De nos jours, les circuits imprimés flexibles (PCB flexibles) se développent si rapidement que leur part de marché augmente et que de nombreux progrès ont été réalisés sur le plan technologique. L’apparition de nouvelles technologies de fabrication de PCB flexibles met en avant leurs avantages de légèreté, de finesse et de flexibilité, ce qui conduit à leur large éventail d’applications.
Les propriétés fondamentales des PCB dépendent des performances du matériau de substrat, il est donc primordial d’améliorer les performances du matériau de substrat pour réellement améliorer les performances techniques des PCB, ce qui s’applique également aux PCB flexibles.
Amélioration des performances des matériaux de substrat de film ordinaire
Les fonctions du matériau de substrat de film résident dans sa capacité à fournir un support pour les conducteurs et un milieu isolant entre les circuits. De plus, il doit pouvoir être plié et enroulé.
Outre le film PI (polyimide) et le film PET (polyester), généralement utilisés comme matériaux de substrat pour les circuits imprimés flexibles, il existe également des films polymères tels que le PEN (polyéthylène naphtalate), le PTFE et l’aramide, etc. Les films de matériaux de substrat doivent être choisis en fonction de leurs performances et de leur coût.
Le principal matériau de substrat pourstratifié cuivre flexible (FCCL)couvre le PI, un type de résine thermodurcissable qui n’atteindra pas une température à laquelle elle deviendrait ramollie ou capable de s’écouler. Cependant, elle peut toujours conserver sa flexibilité et son élasticité après polymérisation thermique, ce qui la distingue de la majorité des résines thermodurcissables. Le PI se caractérise par une haute résistance thermique et d’excellentes propriétés électriques. Toutefois, le PI entraîne une forte absorption d’humidité et une mauvaise résistance à la déchirure, qui doivent être améliorées. Le film PI amélioré présente une absorption d’humidité de 0,7 %, bien inférieure au taux ordinaire de 1,6 %, et offre une stabilité dimensionnelle plus élevée, passant de ±0,04 % à ±0,02 %.
Les CCL flexibles et rigides exigent tous deux des conditions environnementales exemptes d’halogènes, ce qui constitue une tendance inévitable et stricte de l’industrie électronique. Sur la base des réglementations publiées par l’UE (Union européenne) et de nombreux pays, 6 types de substances dangereuses sont interdits dans les dispositifs électroniques depuis juillet 2006, et les PCB, y compris les PCB flexibles, ne doivent pas contenir de retardateur de flamme bromé.
La résine PET présente de bonnes performances mécaniques et électriques, et son principal inconvénient est sa faible résistance à la chaleur, ce qui la rend incapable de supporter directement le brasage et l’assemblage. Les performances du PEN sont meilleures que celles du PET et inférieures à celles du PI, de sorte que les applications du PEN ne cessent d’augmenter.
Dans le monde, les catégories de films plastiques applicables dépassent 2000, parmi lesquelles il doit exister certains types adaptés à la fabrication de circuits imprimés flexibles (PCB flexibles). Ainsi, à mesure que les applications des PCB flexibles se développent, de nouveaux matériaux de substrat pour PCB flexibles seront utilisés.
L’adhésif joue un rôle dans le collage de la feuille de cuivre et du film de matériau de substrat, et ses classifications ordinaires comprennent la résine PI, la résine PET, la résine époxy modifiée et la résine acrylique, parmi lesquelles la résine époxy modifiée et la résine acrylique sont davantage utilisées en raison de leur forte force d’adhérence.
Matériau de substrat PI à deux couches
Le CCL flexible contient généralement trois couches : polyimide, adhésif et feuille de cuivre. Comme l’adhésif tend à réduire les performances des PCB flexibles, en particulier les performances électriques et la stabilité dimensionnelle, un CCL flexible à deux couches (2L-FCCL) sans adhésif a été développé. De plus, comme le 2L-FCCL ne contient pas d’adhésif susceptible de renfermer des halogènes, il est favorable à la protection de l’environnement et est capable de répondre aux exigences de la soudure sans plomb en faisant passer la température de 220 °C à 260 °C puis à 300 °C. La comparaison des performances entre le 2L-FCCL sans adhésif et le 3L-FCCL avec adhésif peut être résumée dans le tableau 1 ci-dessous.
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Articles
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FCCL avec adhésif
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FCCL sans adhésif
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| Épaisseur du matériau du substrat |
Film + adhésif (12 μm - 25 μm) |
Film (12,5 μm-125 μm) |
| Résistance à la chaleur |
Faible |
Haut |
| Stabilité dimensionnelle |
Mauvais |
Bon |
| Résistance à la flexibilité |
Bon |
Basé sur les types |
| Compatibilité avec le film de couverture |
Bon |
Basé sur les types |
| Applicabilité à la fabrication |
Long terme et facile |
À court terme et difficile |
| Coût |
Faible |
Haut |
Trois types de méthodes de fabrication de 2L-FCCL sont disponibles :
• Galvanoplastie ;
• Enrobage de film ;
• Stratification;
En comparant trois méthodes, on peut conclure que la couche métallique électrodéposée par galvanoplastie sur un film en polyimide est facile à produire par laminage et que le matériau de substrat plus mince et le feuillard de cuivre peuvent être obtenus à faible coût. Le revêtement par film convient à la production de masse à faible coût. Le laminage fonctionne mieux pour la fabrication de cartes double face.
