Sviluppo di applicazioni per PCB flessibili

PCB flessibile per telefono cellulare

Le modifiche che interessano i telefoni comportano cambiamenti per tutti i PCB (circuiti stampati), soprattutto quando vengono applicati più PCB flessibili. Innanzitutto, la leggerezza e la sottigliezza dei telefoni cellulari spingono alla sostituzione dei PCB rigidi con circuiti flessibili. Il rapporto di area tra la parte rigida e la parte flessibile sfruttato nei telefoni è approssimativamente 80:20, mentre sarà 20:80. Inoltre, il PCB rigido utilizzato per i telefoni cellulari è sottilePCB HDI (high density interconnect)I telefoni cellulari che dipendono principalmente da PCB rigidi hanno uno spessore di 27 mm, mentre quelli con PCB flessibili hanno uno spessore di soli 16,8 mm.

I PCB flessibili utilizzati per diverse posizioni di un telefono cellulare portano a strutture e requisiti differenti:

• Scheda interruttore a chiave

La scheda dei tasti è un PCB a quattro strati con spessore inferiore a 0,3 mm. Questa parte flessibile è dotata di componenti come LED e connettori di ingresso/uscita sulla superficie che non richiede flessibilità, quindi è possibile applicare una solder mask sulla superficie. La parte flessibile pieghevole di questa scheda flessibile a 4 strati è un conduttore a singolo strato che può essere piegato a forma di "S".

• Modulo LCD (liquid crystal display module)

LCM è composto da un circuito flessibile LCD principale e da un circuito flessibile LCD secondario. Il primo è un circuito a doppia faccia, mentre il secondo è a faccia singola. Il chip nudo e i condensatori resistivi aggiuntivi devono essere assemblati direttamente sul circuito flessibile per pilotare l’LCD. Il collegamento dell’IC a chip nudo generalmente si basa su ACF (Anisotropic Conductive Film) e il circuito flessibile deve essere riscaldato e pressato. Pertanto, è necessario utilizzare film in poliimmide con foglio di rame monofaccia e bifaccia senza adesivo.

I PCB flessibili utilizzati per i telefoni cellulari sono principalmente realizzati in poliimmide, richiedendo caratteristiche di sottigliezza, assenza di adesivo e assenza di alogeni. Inoltre, è necessario migliorare la resistenza alla flessione degli strati placcati in rame, nichel e oro, il che favorisce il miglioramento della resistenza alla flessione dell’intero PCB flessibile.

L’onda digitale che spinge lo sviluppo dei PCB flessibili multistrato

Il PCB flessibile multistrato è stato applicato in laptop, schede di memoria e fotocamere ecc. nel periodo iniziale di sviluppo dei dispositivi elettronici. Con l’avvento dell’onda digitale, il PCB flessibile multistrato è ampiamente utilizzato in LCD (display a cristalli liquidi), testine ottiche per DVD, fotocamere digitali, videocamere digitali ecc. Ad esempio, la parte di collegamento dell’LCD è composta da una scheda flessibile a 8 strati con uno spessore di 0,6 mm, mentre la fotocamera digitale utilizza una scheda flessibile a 6 strati.

La progettazione di PCB flessibili multistrato si basa sul concetto che componenti, connettori di cavo e parte di inserzione siano combinati insieme. Di solito è progettata come un circuito da tre a dieci strati la cui larghezza/distanza minima delle tracce è 0,075 mm/0,075 mm. Il diametro minimo dei fori metallizzati passanti è 0,25 mm e il diametro del pad di connessione è 0,50 mm. Il PCB flessibile multistrato può anche essere realizzato con tecnologia BUM (build up multilayer) e presentacieco/sepolto tramitela cui apertura è di 0,1 mm e il pad di connessione la cui apertura è di 0,3 mm. Quando il poliimmide è utilizzato come materiale di substrato, il suo spessore può essere di 25 μm o 12 μm e gli strati adesivi di collegamento sono prepreg in acido acrilico o prepreg pre-impregnato.

