Développement de la technologie de fabrication de circuits imprimés flexibles

Technologie de gravure PI

Dès 2005, les circuits imprimés flexibles s’appuyant sur des CCL flexibles à 2 couches (stratifiés cuivre) pour leur utilisation dans les téléphones portables ont enregistré plus de 15 000 m²La réalisation des ouvertures, généralement par la formation de vias et de rainures sur le matériau de substrat en PI (polyimide) utilisé dans les CCL flexibles, dépend de procédés mécaniques tels que le poinçonnage ou le perçage, ou de nouveaux procédés laser. Avec la haute densité des circuits de PCB (printed circuit board) flexibles et l’amincissement du substrat pris en compte, il est préférable de mettre en œuvre une technologie de traitement humide afin d’être compatible avec la production de masse et la réduction des coûts, et de former les vias et les rainures sur le matériau de substrat en PI par gravure.

Le mécanisme de gravure du PI (Kapton) sera abordé dans cette partie. Le Kapton est généré par une réaction de combinaison entre l’anhydride pyromellitique (PMDA) et le DADPE, plus l’imido. L’hydroxyde dans la solution de gravure réagit avec l’imido, ce qui dissout le PMDA et le DADPE, conduisant à une gravure réussie.

Au cours du processus de gravure, deux types de vernis de réserve sont disponibles pour protéger les images. L’un est un vernis de réserve pour la gravure du cuivre qui permet à l’image du conducteur en cuivre de protéger le film PI, tandis que l’autre est un film de réserve de gravure inscriptible qui protège les motifs par le biais du film, de l’exposition et de l’imagerie. La comparaison entre ces deux types de vernis de réserve pour la gravure est résumée dans le tableau ci-dessous.

Procédé soustractif, procédé entièrement additif et procédé semi-additif

PCB, y comprisPCB flexiblea tendance à évoluer vers l’interconnexion à haute densité (HDI) caractérisée par des lignes fines, des microvias et de multiples couches. Les lignes fines désignent celles dont la largeur de piste et l’espacement sont inférieurs à 0,1 mm et dont le pas fin est inférieur à 0,2 mm.

Lorsqu’il s’agit de la génération de graphiques à lignes fines et à haute densité, les méthodes technologiques comprennent les trois méthodes suivantes.

• Processus soustractif

En tant que méthode couramment utilisée de gravure de feuille de cuivre, le procédé soustractif est considéré comme une technologie mature, utilisée depuis des décennies. Cependant, il continue d’être progressivement amélioré en raison de ses limites en ce qui concerne les circuits à lignes fines et à haute densité. Parmi les procédés soustractifs, la sérigraphie pour former une couche de réserve à la gravure est la plus utilisée, en raison de sa compatibilité avec la production de masse, de la grande facilité d’utilisation et de son faible coût. Le plus typique est le film sec imageable utilisé comme vernis de réserve à la gravure.

Pour atteindre l’objectif de lignes fines et améliorer la résolution du vernis de gravure, la première méthode consiste à appliquer une couche mince de film sec de vernis de gravure, de 35 μm, 25 μm, 15 μm à 10 μm. La deuxième méthode consiste à appliquer un film humide (vernis de gravure imageable liquide) dont l’épaisseur de la couche se situe entre 10 μm et 6 μm. En outre, la capacité de gravure doit être améliorée. D’une part, il s’agit de maintenir la stabilité de la résolution de gravure et, d’autre part, d’améliorer l’équipement de gravure. De plus, il convient d’utiliser un cuivre mince dont l’épaisseur varie de 18 μm, 12 μm, 9 μm à 5 μm afin de réduire la sous-gravure et de garantir la précision de gravure.

• Processus entièrement additif

Le procédé entièrement additif contient les éléments suivants :
a. Substrat isolant ;
b. Couche de semence qui est générée à la surface du matériau de substrat ;
c. Résine photosensible pour mordant ;
d. Graphiques de galvanoplastie;
e. Couche isolante et fabrication de vias;
f. Cuivre par immersion

Avec un film PI comme matériau de substrat pour les circuits imprimés flexibles, la couche isolante est une résine PI photosensible. À ce jour, des lignes fines ont été obtenues avec une largeur de piste et un espacement de 5 μm chacun, et le diamètre des vias peut atteindre 20 μm, voire 10 μm.

