Sviluppo della tecnologia di fabbricazione di PCB flessibili

Tecnologia di incisione PI

Già nel 2005, i PCB flessibili che si basavano su CCL flessibile a 2 strati (laminato rivestito di rame) per il loro impiego nei telefoni cellulari hanno registrato oltre 15.000 m²output. Di solito l’apertura di fori passanti e scanalature sul materiale di substrato in PI (poliimmide) utilizzato nei CCL flessibili dipende da lavorazioni meccaniche come punzonatura o foratura, oppure da nuovi processi laser. Considerata l’elevata densità dei circuiti dei PCB (printed circuit board) flessibili e lo spessore ridotto del substrato, è preferibile adottare una tecnologia di trattamento a umido, in modo da essere compatibili con la produzione di massa e la riduzione dei costi, e per aprire fori passanti e scanalature sul materiale di substrato in PI tramite incisione.

Il meccanismo di incisione del PI (Kapton) sarà discusso in questa parte. Il Kapton è generato da una reazione di composizione tra dianidride piromellitica (PMDA) e DADPE più imido. I gruppi ossidrilici nella soluzione di incisione reagiranno con l’imido, facendo sì che PMDA e DADPE si dissolvano, portando a un’incisione riuscita.

Durante il processo di incisione sono disponibili due tipi di resist per l’incisione per proteggere le immagini. Uno è il resist per incisione del rame, che fa sì che l’immagine del conduttore in rame protegga il film PI, mentre l’altro è il film di resist per incisione impressionabile, che protegge le grafiche tramite pellicola, esposizione e imaging. Il confronto tra i due tipi di resist per incisione è riassunto nella tabella seguente.

Processo sottrattivo, processo completamente additivo e processo semi-additivo

PCB, inclusoPCB flessibiletende a svilupparsi verso l’interconnessione ad alta densità (HDI) caratterizzata da linee fini, microvia e multistrato. Per linee fini si intendono quelle con larghezza e spaziatura inferiori a 0,1 mm e con passo fine inferiore a 0,2 mm.

Quando si considera la generazione di grafica a linee sottili ad alta densità, i metodi tecnologici comprendono i seguenti tre metodi.

• Processo sottrattivo

Come metodo comunemente utilizzato per l’incisione del foglio di rame, il processo sottrattivo è stato considerato una tecnologia matura, impiegata da decenni. Tuttavia, continua a essere gradualmente aggiornato a causa dei suoi limiti per quanto riguarda i circuiti a linee fini ad alta densità. Tra i processi sottrattivi, la serigrafia per la resistenza all’incisione è la più utilizzata grazie alla sua compatibilità con la produzione di massa, all’elevata praticità operativa e ai bassi costi. Il caso più tipico è rappresentato dal resist all’incisione in film secco fotoimpressionabile.

Per raggiungere l’obiettivo delle linee sottili e migliorare la risoluzione del resist per incisione, il primo metodo consiste nell’applicazione di uno strato sottile di dry film resist per incisione, da 35 μm, 25 μm, 15 μm fino a 10 μm. Il secondo metodo consiste nell’applicazione di un wet film (resist per incisione liquido e imageable) con uno spessore del film di rivestimento compreso tra 10 μm e 6 μm. Inoltre, la capacità di incisione deve essere migliorata. Da un lato, ciò mira a mantenere la stabilità della risoluzione di incisione e, dall’altro, a migliorare le apparecchiature di incisione. Inoltre, si dovrebbe utilizzare un sottile foglio di rame con uno spessore compreso tra 18 μm, 12 μm, 9 μm e 5 μm per ridurre l’incisione laterale e garantire la precisione dell’incisione.

• Processo completamente additivo

Il processo completamente additivo contiene i seguenti elementi:
a. Sostrato isolante;
b. Strato di semina che viene generato sulla superficie del materiale del substrato;
c. Resistente all’incisione per immagini;
d. Grafica galvanica;
e. Strato isolante e produzione dei via;
f. Rame per immersione

Con il film in PI come materiale di substrato per PCB flessibili, lo strato isolante è una resina PI fotosensibile. Finora sono state realizzate linee fini con larghezza e spaziatura entrambe di 5 μm e il diametro dei fori passanti può essere di 20 μm o addirittura 10 μm.

