La tendenza allo sviluppo verso la miniaturizzazione e la multifunzionalità dei prodotti elettronici spinge inevitabilmente la tecnologia di produzione dei PCB (printed circuit board) a progredire verso un’elevata densità, alta precisione, miniaturizzazione e alta velocità. Poiché il PCB flessibile si basa su un materiale di substrato flessibile ed è in grado di essere piegato, il che rende il PCB flessibile leggero e di piccolo volume, negli ultimi anni si è assistito a un suo impiego sempre più diffuso nei prodotti elettronici. Con il continuo miglioramento della tecnologia di produzione dei PCB flessibili, anche i PCB avanzati come i PCB rigido-flessibili e i PCB flessibili HDI (high density interconnect) stanno registrando rapidi progressi nelle rispettive tecnologie di fabbricazione.
Inoltre, il crescente sviluppo e la diffusione di terminali elettronici intelligenti come smartphone e tablet PC hanno fatto registrare anche un evidente aumento della domanda di PCB flessibili, PCB rigido‑flessibili e PCB HDI. Si può prevedere che i PCB flessibili diventeranno un punto focale per l’industria dei PCB. Lo sviluppo dei circuiti stampati è strettamente correlato allo sviluppo dei materiali e delle tecnologie, quindi questo articolo discuterà le opportunità di sviluppo e le sfide che i PCB flessibili devono affrontare in termini di nuovi materiali e nuove tecnologie e tratterà della tendenza di sviluppo dei PCB rigido‑flessibili.
Tendenze di sviluppo dei nuovi materiali e delle nuove tecnologie
L’innovazione dei PCB flessibili dipende in larga misura dallo sviluppo di nuovi materiali. Le innovazioni sui materiali che riguardano il materiale del substrato isolante, l’adesivo, il foglio metallico, lo strato di copertura e la piastra di rinforzo spingono tutte le schede a circuito stampato verso prestazioni più elevate. Poiché la fabbricazione dei PCB flessibili richiede requisiti più severi per tutti i tipi di materiali, sistemi di materiali diversificati offriranno molteplici opzioni e combinazioni ai produttori. Le prestazioni dei materiali si manifestano principalmente nel CTE (coefficiente di dilatazione termica), nell’assorbimento d’acqua, nel grado di flessibilità e nella durata della flessibilità.
Nel settore dei PCB, i nuovi materiali e le nuove tecnologie di solito si promuovono a vicenda, il che funziona perfettamente sui PCB flessibili grazie ai requisiti più elevati in termini di prestazioni. Ad esempio, in quanto una delle tecnologie fondamentali per l’innovazione dei PCB, la tecnologia di fabbricazione dei microvia avanza a una velocità superiore rispetto a qualsiasi altra tecnologia, inclusi incisione, placcatura e connessione. Durante il processo di fabbricazione dei microvia nei PCB flessibili, l’intensità meccanica e il coefficiente di deformazione dei diversi materiali sugli strati differenti devono essere considerati con attenzione e la deformazione risultante dalla produzione dei via deve essere stimata. Alla fine, sarà possibile produrre con successo microvia accurati.
Poiché la tecnologia dei PCB flessibili sfrutta materiali di substrato flessibili, essa è compatibile e complementare alla tecnologia dell’elettronica stampata, che è diventata prevalente negli ultimi anni. Pertanto, come utilizzare la tecnologia di stampa in un processo additivo per produrre circuiti stampati è un nuovo tema su cui l’industria dei PCB flessibili dovrebbe concentrarsi. Di conseguenza, vengono poste rigorose esigenze di compatibilità tra il materiale PCB e la tecnologia di fabbricazione dei PCB, nonché tra l’inchiostro e il materiale del substrato per l’impiego dell’elettronica stampata.