• Procédé semi-additif

Le procédé semi-additif se situe entre le procédé soustractif et le procédé entièrement additif, et comprend les procédures et éléments suivants :
a. Un CCL fin ou un substrat isolant peut être utilisé ;
b. Le perçage mécanique ou le perçage laser peuvent être mis en œuvre, puis le cuivre autocatalytique permet d’en faire un via ;
c. Un motif négatif se forme à la surface ;
d. Le placage de cuivre est ensuite effectué sur les motifs ;
e. La résine de gravure imageable est éliminée ;
f. Le cuivre doit être gravé.

La comparaison entre le procédé soustractif, le procédé entièrement additif et le procédé semi-additif peut être résumée dans le tableau ci-dessous.

Technologie de construction

La technologie de fabrication de circuits imprimés rigides HDI repose principalement sur la technique de superposition, qui convient tout aussi bien aux circuits imprimés flexibles multicouches et aux circuits imprimés flex-rigides.

Les principales méthodes de la technologie de build-up comprennent le build-up couche par couche, l’interconnexion bumed, la connexion full-microvia et le procédé PALAP (patterned prepreg lay up process). Les méthodes de fabrication des vias peuvent être classées en perçage mécanique, poinçonnage mécanique, perçage laser, gravure plasma de vias, fabrication de vias photosensibles et gravure chimique.

La fabrication de circuits imprimés flexibles repose également sur la technologie d’empilement, ce qui conduit à la génération detrou borgne et trou enterréet des microvias empilés à haute densité sont obtenus. La fabrication de circuits imprimés flex-rigides repose davantage sur la technologie de superposition (build-up), et l’une des variantes typiques est appelée circuit imprimé flex-rigide détachable (snap-off). Le circuit imprimé flex-rigide traditionnel est fabriqué en plaçant une couche flexible au milieu, puis en appliquant un procédé de fabrication par superposition, ce qui est considéré comme peu pratique. Le circuit imprimé flex-rigide détachable, en revanche, est réalisé en fabriquant d’abord un noyau rigide multicouche, puis le circuit de surface pliable sur la couche de superposition, et enfin en éliminant la partie rigide après l’assemblage des composants.

Génération de Coverlay

En ce qui concerne le procédé de fabrication du coverlay d’image de circuit flexible, le PIC (coverlay photo-imageable) est laminé sur la surface de la carte, puis le plot d’interconnexion du conducteur est mis à nu par exposition et développement. Cette méthode n’exige ni le pré-découpage du coverlay ni l’ouverture de fenêtres par perçage de vias, ce qui permet d’obtenir une très grande précision de positionnement du motif. Une autre nouvelle technologie consiste à graver le polyimide, en réalisant des vias percés dans le coverlay en polyimide ou dans le matériau du substrat.

Modifications de l’équipement de fabrication de circuits imprimés flexibles

En fonction des différents modes de fabrication des circuits imprimés flexibles (FPCB), les équipements de fabrication de FPCB sont classés en deux catégories : feuille à feuille et rouleau à rouleau. La fabrication feuille à feuille pour les FPCB fonctionne de la même manière que pour les circuits imprimés rigides. Le substrat est d’abord découpé en pièces individuelles qui seront fabriquées une par une. Afin d’améliorer l’efficacité de la fabrication, on s’appuie davantage sur la production rouleau à rouleau. Outre la ligne de fabrication entièrement automatique rouleau à rouleau pour circuits flexibles simple face, de nombreux équipements de fabrication rouleau à rouleau comprenant une seule phase sont désormais disponibles pour répondre aux exigences de fabrication des circuits imprimés double face et multicouches.

En ce qui concerne le degré de liberté de fabrication, la fabrication feuille par feuille est plus pratique. Par conséquent, il convient de se concentrer sur l’équipement de fabrication de circuits imprimés flexibles à feuille unique et de l’optimiser. La tâche clé réside dans l’amélioration du dispositif de transmission, qui est plus adapté à la fabrication de circuits imprimés flexibles plus fins.

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