Hoy en día, las PCB flexibles (placas de circuito impreso) se desarrollan tan rápido que su cuota de mercado aumenta y se han logrado grandes avances en términos de tecnología. La aparición de nuevas tecnologías de fabricación de PCB flexibles impulsa a las PCB flexibles a destacar por sus ventajas de ligereza, delgadez y flexibilidad, lo que conduce a su amplia gama de aplicaciones.
Las propiedades fundamentales de las PCB dependen del rendimiento del material del sustrato, por lo que es primordial mejorar el rendimiento del material del sustrato para mejorar realmente el rendimiento técnico de las PCB, lo cual también se aplica a las PCB flexibles.
Mejora del rendimiento del material de sustrato de película ordinaria
Las funciones del material de sustrato de película radican en su capacidad para proporcionar un soporte para el conductor y un medio aislante entre los circuitos. Además, debe poder doblarse y curvarse.
El material de sustrato utilizado habitualmente para PCB flexibles incluye película de PI (poliimida) y película de PET (poliéster), además de lo cual también están disponibles películas poliméricas como PEN (polietileno naftalato), PTFE y aramida, etc. Las películas de material de sustrato deben seleccionarse en función de su rendimiento y costo.
El principal material de sustrato paralaminado flexible revestido de cobre (FCCL)cubre PI, un tipo de resina termoestable que no alcanzará una temperatura a la que se ablande o pueda fluir. Sin embargo, después de la polimerización térmica, aún puede mantener flexibilidad y elasticidad, lo que la diferencia de la mayoría de las resinas termoestables. PI presenta una alta resistencia térmica y excelentes características eléctricas. Sin embargo, PI provoca una alta absorción de humedad y una baja resistencia al desgarro, lo cual debe mejorarse. La película de PI mejorada presenta una absorción de humedad del 0,7%, que es mucho menor que la tasa ordinaria del 1,6%, y ofrece una mayor estabilidad dimensional, pasando de ±0,04% a ±0,02%.
Tanto el CCL flexible como el CCL rígido exigen un requisito medioambiental libre de halógenos, lo cual es una tendencia inevitable y estricta en la industria electrónica. Según las normativas publicadas por la UE (Unión Europea) y muchos países, 6 tipos de sustancias peligrosas tienen prohibido estar presentes en los dispositivos electrónicos desde julio de 2006, y las PCB, incluidas las PCB flexibles, no deben contener retardantes de llama bromados.
La resina de PET presenta un rendimiento mecánico y eléctrico aceptable, y su mayor desventaja es su baja resistencia al calor, lo que hace que no sea apta para el soldado y el montaje directos. El rendimiento del PEN es mejor que el del PET y peor que el del PI, por lo que las aplicaciones del PEN siguen aumentando.
En el mundo, las categorías de películas plásticas aplicables superan las 2000, entre las cuales debe haber algunos tipos adecuados para la fabricación de PCB flexibles. Por lo tanto, a medida que se amplían las aplicaciones de las PCB flexibles, se utilizarán nuevos materiales de sustrato para PCB flexibles.
El adhesivo desempeña un papel en la unión de la lámina de cobre y la película del material del sustrato, y sus clasificaciones habituales abarcan resina de PI, resina de PET, resina epoxi modificada y resina acrílica, entre las cuales la resina epoxi modificada y la resina acrílica se utilizan más debido a su alta fuerza adhesiva.
Material de sustrato PI de dos capas
El CCL flexible suele contener tres capas: poliimida, adhesivo y lámina de cobre. Dado que el adhesivo tiende a reducir el rendimiento de las PCB flexibles, especialmente el rendimiento eléctrico y la estabilidad dimensional, se desarrolló el CCL flexible de dos capas (2L-FCCL) sin adhesivo. Además, debido a que el 2L-FCCL no contiene adhesivo que pueda contener halógeno, es beneficioso para la protección del medio ambiente y es capaz de satisfacer la demanda de soldadura sin plomo al mejorar la temperatura de 220 °C a 260 °C y hasta 300 °C. La comparación de rendimiento entre el 2L-FCCL sin adhesivo y el 3L-FCCL con adhesivo se puede resumir en la Tabla 1 a continuación.
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Artículos
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FCCL con adhesivo
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FCCL sin adhesivo
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| Espesor del material del sustrato |
Película + Adhesivo (12 μm-25 μm) |
Película (12,5 μm-125 μm) |
| Resistencia al calor |
Bajo |
Alto |
| Estabilidad dimensional |
Malo |
Bueno |
| Resistencia a la flexión |
Bueno |
Basado en tipos |
| Compatibilidad con película de recubrimiento |
Bueno |
Basado en tipos |
| Aplicabilidad en la fabricación |
A largo plazo y fácil |
A corto plazo y difícil |
| Costo |
Bajo |
Alto |
Hay disponibles tres tipos de métodos de fabricación de 2L-FCCL:
• Galvanoplastia;
• Recubrimiento de película;
• Laminación;
Al comparar tres métodos, se puede concluir que la capa metálica electrodepositada sobre la película de poliimida es fácil de producir mediante laminado, y que el material de sustrato más delgado y la lámina de cobre pueden obtenerse a bajo costo. El recubrimiento de película es aplicable a la producción en grandes volúmenes con un costo reducido. La laminación funciona mejor para la fabricación de placas de doble cara.