I progressi nei materiali e nelle tecnologie possono ampliare ulteriormente il campo di applicazione dei PCB flessibili. Ad esempio, i PCB LED che svolgono un ruolo di primo piano nell’attuale mercato dipendono dal design di schede rigide con retroplane in metallo. Man mano che la resistenza al calore dei materiali viene ottimizzata, i PCB flessibili saranno applicati a prodotti LED sottili e leggeri. Un’altra applicazione notevole dei circuiti stampati flessibili risiede inPCB automobilisticoFino ad ora, i componenti elettrici automobilistici si avvalgono principalmente di collegamenti tramite cavi e l’equivalente PCB flessibile sottile è più leggero del 70% rispetto ai cavi. I progressi nella ricerca e sviluppo di materiali polimerici avanzati hanno migliorato l’intervallo di funzionamento stabile ad alta temperatura dagli attuali 100°C–125°C fino a 200°C o più. Oltre a un’induzione elettrica e a prestazioni di controllo altamente efficienti ed eccellenti, i PCB flessibili saranno sempre più utilizzati nel settore automobilistico e svolgeranno un ruolo chiave.
Tendenza di sviluppo dei PCB flessibili-rigidi
Grazie ai vantaggi combinati sia del circuito flessibile sia di quello rigido, il PCB rigido-flessibile è stato ampiamente applicato nei prodotti elettronici. Le problematiche di sviluppo discusse nella parte precedente di questo articolo riguardanti il PCB flessibile sono ugualmente applicabili alla tecnologia di fabbricazione dei PCB rigido-flessibili. Inoltre, poiché nel PCB rigido-flessibile si considerano maggiori differenze di materiali, tutte le sfide tecniche derivano principalmente dalla selezione della combinazione di materiali. Ad esempio, durante il processo di laminazione multipla, la differenza di CTE in tutte le direzioni di ciascun strato di materiale dovrebbe essere attentamente considerata insieme all’applicazione della scheda di rinforzo, in modo che la compensazione della deformazione possa essere implementata ottenendo una laminazione con allineamento ad alta precisione.
Nel frattempo, la progettazione strutturale dei PCB rigido-flessibili è anche un punto focale per il loro sviluppo. In generale, un PCB rigido-flessibile con funzioni equivalenti può presentare numerosi schemi di progettazione. La progettazione pratica dovrebbe partire da considerazioni complete che includano l’affidabilità dei prodotti, lo spazio occupato, il peso e la complessità di assemblaggio. Inoltre, le capacità produttive dei produttori e i fattori legati ai materiali dovrebbero essere prese in considerazione per ottenere una progettazione ottimale con il programma con il costo più basso. Ad esempio, un normale PCB rigido-flessibile da 3 a 8 strati può avvalersi diCCL flessibile (laminato rivestito di rame)con adesivo utilizzato o non utilizzato. Allo stesso modo, lo strato di copertura dell’area flessibile in un PCB rigido-flessibile presenta strutture diverse.
Un'altra tendenza di sviluppo della ricerca dei PCB rigido-flessibili risiede infabbricazione di PCB incorporati nei componentiNella maggior parte delle situazioni, l’inserimento di resistori e condensatori deve essere effettuato nell’area rigida senza che le prestazioni dell’area flessibile vengano influenzate. Questa applicazione pone per la seconda volta requisiti rigorosi al materiale. Inoltre, il PCB flessibile si adatta bene alla tecnologia CSP (chip-scale package) e la struttura del PCB con componenti integrati pone sfide e requisiti alla tecnologia di packaging.
Prospettive future per i PCB flessibili
I PCB flessibili si svilupperanno verso l’ultra-sottigliezza e l’alta densità, il che stimolerà ulteriori progressi in termini di materiali, tecnologie e attrezzature, con l’adozione di nuove tecnologie. Si può prevedere che lo sviluppo dei PCB flessibili si concentrerà sui seguenti aspetti nel breve o lungo termine futuro:
• Struttura PCB più sottile e leggera;
• Maggiore velocità di elaborazione dei dati;
• Temperatura di esercizio più elevata;
• Maggiore densità e funzioni multiple;
• PCB di area maggiore e più resistente alla flessione;
• Incasso dei componenti;
• Scheda ibrida di circuito e percorso ottico;
• Compatibile con l’elettronica stampata.
Con le opportunità offerte, tutte le aspettative applicative comportano sfide estreme in termini diMateriale PCB, tecnologia e design. Pertanto, attenersi all’innovazione tecnologica e alla ricerca e sviluppo autonoma è un principio imprescindibile se vogliamo andare lontano nel settore dei PCB.
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