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Circuit imprimé flexible et sa technologie d’assemblage
Les circuits imprimés flexibles (Flexible PCB) se développent et bénéficient d’un large éventail d’applications grâce à leurs avantages remarquables, notamment une structure flexible, un faible volume et un poids léger, en adéquation avec la tendance de développement de l’électronique vers la miniaturisation. Outre la flexibilité statique, le circuit imprimé flexible est également capable d’offrir une flexibilité dynamique, de se courber et de se plier. Capable de s’étendre dans l’espace 3D, le circuit imprimé flexible améliore le degré de liberté de la conception des circuits et de la conception mécanique. De plus, le routage peut être réalisé sur les surfaces X, Y et Z avec un nombre réduit de points de connexion, ce qui permet à la fois de diminuer le travail d’usinage et les erreurs d’assemblage, et d’améliorer considérablement la fiabilité et la stabilité de l’ensemble du système utilisé dans les dispositifs électroniques. Par conséquent, les circuits imprimés flexibles sont largement utilisés dans des domaines tels que l’informatique, les télécommunications, les instruments, les dispositifs médicaux, le secteur militaire et l’aérospatiale, etc. En outre, de nouveaux domaines d’application des circuits imprimés flexibles, notamment les têtes flottantes sans fil, les répéteurs, les appareils photo numériques, les téléphones portables, les écrans plats et les circuits imprimés HDI, conduisent de manière spectaculaire à l’essor rapide des circuits imprimés flexibles et à leur part croissante dans l’ensemble de l’industrie des circuits imprimés.
• Structure de PCB flexible
Conformément aux types de structure, les circuits imprimés flexibles peuvent être classés dans les catégories suivantes :
a. Circuit imprimé flexible simple face, qui présente une structure simple et est facile à fabriquer.
b. Circuit imprimé flexible double face, qui présente une structure bien plus complexe qu’un PCB flexible simple face, nécessitant un contrôle plus difficile.
c. Circuit imprimé flexible multicouche, qui présente une structure plus complexe que le PCB flexible à 2 couches et dont la qualité de fabrication est plus difficile à contrôler.
d. Circuit imprimé rigide-flex d’un seul côté
e. Circuit imprimé rigide-flex à double face
f. Circuit imprimé rigide-flex multicouche
Les circuits imprimés rigides-flexibles simple face, double face et multicouches sont plus difficiles à fabriquer que les trois premiers types de circuits imprimés flexibles, car ils présentent des structures bien plus complexes. Les structures des circuits imprimés flexibles et des circuits imprimés flex-rigides sont illustrées dans la Figure 1 ci-dessous.
• Matériau du circuit imprimé flexible
Sur la base de la structure du circuit imprimé flexible, les matériaux contribuant au circuit imprimé flexible comprennent le matériau de substrat isolant, l’adhésif, la couche conductrice métallique (feuille de cuivre) et la couche de recouvrement. Le matériau principal pour le circuit imprimé flexible doit être un film isolant flexible qui joue le rôle de support, avec d’excellentes performances mécaniques et électriques. Les matériaux courants comprennent le film de polyester et de polyimide, ce dernier étant utilisé en majorité. Avec la recherche et le développement de nouveaux matériaux, le choix des matériaux s’est tellement diversifié que d’autres types de matériaux de substrat sont disponibles, comme le PEN et le FR4 mince, en plus des matériaux ordinaires. Les paramètres de performance des matériaux principaux sont résumés dans le tableau suivant.
| Articles | FR4 | Polyester | Polyimide |
| Température de soudabilité [°C(10s)] | 260 | 230 | 260 |
| Température maximale de fonctionnement en continu (°C) | 150 | 110 | 220 |
| Résistance à la traction (kPa) | 1750 | 1500 | 1700 |
| Allongement (%) | 3 | 130 | 70 |
| Résistance au pelage du cuivre (kPa) | 4,5 | 1,8 | 1.3 |
| Absorption d’humidité (%) | 0,5 | 0,8 | 2,5 |
| Coefficient de dilatation linéaire | 1,1x10-5 | 1,5x10-5 | 1,5x10-5 |
| Constante diélectrique (60 Hz) | 3,400 | 3,250 | 3,500 |
| Facteur de perte diélectrique (1 kHz) | 0,037 | 0,006 | 0,003 |
| Résistivité (Ω) | 1,6x1013 | 1,0x1017 | 1,4x1016 |
| Remarque | Résistance maximale à la traction et allongement minimal. Instable en cas de flexion constante. | Coût réduit et facile à endommager lors du soudage. Excellentes performances physiques et électriques | Excellentes performances physiques et électriques, matériau ininflammable |
Assemblage de circuit imprimé flexible
• Processus d’assemblage de circuits imprimés flexibles
Les circuits imprimés flexibles utilisent le même procédé d’assemblage que les circuits imprimés rigides, à l’exception de certaines opérations spéciales en fonction des différentes exigences techniques. Le procédé d’assemblage ordinaire sur un circuit imprimé flexible simple face est illustré à la Figure 2 ci-dessous.