Material del sustrato LCP
Para modificar esencialmente las desventajas del material de sustrato de poliimida, se ha desarrollado recientemente el polímero de cristal líquido (LCP). Como la película termoplástica de LCP está recubierta con una lámina de cobre, que luego recibe un prensado en caliente constante, de un solo lado o de doble ladoCCLse obtendrá. Este tipo de CCL presenta una tasa de absorción de agua de solo 0,04 % y una constante dieléctrica de 2,85 (1 GHz), compatible con las exigencias de los circuitos digitales de alta frecuencia.
El polímero presenta un estado líquido y se fundirá en un polímero de cristal líquido de fusión en caliente (TLCP). En cuanto a las ventajas del TLCP, puede moldearse mediante inyección y fabricarse por prensado en película delgada que servirá como material de sustrato para PCB y PCB flexibles. Además, es capaz de someterse a un procesamiento secundario, reciclarse y reutilizarse. Debido a la baja absorción de humedad, la idoneidad para altas frecuencias y la estabilidad dimensional térmica del TLCP, ha comenzado a aplicarse en PCB flexibles.
Material de sustrato flexible libre de halógenos compatible con los requisitos medioambientales
Ya en 2003, la UE publicó las directivas RoHS y RAEE para prohibir el uso de seis tipos de sustancias peligrosas y regular el tratamiento de los residuos de aparatos eléctricos y electrónicos.RoHSse refiere al bromo utilizado como retardante de llama en las PCB y al plomo en el recubrimiento superficial.
Se ha desarrollado y aplicado sustrato libre de halógenos tanto en PCB rígidas como en PCB flexibles. Los materiales de sustrato flexible, como FCCL, coverlay, prepreg, máscara de soldadura y placa de refuerzo, deben presentar resistencia al fuego y estar libres de halógenos.
Lámina de cobre de nuevo tipo
El material conductor principal de la PCB flexible es cobre o lámina de cobre y, a veces, también se utilizan aleaciones, incluyendo aluminio, níquel, oro y plata, etc. Además de la conducción, la capa conductora debe ser resistente a la flexión. De acuerdo con los diferentes métodos de fabricación, la lámina de cobre se clasifica en lámina de cobre electrodepositada (ED) y lámina de cobre laminada y recocida (RA). La diferencia entre los dos tipos de lámina de cobre radica en las distintas formas cristalinas: la lámina de cobre RA presenta una disposición en forma de columnas, lo que da lugar a una estructura uniforme y plana, adecuada para procesos de rugosificación y grabado. La lámina de cobre ED presenta una forma de escamas de pez, lo que da lugar a una lámina de cobre lisa con buena tenacidad, pero no adecuada para procesos de rugosificación o grabado. En lo que respecta a las PCB flexibles dinámicas que requieren alta flexibilidad, normalmente se utiliza lámina de cobre RA.
Actualmente, las PCB flexibles de alta densidad dependen principalmente del foil de cobre ED. Para poder ser compatibles con los requisitos de producción en masa de PCB cuyo pitch se encuentra en el rango de 40 μm a 50 μm, se plantean nuevas exigencias. Una es que la superficie del foil de cobre debe presentar una baja rugosidad y la otra es que el foil de cobre debe ser ultrafino.
Pasta de plata conductora
Durante laproceso de fabricación de PCB flexible, se imprime tinta conductora sobre una película aislante generando un cableado o una capa de blindaje, y este tipo de tinta conductora es principalmente pasta de plata conductora. Se requiere que la capa conductora impresa tenga baja resistencia, conexión sólida y flexibilidad. Además, la impresión debe poder realizarse fácilmente y el curado debe ser rápido.
La nueva pasta de plata conductora satisface la demanda de baja resistencia y flexibilidad y es capaz de formar imágenes conductoras sobre películas de polímeros termoestables o termoplásticos, tela y papel. También es capaz de producir gráficos que se utilizan en productos RFID. Los productos finales que emplean pasta de plata conductora cumplen los requisitos en cuanto a almacenamiento a alta temperatura, prueba de humedad y rendimiento en ciclos de alta y baja temperatura. El aceite conductor también es un tipo de tecnología compatible con la protección del medio ambiente y los requisitos de bajo costo.
Cubierta PI fotosensible
La cubierta tradicional de PI/adhesivo no logra cumplir los requisitos de las PCB flexibles, como alta densidad, alta estabilidad dimensional y protección ambiental, por lo que se ha desarrollado el PIC (cubierta fotoimagenable) con alta resistencia a la flexión, similar a la tinta de máscara de soldadura.
Hasta ahora, el PIC líquido o en forma de película basado en resina epoxi modificada o resina acrílica ha recibido una amplia gama de investigaciones y aplicaciones debido a su alta resolución, excelente fuerza de adhesión y flexibilidad. La desventaja del PIC basado en resina epoxi modificada o resina acrílica radica en su baja estabilidad dimensional cuando se aplica en PCB de alta densidad, bajo Tg y baja resistencia térmica.
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