En raison de la tendance de développement des produits aérospatiaux, notamment la légèreté, la miniaturisation, la multifonctionnalité et la densification de l’assemblage, des exigences plus élevées ont été imposées à la technologie des circuits imprimés (PCB) et aux procédés de fabrication.Circuits imprimés flexiblessont un type de circuits imprimés fabriqués à partir d’un matériau de substrat flexible et présentant plus d’avantages que les PCB rigides ordinaires :
• Épaisseur plus faible
• Poids plus léger
• Flexible de manière dynamique
• Accessible pour l’assemblage d’interconnexion 3D
• Plus grande liberté dans la conception électronique et la conception mécanique
• Plus compact
En outre, les signaux électromagnétiques peuvent circuler rapidement et de manière fluide dans les circuits imprimés flexibles grâce aux excellentes performances électriques et thermiques du matériau de substrat flexible, de sorte que les circuits imprimés flexibles sont largement utilisés dans de nombreux secteurs tels que l’instrumentation, l’automobile, les soins médicaux, le militaire et l’aérospatiale.
Sur la base du développement et de l’optimisation supplémentaires des circuits imprimés flexibles, leur prochaine étape devrait être les circuits imprimés flex-rigides, les circuits flexibles intégrés et les circuits imprimés flex HDI parmi lesquelsCircuits imprimés flex-rigidesattirer le plus d’attention et de candidatures. Par conséquent, cet article abordera les propriétés et les domaines d’application des circuits imprimés flex-rigides en fonction de leurs matériaux et de leurs technologies de fabrication.
Matériau des circuits imprimés flex-rigides
Les performances des circuits imprimés flex-rigides dépendent de celles de leur matériau de substrat, qui contient principalement un film diélectrique flexible et un film adhésif flexible. En tant que principal type de matériau de substrat flexible, le film diélectrique flexible comprend principalement le polyester (Mylar), généralement utilisé dans les produits d’entrée de gamme, le polyimide (Kapton), qui est le type le plus courant, et le fluoropolymère (PTFE), généralement utilisé dans les produits militaires et aérospatiaux.
Lorsqu’on compare ces trois types de matériaux flexibles, le polyimide présente la constante diélectrique la plus élevée, avec d’excellentes propriétés électriques et mécaniques ainsi qu’une résistance aux hautes températures, mais il est coûteux et absorbe facilement l’humidité. Similaire au polyimide en termes de performances, le polyester présente toutefois une mauvaise résistance aux hautes températures. Le polytétrafluoroéthylène est principalement utilisé dans les produits haute fréquence en raison de sa faible constante diélectrique. Le tableau suivant présente une comparaison des performances des trois types de films diélectriques flexibles mentionnés ci-dessus.
|
Élément de performance
|
Polyester
|
Polyimide
|
Polytétrafluoroéthylène
|
| Limiter la tension/N*mm-2
|
172 |
172 |
20,7 |
| Allongement limite / % |
120 |
70 |
300 |
| Changement de taille après gravure/mm*m-1
|
5,0 |
2,5 |
5,0 |
| Constante diélectrique relative/103Hz |
3.2 |
3,5 |
22,1 |
| Tangente de l’angle de perte/103Hz |
0,005 |
0,0025 |
0,0001 |
| Résistance volumique/MΩ*cm-1
|
1012 |
1012 |
1012 |
| Inflammabilité |
Inflammable |
Auto-extinguible |
Inflammable |
| Rigidité diélectrique/mV*m |
300 |
275 |
17 |
| Absorption d'humidité / % |
<0,8 |
2,7 |
0,01 |
| Résistance à la chaleur/°C |
150 |
400 |
260 |
| Test de soudure |
Pass |
Pass |
Pass |
Le principal matériau contribuant au film adhésif flexible contient de l’acide acrylique, de l’époxy et du polyester. L’acide acrylique et le polyesterimide présentent une excellente adhérence, une grande flexibilité ainsi qu’une résistance chimique et une résistance à la chaleur relativement élevées. Cependant, ils présentent un coefficient de dilatation thermique relativement important, de sorte que leur épaisseur interne ne doit pas dépasser 0,05 mm. La résine époxy présente une mauvaise adhérence et est principalement utilisée pour coller la couche de recouvrement et la couche interne. De plus, elle présente un coefficient de dilatation thermique si faible qu’elle contribue à améliorer la résistance aux chocs thermiques des trous métallisés.
Technologie de fabrication des circuits imprimés flex-rigides
Les technologies de fabrication des circuits imprimés flex-rigides diffèrent les unes des autres en fonction des différents types de cartes PCB, et la technologie essentielle à l’origine de ces différences est la technologie de fabrication de circuits fins et la technologie de fabrication de microvias. À mesure que les produits électroniques tendent à évoluer vers la légèreté et la miniaturisation, la multifonctionnalité et une densité d’assemblage accrue, les cartes PCB avancées suscitant le plus d’attention incluent les PCB flex-rigides HDI et les PCB flex-rigides intégrés.
• Technologie de fabrication de circuits imprimés flex-rigides
Les circuits imprimés flex-rigides sont fabriqués de manière ordonnée et sélectiveempilement de couchesde circuits imprimés rigides et flexibles avec des trous métallisés responsables de la connexion entre les couches. La figure ci-dessous indique la structure de base d’un circuit imprimé flex-rigide.
