Sotto la spinta della tendenza allo sviluppo della miniaturizzazione dei prodotti di elettronica portatile, il PCB rigido-flessibile (printed circuit board) ha trovato un’ampia gamma di applicazioni. Inoltre, l’industria dei PCB si trova ad affrontare una concorrenza sempre più aspra, il che porta a porre la massima attenzione ai progressi nella tecnologia di fabbricazione dei PCB rigido-flessibili. A causa della complessità del processo di produzione dei PCB rigido-flessibili, alcuni produttori di PCB specializzati esclusivamente nella fabbricazione di PCB rigidi non riescono a soddisfare le esigenze della produzione di PCB flessibili. Il PCB semirigido FR4 che verrà presentato in questo articolo è un tipo di circuito stampato caratterizzato da flessibilità, capacità di essere assemblato in 3D e piegabilità.
Proprietà del PCB semirigido in FR4
• Le PCB semi-flessibili in FR4 sono caratterizzati da flessibilità, consentono l’assemblaggio 3D e possono modificare la propria forma in base ai vincoli di spazio.
• Il PCB semi-flessibile FR4 è piegabile senza influire sulla trasmissione del segnale.
• In base al design del prodotto in questione, il lavoro o gli errori dell’impianto di assemblaggio possono essere ridotti, migliorando la durata del prodotto.
• Il volume del prodotto sarà ridotto, il peso diminuirà drasticamente, le funzioni aumenteranno e i costi diminuiranno.
• Il PCB semi-flessibile FR4 adotta una procedura di fabbricazione semplice, compatibile con le attuali capacità produttive dei produttori di PCB rigidi.
Procedura di fabbricazione PCB semirigido FR4
Come materiale di substrato viene utilizzato un FR4 mid-Tg contenente riempitivo per fabbricare un PCB rigido semi-flessibile a 6 strati, realizzato mediante fresatura meccanica di una scanalatura. Lo spessore residuo deve essere controllato e mantenuto nell’intervallo di 0,25 mm ± 0,025 mm. Inoltre, il PCB semi-flessibile in FR4 deve essere in grado di essere piegato a 90° per più di 10 volte senza che si formino crepe.
La procedura di fabbricazione del PCB semi-flessibile FR4 include le seguenti fasi: taglio del materiale, rivestimento con film secco,AOI (ispezione ottica automatizzata), brownizzazione, laminazione, ispezione a raggi X, foratura dei fori, elettrodeposizione, conversione grafica, incisione, stampa serigrafica, esposizione e sviluppo,finitura superficialefresatura a profondità controllata, test elettrico, FQC (controllo qualità finale), imballaggio.
Problemi principali e relative soluzioni durante la procedura di fabbricazione di PCB semirigidi in FR4
La principale problematica che si presenta nei PCB semi-flessibili in FR4 riguarda il controllo della precisione e della tolleranza della fresatura a profondità controllata. A causa dell’effetto della struttura e delle caratteristiche del materiale, i PCB rigidi devono possedere una sufficiente flessibilità, in modo da garantire prestazioni eccellenti dopo l’assemblaggio 3D senza crepe nella resina o distacchi dell’inchiostro, che potrebbero essere considerati potenziali rischi di qualità. Pertanto, durante il processo di fresatura a profondità controllata, è necessario considerare pienamente l’uniformità dello spessore del pannello, lo spessore del prepreg, il contenuto di resina e la tolleranza di fresatura, e definire l’intervallo ottimale di spessore residuo.
• Prova di fresatura a profondità controllata A
La fresatura dello spessore residuo viene eseguita tramite il metodo di mappatura ed è effettuata rispettivamente in conformità con spessori residui di 0,25 mm, 0,275 mm e 0,3 mm, dopo di che il circuito viene testato in termini di piegatura a 90°. Gli spessori residui di 0,275 mm e 0,3 mm non soddisfano i requisiti. In base all’analisi delle microsezioni, la causa principale della mancata flessibilità del circuito risiede nel danneggiamento del fascio di fibre di vetro. Quando lo spessore residuo raggiunge 0,283 mm, le fibre di vetro risultano già danneggiate. Pertanto, la fresatura in profondità deve essere eseguita tenendo conto dello spessore del circuito, dello spessore delle fibre di vetro e della situazione del dielettrico. Poiché lo spessore tra la superficie della vernice solder mask e il rame del piano L2 è compreso tra 0,188 mm e 0,213 mm, il requisito di affidabilità non potrà essere soddisfatto quando lo spessore residuo supera 0,275 mm.
• Prova di fresatura a profondità controllata B
Sulla base del test e dell’analisi delle microsezioni sopra riportati, lo spessore dielettrico del rame tra la solder mask e il livello L2 rientra nell’intervallo da 0,188 mm a 0,213 mm e la piegatura a 90° non può essere eseguita quando lo spessore residuo supera 0,283 mm. Pertanto, la lavorazione meccanica può essere effettuata quando lo spessore residuo è controllato entro il campo di tolleranza di 0,245 mm ± 0,213 mm. Poiché i pannelli sono relativamente grandi in dimensioni (400 mm x 450 mm), non riescono a combaciare completamente con la macchina a causa dello spessore del circuito e dell’imbarcamento durante il mantenimento dello spessore residuo con il metodo di mappatura. Ciò ridurrà direttamente l’uniformità dello spessore residuo.
• Prova di fresatura a profondità controllata C
La riduzione delle dimensioni anticipa l’effetto sulla deformazione della scheda e sull’uniformità della macchina. Il pannello viene prima prototipato e si esegue una fresatura a profondità controllata in conformità con la dimensione impostata di 6,3" x 10,5". Successivamente, l’uniformità della macchina verrà misurata tramite misurazione a punti di mappatura con un intervallo verticale e orizzontale di 20 mm.
Sulla base della fabbricazione di PCB semirigidi a 6 strati in FR4, viene applicato e sviluppato un metodo di produzione speciale per controllare meccanicamente la profondità e mantenere lo spessore residuo. Di conseguenza, la procedura di produzione viene semplificata; le altre procedure sono conformi ai parametri ordinari; la tolleranza di controllo della profondità sullo spessore residuo è stata mantenuta entro l’intervallo di ±20 μm.
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