I principali problemi che un PCB flessibile multistrato deve superare durante il processo di fabbricazione includono il riassemblaggio della posizione, la planarità della superficie e l’affidabilità. L’allineamento degli strati è un indice importante per i PCB multistrato ad alta densità e la variazione dimensionale tende a essere causata dall’elevato assorbimento di umidità del poliimmide utilizzato come materiale di substrato della scheda flessibile, quindi il trattamento di stabilizzazione è estremamente importante prima e dopo la laminazione. I componenti SMD (surface mount devices) sono utilizzati principalmente neiAssemblaggio PCB, che richiedono un'elevata planarità. I test di affidabilità relativi ai PCB flessibili multistrato riguardano principalmente prove ad alta temperatura, alta umidità e alta pressione, prove di ciclaggio ad alta e bassa temperatura (-65°C-125°C) e prove di sollecitazione termica (300°C).

Il PCB flessibile multistrato combina sia la flessibilità della scheda flessibile sia la capacità di supportare l’assemblaggio dei componenti. Inoltre, è più sottile e più affidabile diPCB flessibile-rigidoPertanto, i PCB flessibili multistrato saranno sempre più ampiamente accettati dai nuovi prodotti elettronici.

PCB flessibile-rigido per autoveicoli

Un veicolo automobilistico contiene numerosi componenti elettronici, tra cui 250 dispositivi elettronici di controllo specializzati, tutti i quali devono essere collegati tramite PCB e fili di connessione per integrare l’intero sistema. Per ottenere miniaturizzazione e affidabilità, è necessario utilizzare PCB rigido-flessibili nelle applicazioni attuali che coinvolgono il trasduttore operativo, l’unità di controllo del motore, i dispositivi di assistenza alla frenata, gli alzacristalli elettrici, il sistema di trasmissione e il sistema intelligente.

Per essere compatibili con i diversi requisiti di prestazione richiesti dalle varie posizioni, sono disponibili due tipi di PCB rigido-flessibili: PCB rigido-flessibile a multi-piegatura e PCB rigido-flessibile a semi-piegatura.

• PCB flessibile-rigido a multi-piegatura

Il PCB flessibile-rigido a multi-piegabilità sfrutta il film flessibile in PI come materiale di substrato, ed è composto da una parte rigida e una parte flessibile.

Il PCB rigido-flessibile a multi-piegabilità è applicabile per parti che richiedono numerose flessioni. Per quanto riguarda le sue prestazioni, occorre concentrarsi sulla stabilità termica e sulla stabilità dimensionale. Inoltre, il CTE sull’asse Z del prepreg deve essere basso per evitare che la parete dei fori metallizzati si crepi sotto l’impatto di alte temperature. Oltre al film adesivo in PI, è possibile utilizzare anche prepreg FR4 senza flusso. Quando si impiega materiale PEN o PET, il PCB rigido-flessibile è in grado di ottenere una struttura relativamente stabile. Per ottenere trasmissione ad alta velocità e alta affidabilità, si può anche scegliere il materiale LCP. I PCB rigido-flessibili che utilizzano questi materiali vengono prodotti senza la necessità di un trattamento di essiccazione prima dell’assemblaggio e della saldatura, che invece è richiesto quando si utilizza un materiale di substrato in PI.

• PCB flessibile-rigido semipiegabile

Il PCB rigido-flessibile semi-piegabile è un tipo di circuito stampato che deve essere piegato durante l’assemblaggio, la rilavorazione e la manutenzione, quindi per ridurre i costi si dovrebbe scegliere un materiale di substrato pieghevole con bassa flessibilità. Di conseguenza, si utilizza un sottile substrato FR-4 in epossidica modificata per sostituire il film in PI. Analogamente ai PCB ordinari a doppia faccia o multistrato, il PCB rigido-flessibile semi-piegabile presta semplicemente maggiore attenzione al design delle piste e allo spessore della parte piegabile.

