Pour mettre en œuvre de multiples fonctions dans les dispositifs électroniques, le routage des PCB (circuits imprimés) devient plus dense avec l’amélioration de la densité d’E/S des composants, ce qui entraîne une augmentation du nombre de couches de construction des PCB, passant d’une couche, deux couches à trois couches ou même davantage, en raison de la hausse de la densité d’interconnexion et de la réduction du pas. Pour éliminer les lignes et les pas fins, la technologie de vias empilés a été développée en utilisant des microvias métallisés et remplis. Toutes les technologies de vias empilés offrent aux concepteurs de PCB une plus grande liberté en matière d’implantation des composants à pas fin et d’optimisation des couches de construction. Afin d’obtenir les meilleures capacités de fabrication, la technologie de vias empilés permet d’atteindre un compromis satisfaisant entre largeur de piste et espacement. Cependant, ce type de PCB multicouche ne présente pas seulement des problèmes de taille et de performance, mais son coût de fabrication répond difficilement aux exigences des clients.
Les progrès de la technologie d’interconnexion influencent également les exigences relatives aux caractéristiques des matériaux. Dans le processus de fabrication des circuits imprimés (PCB), le matériau diélectrique doit être conforme aux exigences de fabrication et l’ensemble de ses caractéristiques présente des tolérances strictes. La stabilité dimensionnelle du substrat utilisé pour la fabrication et l’assemblage des PCB constitue une propriété particulièrement importante. Afin de rendre une série de matériaux diélectriques différents effectivement applicables à la fabrication en couches successives, il est essentiel de répondre aux exigences à la fois des OEM (fabricants d’équipements d’origine) et des concepteurs avant de déterminer quel type de matériau spécial utiliser.
Contexte du marché
La demande en circuits imprimés flexibles (FPCB) et en circuits imprimés rigides-flexibles a explosé avec le développement rapide d’une série de produits électroniques tels que les téléphones portables, les appareils photo numériques, les tablettes, les écrans plasma, etc.
Les circuits rigides-flexibles présentent d’énormes avantages : absence de connecteurs et de câbles, réduction des procédures d’assemblage ; poids plus léger, excellente flexibilité et assemblage en 3D, autant de caractéristiques impossibles à atteindre avec des circuits imprimés rigides.
Naturellement, chaque médaille a son revers. Comparés aux circuits imprimés rigides,les circuits flexibles présentent une faible intensité mécanique et une fiabilité limitéeDe plus, il est difficile et complexe d’administrer et de fabriquer de tels circuits flexibles fins et légers. Néanmoins, jusqu’à présent, le principal mérite du PCB rigide-flex est prévisible : il présente des avantages en termes de coût, de qualité et de fiabilité.
Ces dernières années ont été marquées par une expansion évidente des domaines d’application des circuits flexibles, et les solutions techniques ainsi que l’innovation constante ont permis de répondre aux exigences liées aux défis de coûts. Bien que le coût de fabrication des circuits imprimés flex-rigides ne soit jamais inférieur à celui des circuits imprimés rigides et des câbles, ils apporteront sans aucun doute davantage d’avantages aux EMS (services de fabrication électronique) et aux OEM en termes de technologie et de capacités. En ce qui concerne l’ensemble de la chaîne d’approvisionnement, lemérites des circuits imprimés flex-rigidesmet en avant une valeur encore plus grande en fonction des exigences définies par les fournisseurs de matériaux et les OEM.
Nouvelles solutions de circuits imprimés flex-rigides
Une méthode ordinaire de fabrication de circuits imprimés flex-rigides commence par un matériau flexible qui sera recouvert sur la carte rigide. Cette technologie exige que tous les équipements soient capables de manipuler le matériau flexible, y compris de nombreuses opérations manuelles ou des opérations de type bobine-à-bobine. Une fabrication complexe entraîne inévitablement une augmentation des coûts. Étant donné que le matériau flexible présente une instabilité dimensionnelle dans le cadre de la fabrication en empilement, la densité de connexion est donc limitée par les règles de conception. La majorité de l’adhésion des couches d’empilement traditionnelles dépend de films adhésifs non supportés, de sorte que les vias contenant une couche adhésive doivent éliminer le désmear par plasma. En raison du CTE (coefficient de dilatation thermique) élevé de l’adhésif, pour atteindre la fiabilité des trous métallisés (PTH, plated through hole) et des trous percés au laser, l’épaisseur du cuivre métallisé doit également être très importante. Il est connu que, du fait que les films adhésifs non supportés présentent un CTE élevé, une déformation se produira de manière répétée, conduisant finalement à l’apparition de fissures à l’intérieur du trou métallisé en cuivre, en particulier au niveau des angles du via.
