Sous l’impulsion de la tendance à la miniaturisation des produits électroniques portables, le PCB rigide-flex (printed circuit board) a trouvé une large gamme d’applications. De plus, l’industrie des PCB est confrontée à une concurrence de plus en plus rude, ce qui met l’accent sur les progrès de la technologie de fabrication des PCB rigide-flex. En raison de la complexité du procédé de fabrication des PCB rigide-flex, certains fabricants de PCB spécialisés uniquement dans la fabrication de PCB rigides ne parviennent pas à répondre aux exigences de la fabrication de PCB flexibles. Le PCB semi-flexible FR4 présenté dans cet article est un type de circuit imprimé offrant une certaine flexibilité, la possibilité d’un assemblage 3D et une aptitude au pliage.
Propriétés du PCB semi-flexible FR4
• Le circuit imprimé semi-flex FR4 est flexible, permet un assemblage 3D et peut modifier sa forme en fonction des contraintes d’espace.
• Le circuit imprimé semi-flex FR4 est flexible sans affecter la transmission du signal.
• En se basant sur la conception du produit concerné, la main-d’œuvre ou les erreurs de l’usine d’assemblage peuvent être réduites, tout en améliorant la durée de vie du produit.
• Le volume du produit sera réduit, le poids diminuera considérablement, les fonctions augmenteront et le coût baissera.
• Le circuit imprimé semi-flex FR4 présente une procédure de fabrication simple, compatible avec les capacités de production actuelles des fabricants de circuits imprimés rigides.
Procédure de fabrication de circuits imprimés semi-flexibles FR4
Un matériau FR4 à Tg moyenne contenant une charge est utilisé comme matériau de substrat pour fabriquer un PCB semi-flex rigide à 6 couches, réalisé par usinage mécanique d’une rainure de fraisage. L’épaisseur résiduelle doit être contrôlée afin de rester dans une plage de 0,25 mm ± 0,025 mm. De plus, le PCB semi-flex FR4 doit pouvoir être plié à 90° plus de 10 fois sans qu’aucune fissure ne se produise.
La procédure de fabrication du circuit imprimé semi-flex FR4 comprend les phases suivantes : découpe du matériau, revêtement par film sec,AOI (inspection optique automatisée)brunissage, plastification, inspection par rayons X, perçage des trous, galvanoplastie, conversion graphique, gravure, impression en sérigraphie, exposition et développement,état de surfacefraisage à profondeur contrôlée, test électrique, FQC (contrôle qualité final), emballage.
Problèmes principaux et leurs solutions lors de la procédure de fabrication de circuits imprimés semi-flexibles FR4
Le principal problème concernant les circuits imprimés semi-flex FR4 réside dans la manière de contrôler la précision et la tolérance du fraisage à profondeur contrôlée. En raison de l’effet de la structure et des caractéristiques du matériau, les circuits imprimés rigides doivent présenter une flexibilité suffisante afin d’offrir d’excellentes performances après l’assemblage 3D, sans fissures de résine ni décollement d’encre, qui pourraient être considérés comme des risques potentiels de qualité. Par conséquent, lors du procédé de fraisage à profondeur contrôlée, l’uniformité de l’épaisseur de la carte, l’épaisseur du préimprégné, la teneur en résine et la tolérance de fraisage doivent être pleinement prises en compte et la plage optimale d’épaisseur résiduelle doit être définie.
• Essai de fraisage à profondeur contrôlée A
L’usinage de l’épaisseur résiduelle est réalisé par la méthode de cartographie et est effectué respectivement pour des épaisseurs résiduelles de 0,25 mm, 0,275 mm et 0,3 mm, après quoi la carte est testée en flexion à 90°. Les épaisseurs résiduelles de 0,275 mm et 0,3 mm ne répondent pas aux exigences. D’après l’analyse de microsection, la cause principale du manque de flexibilité de la carte réside dans l’endommagement du faisceau de fibres de verre. Lorsque l’épaisseur résiduelle atteint 0,283 mm, la fibre de verre a déjà subi des dommages. Par conséquent, l’usinage en profondeur doit être réalisé en tenant compte de l’épaisseur de la carte, de l’épaisseur de la fibre de verre et de la situation diélectrique. Étant donné que l’épaisseur entre la surface de l’encre du vernis épargne et le cuivre du plan L2 est comprise entre 0,188 mm et 0,213 mm, l’exigence de fiabilité ne pourra pas être satisfaite lorsque l’épaisseur résiduelle dépasse 0,275 mm.
• Essai de fraisage à profondeur contrôlée B
Sur la base du test ci-dessus et de l’analyse de microsection, l’épaisseur diélectrique de cuivre entre le vernis épargne et la couche L2 se situe dans une plage de 0,188 mm à 0,213 mm, et un pliage à 90° ne peut pas être réalisé lorsque l’épaisseur résiduelle dépasse 0,283 mm. Ainsi, la fabrication mécanique peut être effectuée lorsque l’épaisseur résiduelle est contrôlée dans la plage de tolérance de 0,245 mm ± 0,213 mm.
En raison de la taille relativement importante des panneaux (400 mm x 450 mm), ils ne peuvent pas s’adapter complètement à la machine en raison de l’épaisseur de la carte et du gauchissement lors du maintien de l’épaisseur résiduelle par la méthode de cartographie (Mapping). Cela réduit directement l’uniformité de l’épaisseur résiduelle.
• Essai de fraisage à profondeur contrôlée C
La réduction de la taille met en évidence l’effet sur le gauchissement de la carte et l’uniformité de la machine. Le panneau est d’abord prototypé et un fraisage à profondeur contrôlée est effectué conformément à la taille définie de 6,3" x 10,5". Ensuite, l’uniformité de la machine sera mesurée par une mesure de points de cartographie avec un intervalle vertical et horizontal de 20 mm.
Sur la base de la fabrication de circuits imprimés semi-flexibles FR4 à 6 couches, une méthode de fabrication spéciale est appliquée et développée afin de contrôler mécaniquement la profondeur et de maintenir l’épaisseur résiduelle. Par conséquent, la procédure de fabrication est simplifiée ; les autres procédures se conforment aux paramètres habituels ; la tolérance de contrôle de la profondeur de l’épaisseur résiduelle a été maintenue dans une plage de ±20 μm.
PCBCart peut fabriquer des circuits imprimés semi-flexibles