Matériau de substrat LCP
Pour essentiellement modifier les inconvénients du matériau de substrat en polyimide, un polymère à cristaux liquides (LCP) a été récemment développé. Comme le film LCP thermoplastique est recouvert d’une feuille de cuivre, qui subit ensuite un pressage à chaud constant, simple face ou double faceCCLsera obtenu. Ce type de CCL présente un taux d’absorption d’eau de seulement 0,04 % et une constante diélectrique de 2,85 (1 GHz), compatible avec les exigences des circuits numériques haute fréquence.
Le polymère présente un état liquide et sera fondu en polymère à cristaux liquides thermofusible (TLCP). En ce qui concerne les avantages du TLCP, il peut être moulé par injection et fabriqué par pressage en film mince qui servira de matériau de substrat pour les PCB et les PCB flexibles. De plus, il peut subir un traitement secondaire, être recyclé et réutilisé. En raison de la faible absorption d’humidité, de l’aptitude aux hautes fréquences et de la stabilité dimensionnelle thermique du TLCP, il commence à être utilisé dans les PCB flexibles.
Matériau de substrat flexible sans halogène compatible avec les exigences environnementales
Dès 2003, l’UE a publié les directives RoHS et DEEE afin d’interdire l’utilisation de six types de substances dangereuses ainsi que le traitement des déchets d’équipements électriques et électroniques.RoHSest lié au brome utilisé comme retardateur de flamme dans les PCB et au plomb dans le revêtement de surface.
Le substrat sans halogène a été développé et appliqué aussi bien dans les PCB rigides que dans les PCB flexibles. Les matériaux de substrat flexibles, tels que le FCCL, le coverlay, le préimprégné, le vernis épargne et la plaque de renfort, doivent présenter une résistance au feu et être exempts d’halogènes.
Feuille de cuivre de nouveau type
Le matériau conducteur principal des circuits imprimés flexibles est le cuivre ou la feuille de cuivre et, parfois, des alliages sont également utilisés, notamment l’aluminium, le nickel, l’or et l’argent, etc. Outre la conduction, la couche conductrice doit être résistante à la flexion. Selon les différentes méthodes de fabrication, la feuille de cuivre est classée en feuille de cuivre électrodéposée (ED) et en feuille de cuivre laminée et recuite (RA). La différence entre ces deux types de feuilles de cuivre réside dans leurs formes cristallines : la feuille de cuivre RA présente une structure en colonnes, ce qui conduit à une structure régulière et plane, pouvant être soumise à des traitements de rugosification et de gravure. La feuille de cuivre ED présente une structure en écailles de poisson, ce qui donne une feuille de cuivre lisse avec une bonne ténacité, mais ne permettant pas les traitements de rugosification ou de gravure. Pour les circuits imprimés flexibles dynamiques nécessitant une grande flexibilité, on utilise généralement la feuille de cuivre RA.
Actuellement, les circuits imprimés flexibles à haute densité dépendent principalement du cuivre électrodéposé (ED). Afin de répondre aux exigences de la production de masse de circuits imprimés dont le pas se situe dans la plage de 40 μm à 50 μm, de nouvelles exigences sont formulées. La première est que la surface du cuivre doit présenter une faible rugosité et la seconde est que le cuivre doit être ultra-fin.
Pâte d’argent conductrice
Pendant leprocessus de fabrication de circuits imprimés flexibles, de l’encre conductrice est imprimée sur un film isolant pour former un fil ou une couche de blindage, et ce type d’encre conductrice est principalement une pâte d’argent conductrice. La couche conductrice imprimée doit présenter une faible résistance, une connexion solide et une bonne flexibilité. En outre, l’impression doit être facile à réaliser et la polymérisation doit être rapide.
La nouvelle pâte d’argent conductrice répond aux exigences de faible résistance et de flexibilité et est capable de former des images conductrices sur des films polymères thermodurcissables ou thermoplastiques, des tissus et du papier. Elle permet également de réaliser des motifs utilisés sur les produits RFID. Les produits finaux utilisant la pâte d’argent conductrice sont conformes en termes de stockage à haute température, de test d’humidité et de performance en cycles de températures élevées et basses. L’huile conductrice est également une technologie compatible avec les exigences de protection de l’environnement et de faible coût.
Couche de recouvrement PI photosensible
La couche de recouvrement traditionnelle PI/adhésive ne parvient pas à répondre aux exigences des circuits imprimés flexibles, telles qu’une haute densité, une grande stabilité dimensionnelle et la protection de l’environnement. C’est pourquoi le PIC (photo-imageable coverlay) a été développé, offrant une résistance élevée à la flexion, similaire à celle d’un vernis épargne.
Jusqu’à présent, les PIC de type liquide ou film, basés sur des résines époxy modifiées ou des résines acryliques, font l’objet de nombreuses recherches et applications en raison de leur haute résolution, de leur excellente force d’adhérence et de leur flexibilité. L’inconvénient des PIC basés sur des résines époxy modifiées ou des résines acryliques réside dans leur faible stabilité dimensionnelle lorsqu’ils sont appliqués sur des PCB à haute densité, leur faible Tg et leur faible résistance thermique.
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