Jusqu’à présent, presque tous les téléphones portables, appareils photo numériques, écrans LCD et écrans plasma tirent parti de circuits imprimés HDI (interconnexion à haute densité) flexibles contenant des couches HDI empilées. Toutes les nouvelles technologies exigent des solutions de faible complexité qui doivent pouvoir être fabriquées avec des équipements ordinaires utilisés pour la production de circuits imprimés rigides.
Circuit imprimé flex-rigide sécable
La fabrication de circuits imprimés flex-rigides sécables commence par la production des couches de noyau rigide, qui vont de 2 à 12 couches et comprennent des trous métallisés (PTH) et d’autres vias. La couche flexible, composée de PI flexible ou de préimprégné en résine époxy, doit être collée aux couches de noyau rigide, tandis que la zone purement flexible ne doit pas l’être. Par conséquent, le préimprégné doit correspondre aux motifs et passer par une opération de fraisage. L’adhésion est réalisée en appliquant une stratification classique, et la lithographie est effectuée après la fabrication en build-up ; comme les couches de noyau rigide sont assez stables, la stabilité dimensionnelle du matériau flexible ne provoquera pas de problèmes de dépassement, ce qui permet de recourir au perçage classique ou au perçage laser. Étant donné que la stratification du préimprégné en résine époxy n’implique pas d’adhésif, les procédés classiques de désmear et de métallisation au cuivre peuvent être appliqués. En raison de l’utilisation de cette technologie sans recours à un adhésif, le circuit imprimé sans cuivre fortement métallisé présente également une grande fiabilité.
La couche de couverture sélective doit être appliquée avant le revêtement du vernis épargne, ce qui peut être réalisé par une stratification multicouche ordinaire, applicable aux circuits imprimés flex-rigides dans des situations de flexion dynamique.
Sélection des matériaux
Contrairement au matériau flexible nécessitant une flexibilité dynamique, le circuit imprimé rigide-flex nécessitant une flexibilité statique devrait tirer parti d’une nouvelle terminologie.
Le PCB semi-flex rigide-flex désigne un type de PCB rigide-flex qui ne doit être plié que pendant l’assemblage ou pour des applications statiques. La flexibilité ne doit être obtenue que quelques fois. Le PCB rigide-flex désigne des circuits imprimés nécessitant une flexibilité dynamique.
En ce qui concerne les applications semi-flexibles, l’utilisation d’un matériau de substrat flexible n’est pas nécessaire et il suffit de mettre en œuvre la capacité de flexion. Les limites des circuits semi-flexibles résident dans le nombre de cycles de flexion et le rayon de flexion. Le choix de différents matériaux dépend de leurs conditions d’application. Le matériau FR4 convient bien aux circuits semi-flexibles, mais son nombre de flexions et son rayon de courbure sont limités. De manière générale, la flexibilité du FR4 repose sur une fibre de verre fine (1080) ou sur un matériau spécial appartenant à un système de résine modifié.
Le matériau aramide présente une meilleure flexibilité que le matériau FR4 et ses applications dépendent du nombre de flexions possibles. Comparé au PI, l’aramide présente un meilleur CTE, ce qui conduit à une meilleure fenêtre de fabrication. L’aramide doit être utilisé de manière stable pour des applications ne nécessitant pas de flexibilité dynamique.
L’épaisseur et la qualité du cuivre affecteront la fiabilité du test de flexibilité et de l’application. D’une manière générale, pour les exigences de flexibilité multiple, il convient de choisir un foil de cuivre RA.
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Ressources utiles
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