L’avènement des circuits imprimés flex-rigides peut réduire efficacement le volume et le coût des produits électroniques en remplaçant les faisceaux de câbles et les connecteurs qui étaient habituellement utilisés dans ces produits. En outre, les circuits imprimés flex-rigides sont capables de résoudre les problèmes de contact et de forte chaleur causés par les faisceaux de câbles et les connecteurs, améliorant considérablement la fiabilité des appareils.
Dès les années 1970, les circuits imprimés flex-rigides étaient fabriqués en empilant une carte rigide sur une carte flexible. Des progrès continus et des optimisations ont vu l’émergence de nombreux nouveaux types de flex-rigidesFabrication de circuits impriméstechnologies. Jusqu’à présent, la technologie de fabrication de circuits imprimés flex-rigides la plus mûre et la plus pratique consiste à utiliser la résine époxy renforcée de fibre de verre (FR4) comme carte rigide externe etmasque de soudureest appliqué pour protéger le motif de circuit rigide. Lorsqu’il s’agit de matériau de substrat flexible, une carte double couche en polyimide (PI) recouverte de cuivre est utilisée comme cœur flexible et un film polyimide/acrylique est utilisé pour protéger le motif de circuit flexible. L’adhérence dépend du préimprégné à faible écoulement. Tous ces éléments sont laminés de manière à fabriquer des circuits imprimés flex-rigides. La figure ci-dessous illustre le processus de fabrication d’un circuit imprimé flex-rigide à 6 couches.
Les circuits imprimés flex-rigides peuvent résoudre les problèmes de faux contacts et de dissipation thermique en remplaçant les faisceaux et les connecteurs, ce qui permet d’améliorer la fiabilité des dispositifs. La partie flexible peut être librement pliée à n’importe quel angle et l’ensemble du circuit imprimé présente d’excellentes performances électriques et propriétés mécaniques. Ainsi, les circuits imprimés flex-rigides se prêtent à l’assemblage 3D et le degré de liberté du produit peut être augmenté, tandis que le volume et le poids de l’équipement sont réduits, de sorte qu’ils sont largement utilisés dans les dispositifs électroniques qui doivent être pliés de manière répétée. Le matériau du substrat flexible présente une stabilité diélectrique si excellente qu’il convient à la transmission de signaux haute fréquence et au contrôle de l’impédance, et peut résister aux radiations, aux chocs thermiques et aux environnements extrêmes, garantissant le bon fonctionnement des dispositifs électroniques.
Les circuits imprimés flex-rigides traditionnels sont difficiles à fabriquer, avec un rendement relativement faible et une haute densité, et ils sont difficiles à réparer après une panne. PendantProcessus de fabrication des PCB, la base rigide doit être intégrée dans un matériau de substrat flexible coûteux de sorte que le taux de gaspillage de matière première reste élevé, tout comme la difficulté de la technologie de fabrication. Le matériau de substrat flexible présente un coefficient de dilatation thermique relativement élevé et un taux d’absorption d’humidité important, si bien qu’un substrat flexible de grande surface entraînera une accumulation des tolérances dimensionnelles, ce qui affectera davantage le motif de circuit, l’empilement des couches, le perçage, la métallisation et le nettoyage des vias, et conduira à un faible rendement. Les circuits flexibles intégrés, en revanche, sont capables de réduire et d’éviter efficacement de tels problèmes.
• Technologie de fabrication de circuits imprimés flexibles intégrés
Les circuits imprimés flexibles intégrés sont réalisés en intégrant des unités de circuits flexibles dans des cartes rigides internes, puis en les soumettant à un procédé de construction multicouche (Building Up Process). Les interconnexions ne sont pas disponibles entre le circuit flexible et le circuit rigide dans la couche équivalente et leur connexion dépend devias borgnes et vias enterrées. Les circuits imprimés flex-rigides intégrés permettent de réduire considérablement les circuits flexibles et présentent les avantages des circuits imprimés HDI et rigides, tout en diminuant le taux de gaspillage de matériau de substrat.
Par rapport aux circuits imprimés flex-rigides traditionnels, les circuits imprimés flex intégrés sont fabriqués en intégrant un circuit flexible dans une carte rigide, puis en empilant les couches. La zone flexible est plus grande que celle de l’unité de circuit flexible, ce qui augmente le taux d’utilisation du matériau de substrat flexible. Comme il n’existe aucune connexion électrique entre le circuit flexible et le circuit rigide dans la même couche, certaines technologies de fabrication avancées peuvent être facilement mises en œuvre grâce à la connexion entre les trous métallisés et le circuit rigide.
Dans une certaine mesure, les circuits imprimés flexibles intégrés permettent de résoudre de nombreux problèmes liés à la technologie de fabrication des circuits imprimés flex-rigides. L’unité intégrée réduit drastiquement le taux de gaspillage de matériau de substrat et augmente efficacement le taux d’utilisation du substrat flexible. Les problèmes de performance du matériau de substrat flexible peuvent être négligés et les technologies de fabrication éprouvées des cartes rigides peuvent être directement appliquées, de sorte que la technologie HDI puisse être davantage développée dans la fabrication de circuits imprimés flex-rigides.
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Ressources utiles
•Processus de fabrication de circuits imprimés flex-rigides multicouches
•Matériaux et structure de fabrication des circuits imprimés flex-rigides
•Rationalisez l’assemblage et améliorez la fiabilité grâce aux circuits imprimés flexibles et flex-rigides
