augmente.

Tendances en matière de développement technologique 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 soustraction (méthode de gravure) peut être utilisée pour former des circuits monofaces avec un pas de conducteur inférieur ou égal à 30 µm, et des circuits bifaces avec un pas de conducteur inférieur ou égal à 50 µm ont également été mis en oeuvre. 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 trous dont le diamètre des Vias est inférieur à 100 µm ont maintenant atteint une échelle de production en série.

Gamme de fabrication possible de circuits à haute densité basée sur le point de vue de la technologie de fabrication. Selon l'espacement des circuits et le diamètre des pores, 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 grande quantité. Grâce à l'amélioration des matériaux ou de l'équipement d'usinage, il est possible d'usiner un pas de circuit de 30 µm même en méthode soustractive. En outre, la production et l'usinage à grande échelle de Vias de 50 µm de diamètre peuvent être réalisés grâce à l'introduction de procédés tels que le laser CO2 ou la gravure chimique, et les FPC haute densité actuellement produits en grande quantité sont pour la plupart usinés par ces techniques.

Cependant, si le pas est inférieur à 25 µm et que le diamètre des Vias est inférieur à 50 µm, il est difficile d'augmenter le rendement même en améliorant les techniques traditionnelles et il est nécessaire d'introduire de nouveaux procédés ou matériaux. 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 la haute densité des circuits, les performances des circuits imprimés flexibles posent des exigences de diversification et de haute performance. Ces exigences de performance dépendent en grande partie de la technologie de traitement du circuit ou des matériaux utilisés.

Matériaux de base pour FPC

Le matériau constitutif de base du FPC est le film de base ou la résine résistant à la chaleur qui constitue le film de base, suivi du stratifié de cuivre et du matériau de la couche de protection qui constitue le conducteur.

Stratifié recouvert de cuivre

De nombreux fabricants de FPC les achètent généralement sous forme de stratifié recouvert de cuivre, puis les transforment en produits FPC en utilisant le stratifié recouvert de cuivre comme matériau de départ. Les plaques de cuivre recouvertes de FPC ou les 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, de sorte que la résistance à la chaleur ou d'autres propriétés physiques du FPC sont limitées.

Pour éviter les inconvénients des stratifiés revêtus de cuivre utilisant des adhésifs traditionnels, les FPC haute performance, y compris les circuits haute densité, utilisent des stratifiés revêtus 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 matériau de départ. La résine polyimide liquide est appliquée directement sur une feuille de cuivre tensioactif 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. Une fine couche de résine polyimide bien adhérente (couche adhésive) est d'abord appliquée à la surface de la Feuille de cuivre active, puis une certaine épaisseur de Polyimide de bonne stabilité dimensionnelle est appliquée sur la couche adhésive (couche de coeur). En raison des différentes propriétés thermophysiques 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 fabriquer des 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. L'étape initiale est la formation d'une couche de germe à la surface du film de Polyimide activé par un procédé de pulvérisation. Une telle couche de germination permet d'assurer la résistance de la liaison avec la couche de base conductrice tout en assumant le rôle de couche conductrice pour le placage. 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 enduire la surface d'un film de Polyimide résistant à la chaleur ayant une bonne stabilité dimensionnelle d'une résine thermoplastique (résine thermoplastique adhésive), puis à laminer la Feuille de cuivre sur la résine thermofusible à haute température. On utilise ici un film composite en polyimide.

Ce film composite en polyimide est disponible commercialement auprès de fabricants spécialisés et le procédé de fabrication est relativement simple. Lors de la fabrication d'un empilement de couches revêtues de cuivre, le film composite et la Feuille de cuivre sont empilés 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 d'un stratifié double face recouvert de cuivre 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 se caractérise par une bonne symétrie, elle occupe encore une part importante du marché et est souvent appelée « film Cover ». Cependant, cette 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'effectuer un usinage de fenêtre fin, ne peut pas répondre aux besoins des SMT à haute densité qui sont devenus courants ces dernières années.