• Processo semi-additivo

Il processo semi-additivo si colloca tra il processo sottrattivo e quello completamente additivo e comprende le seguenti procedure e voci:
a. Si può utilizzare un CCL sottile o un substrato isolante;
b. È possibile eseguire la foratura meccanica o laser e quindi il rame chimico la trasforma in un via;
c. Si forma un motivo negativo sulla superficie;
d. La placcatura in rame viene quindi eseguita sulla grafica;
e. Il resist per mordenzante imageable viene eliminato;
f. Il rame deve essere rimosso tramite incisione.

Il confronto tra il processo sottrattivo, il processo completamente additivo e il processo semi-additivo può essere riassunto nella tabella seguente.

Tecnologia di accumulo

La tecnologia di fabbricazione dei PCB rigidi HDI si basa principalmente sulla tecnica build-up, che risulta ugualmente adatta per PCB flessibili multistrato e PCB rigido-flessibili.

I principali metodi della tecnologia build-up includono il build-up strato per strato, l’interconnessione bumed, la connessione full-microvia e il PALAP (processo di laminazione di prepreg modellato). I metodi di produzione dei via possono essere classificati in foratura meccanica, punzonatura meccanica, foratura laser, via mediante incisione al plasma, produzione di via fotosensibili e incisione chimica.

La fabbricazione di PCB flessibili si basa anche sulla tecnologia build-up, portando alla generazione divia cieca e via interratae microvia impilati con elevata densità sono stati ottenuti. La fabbricazione di PCB rigido-flessibili si basa maggiormente sulla tecnologia build-up e una tipica variante è chiamata PCB rigido-flessibile a distacco (snap-off). Il tradizionale PCB rigido-flessibile viene realizzato posizionando lo strato flessibile al centro e poi applicando la produzione build-up, il che è considerato scomodo. Il PCB rigido-flessibile a distacco, invece, viene ottenuto prima producendo il circuito stampato multistrato rigido di base, poi il circuito superficiale pieghevole sullo strato build-up e infine eliminando la parte rigida dopo l’assemblaggio dei componenti.

Generazione di coverlay

Per quanto riguarda il processo di generazione del coverlay per immagini di circuiti flessibili, il PIC (photo-imageable coverlay) viene laminato sulla superficie della scheda e il pad di interconnessione del conduttore viene quindi messo a nudo tramite esposizione e sviluppo. Questo metodo non richiede che il coverlay venga punzonato in anticipo o che vengano realizzate finestre tramite foratura dei via, il che consente di ottenere un’elevata precisione nel posizionamento del pattern. Un’altra nuova tecnologia consiste nell’incisione del poliimmide, realizzando via forati sul coverlay in poliimmide o sul materiale del substrato.

Modifiche delle apparecchiature per la fabbricazione di PCB flessibili

In base alle diverse modalità di produzione dei PCB flessibili, le apparecchiature per la fabbricazione di PCB flessibili si suddividono in due categorie: a foglio singolo e roll-to-roll. La fabbricazione a foglio singolo per PCB flessibili funziona allo stesso modo che per i PCB rigidi. Il pannello di base viene prima tagliato in singoli pezzi che verranno lavorati uno per uno. Per migliorare l’efficienza produttiva, si fa maggiormente affidamento sulla produzione roll-to-roll. Oltre alla linea di produzione completamente automatica roll-to-roll per circuiti flessibili monofaccia, sono disponibili numerose apparecchiature roll-to-roll a singola fase per soddisfare i requisiti di fabbricazione di PCB a doppia faccia e multistrato.

Per quanto riguarda il grado di libertà nella produzione, la produzione a singolo foglio è più conveniente. Pertanto, si dovrebbe porre l’attenzione e ottimizzare le apparecchiature per la produzione di PCB flessibili a singolo foglio. Il compito chiave risiede nel miglioramento del dispositivo di trasmissione, che è più adatto alla produzione di PCB flessibili più sottili.

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