Per quanto riguarda le prestazioni dei PCB rigido-flessibili semipiegabili, il loro tipo tipico presenta un solo strato di conduttore e una parte flessibile alta 16 mm con un diametro minimo di piegatura di 5 mm, in grado di sopportare più di 10 cicli di piegatura. L’ulteriore requisito per questo tipo di PCB rigido-flessibile è che la parte flessibile presenti due strati di conduttori con un diametro minimo di piegatura di 2 mm, in grado di sopportare da 10 a 20 cicli di piegatura.

PCB flessibile per package IC

Il circuito integrato (IC) viene prodotto trasformando semiconduttori come il silicio e il germanio in wafer e poi tagliandoli in chip che vengono ulteriormente integrati in circuiti. L’IC dà origine a numerosi tipi di package e si sviluppa verso la miniaturizzazione e l’elevata integrazione, come DIP (dual in-line package), QFP (quad flat package), PGA (pin grid array), BGA (ball grid array), CSP (chip-scale package), SiP (system in a package) e MCP (multi-chip package) o MCM (multi-chip module).

Il PCB per package IC, chiamato anche scheda di supporto IC, è un ramo del PCB. Le schede di supporto IC sono classificate in schede inorganiche (a base ceramica) e schede organiche (a base di resina) e le schede organiche possono essere suddivise in schede rigide e schede flessibili. Quando i chip vengono assemblati direttamente sulla scheda flessibile, si genera un tipo di nastro di supporto IC, il COF. Con l’ingresso dei package IC nell’era di BGA, CSP e MCP, l’uso delle schede flessibili aumenterà drasticamente.

Il circuito flessibile si trova ad affrontare alta densità e alta velocità, il che si manifesta tecnicamente in tre aspetti. In primo luogo, il passo del circuito è sempre più ridotto. Il passo minimo del circuito del nastro COF è di 30 μm (traccia/spazio pari a 15 μm/15 μm), valore che è difficilmente ottenibile con la normale tecnologia di incisione del rame. Di conseguenza, si applica generalmente il processo semi-additivo. In secondo luogo, lo strato di solder mask sulla superficie del pad deve essere piatto e uniforme, adatto alla saldatura a sfera o alla saldatura con filo d’oro. Di solito si applica una placcatura di stagno o di nichel/oro e occorre scegliere uno strato di placcatura eccellente per mantenere la flessibilità. In terzo luogo, il materiale del substrato deve presentare eccellenti proprietà ad alta frequenza, con bassa costante dielettrica e bassa perdita dielettrica.

Applicazioni Sempre Più Ampie dei PCB Flesso-Rigidi

Il PCB rigido-flessibile è composto da due parti: scheda rigida e scheda flessibile. La scheda rigida è realizzata con un materiale di base rigido, con elevata resistenza e difficoltà a essere piegato. I componenti SMD possono essere montati saldamente sulla scheda rigida, il che è diverso dall’area rigida del circuito flessibile multistrato, che dipende dallo spessore. I problemi che i PCB rigido-flessibili devono affrontare includono:

•La parte flessibile viene generata per prima selezionando un materiale di substrato con basso assorbimento di umidità ed eccellente stabilità dimensionale. PoliimmideCCL (laminato rivestito di rame)con una struttura a due strati offre prestazioni migliori rispetto al CCL in poliimmide con una struttura a tre strati.

•La parte rigida è costituita principalmente da una base in FR4. Il collegamento tra la parte rigida e la parte flessibile è ottenuto mediante l’applicazione di prepreg. Per evitare che la resina epossidica trabocchi sulla parte flessibile, si utilizza un materiale pre-impregnato con assenza o con un flusso minimo di resina epossidica.

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Risorse utili
•Introduzione ai PCB flessibili-rigidi e servizi di produzione
•Applicazioni dei circuiti stampati flessibili-rigidi
•Ottimizza l’assemblaggio e migliora l’affidabilità con PCB flessibili e flex-rigid