• Propriétés de l’assemblage de circuits imprimés flexibles
a. D’un circuit imprimé flexible à un circuit imprimé rigide
En raison de sa légèreté et de sa finesse, le circuit imprimé flexible a tendance à se déformer et ne peut pas être directement assemblé sur une ligne de fabrication SMT comme un circuit imprimé rigide. Ainsi, pour réaliser avec succès l’assemblage sur un circuit imprimé flexible, il doit être fixé sur un support ou un plateau rigide afin de pouvoir être traité comme un circuit imprimé rigide. La planéité, la précision du positionnement et la constance du support de carte jouent un rôle clé dans l’obtention de la qualité du produit, ce qui constitue le point central de l’assemblage de circuits imprimés flexibles.
b. Faible densité
Jusqu’à présent, en raison du coût plus élevé du PCB flexible par rapport au PCB rigide, la majorité des PCB flexibles ne sont utilisés que pour les connexions entre des modules aux fonctions différentes, pour des raisons de coût produit. Par conséquent, le nombre de composants à assembler sur un PCB flexible est relativement faible, avec une faible densité d’assemblage. De manière générale, le nombre de composants est inférieur à 50 et certaines cartes ne contiennent que deux connecteurs.
c. Grand nombre de panneaux
Les circuits imprimés flexibles sont principalement utilisés dans des produits électroniques miniaturisés tels que les téléphones portables et les appareils photo numériques, de sorte que la surface de chaque carte soit réduite. De plus, le nombre de composants assemblés sur une seule carte est relativement faible ; afin d’améliorer l’efficacité d’assemblage, on utilise généralement des panneaux pour l’assemblage, qui sont ensuite séparés par découpe.
d. Large éventail d’applications des dispositifs auxiliaires pendant le processus d’assemblage
De nombreux dispositifs auxiliaires participent à l’assemblage de circuits imprimés flexibles en raison de leurs caractéristiques de déformation et de fragilité, notamment les gabarits de cuisson pour circuits imprimés flexibles, les plateaux de transport de cartes, les dispositifs de test électrique, les dispositifs de test fonctionnel et les gabarits de découpe.
e. Exigence élevée en matière de qualité des produits
Étant donné que les circuits imprimés flexibles sont généralement utilisés dans des environnements exigeant des flexions répétées et une grande précision de contrôle, les composants assemblés sur les circuits imprimés flexibles doivent être capables de répondre aux exigences de leur environnement d’application. Par conséquent, les circuits imprimés flexibles imposent des exigences plus élevées en termes de propreté, de précautions antistatiques et de fiabilité de soudure que les circuits imprimés rigides. De plus, en raison de la généralisation et de l’adoption des technologies de fabrication sans plomb, l’assemblage des circuits imprimés flexibles doit faire face à certains défis techniques.
f. Coût élevé d’assemblage
Comparée à l’assemblage de circuits imprimés rigides, l’assemblage de circuits imprimés flexibles entraîne un coût global élevé, ce qui est particulièrement vrai dans la phase de démarrage en raison de la large gamme d’applications des gabarits, de la longue période de fabrication, du faible taux d’utilisation des équipements, des exigences plus élevées en matière d’accessoires et de personnel, ainsi que des exigences accrues concernant l’environnement de production et la qualité des produits.
À mesure que les produits électroniques se développent et que la technologie d’assemblage des circuits imprimés flexibles s’améliore et s’optimise constamment, avec une diminution progressive des coûts de fabrication et d’assemblage, le champ d’application devient de plus en plus vaste, ce qui conduira ensuite les circuits imprimés flexibles à pénétrer davantage dans un éventail encore plus large d’applications.
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