Al giorno d’oggi, i PCB flessibili (printed circuit board) si sviluppano così rapidamente che la loro quota di mercato è in aumento e sono stati compiuti molti progressi in termini di tecnologia. L’avvento di nuove tecnologie di fabbricazione di PCB flessibili spinge i PCB flessibili a mettere in risalto i loro vantaggi di leggerezza, sottigliezza e flessibilità, portando a un’ampia gamma di applicazioni.
Le proprietà fondamentali dei PCB dipendono dalle prestazioni del materiale del substrato, quindi è prioritario migliorare le prestazioni del materiale del substrato per migliorare realmente le prestazioni tecniche dei PCB, il che vale anche per i PCB flessibili.
Miglioramento delle prestazioni dei materiali dei substrati di film ordinari
Le funzioni del materiale del substrato del film risiedono nella sua capacità di fornire un supporto per il conduttore e un mezzo isolante tra i circuiti. Inoltre, deve essere in grado di essere piegato e arrotolato.
Il materiale di substrato solitamente utilizzato per i PCB flessibili include il film in PI (poliimmide) e il film in PET (poliestere), oltre ai quali sono disponibili anche film polimerici come PEN (polietilene naftalato), PTFE e aramide ecc. I film dei materiali di substrato dovrebbero essere scelti in base alle loro prestazioni e al costo.
Il principale materiale di substrato perlaminato flessibile rivestito in rame (FCCL)copre il PI, un tipo di resina termoindurente che non raggiunge mai una temperatura tale da ammorbidirsi o poter fluire. Tuttavia, dopo la polimerizzazione termica può comunque mantenere flessibilità ed elasticità, il che la distingue dalla maggior parte delle resine termoindurenti. Il PI è caratterizzato da un’elevata resistenza termica e da eccellenti proprietà elettriche. Tuttavia, il PI comporta un’elevata assorbimento di umidità e una scarsa resistenza allo strappo, aspetti che devono essere migliorati. Il film di PI aggiornato presenta un assorbimento di umidità dello 0,7%, molto inferiore al valore ordinario dell’1,6%, e offre una maggiore stabilità dimensionale, passando da ±0,04% a ±0,02%.
Sia i CCL flessibili che i CCL rigidi richiedono requisiti ambientali che prevedono l’assenza di alogeni, una tendenza inevitabile e rigorosa dell’industria elettronica. In base alle normative emanate dall’UE (Unione Europea) e da molti paesi, 6 tipi di sostanze pericolose sono vietati nei dispositivi elettronici dal luglio 2006 e i PCB, inclusi i PCB flessibili, non devono contenere ritardanti di fiamma bromurati.
La resina PET presenta buone prestazioni meccaniche ed elettriche e il suo principale svantaggio è la scarsa resistenza al calore, che la rende inadatta alla saldatura e all’assemblaggio diretti. Le prestazioni del PEN sono migliori di quelle del PET e inferiori a quelle del PI, per cui le applicazioni del PEN continuano ad aumentare.
Nel mondo, le categorie di film plastici applicabili superano le 2000, tra le quali devono esserci alcuni tipi adatti alla fabbricazione di PCB flessibili. Pertanto, con l’espansione delle applicazioni dei PCB flessibili, verranno impiegati nuovi materiali di substrato per PCB flessibili.
L’adesivo svolge un ruolo nell’unire il foglio di rame e il film del materiale del substrato e le sue comuni classificazioni comprendono resina PI, resina PET, resina epossidica modificata e resina acrilica, tra le quali la resina epossidica modificata e la resina acrilica sono più utilizzate grazie alla loro elevata forza adesiva.
Materiale del substrato PI a due strati
Il CCL flessibile di solito contiene tre strati: poliimmide, adesivo e lamina di rame. Poiché l’adesivo tende a ridurre le prestazioni del PCB flessibile, in particolare le prestazioni elettriche e la stabilità dimensionale, è stato sviluppato il CCL flessibile a due strati (2L-FCCL) senza adesivo. Inoltre, poiché il 2L-FCCL non contiene adesivo che potrebbe contenere alogeni, è favorevole alla protezione dell’ambiente ed è in grado di soddisfare le esigenze della saldatura senza piombo aumentando la temperatura da 220°C a 260°C fino a 300°C. Il confronto delle prestazioni tra il 2L-FCCL senza adesivo e il 3L-FCCL con adesivo è riassunto nella Tabella 1 seguente.
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Articoli
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FCCL con adesivo
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FCCL senza adesivo
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| Spessore del materiale del substrato |
Pellicola + Adesivo (12μm-25μm) |
Film (12,5μm-125μm) |
| Resistenza al calore |
Basso |
Alto |
| Stabilità dimensionale |
Cattivo |
Buono |
| Resistenza alla flessibilità |
Buono |
In base ai tipi |
| Compatibilità con pellicola di copertura |
Buono |
In base ai tipi |
| Applicabilità alla produzione |
A lungo termine e facile |
A breve termine e difficile |
| Costo |
Basso |
Alto |
Sono disponibili tre tipi di metodi di produzione per 2L-FCCL:
• Galvanoplastica;
• Rivestimento di film;
• Laminazione;
Confrontando tre metodi, si può concludere che lo strato metallico elettrodeposto su pellicola di poliimmide è facile da produrre mediante laminazione e che il materiale di substrato più sottile e il foglio di rame possono essere ottenuti a basso costo. Il rivestimento a film è applicabile alla produzione di grandi volumi con costi contenuti. La laminazione funziona meglio per la fabbricazione di schede a doppia faccia.
Materiale del substrato LCP
Per modificare sostanzialmente gli svantaggi del materiale di substrato in poliimmide, è stato recentemente sviluppato il polimero a cristalli liquidi (LCP). Poiché il film termoplastico di LCP è ricoperto con un foglio di rame, che viene poi sottoposto a una pressatura a caldo costante, lato singolo o doppioCCLsarà ottenuto. Questo tipo di CCL presenta un tasso di assorbimento d’acqua di solo lo 0,04% e una costante dielettrica di 2,85 (1 GHz), compatibile con le esigenze dei circuiti digitali ad alta frequenza.
Il polimero presenta uno stato liquido e viene fuso in un polimero a cristalli liquidi termoplastico (TLCP) a caldo. Per quanto riguarda i vantaggi del TLCP, può essere stampato a iniezione e lavorato per pressatura in film sottili che fungeranno da materiale di substrato per PCB e PCB flessibili. Inoltre, è in grado di subire una lavorazione secondaria, di essere riciclato e riutilizzato. Grazie al basso assorbimento di umidità, all’idoneità alle alte frequenze e alla stabilità dimensionale termica del TLCP, ha iniziato a essere applicato nei PCB flessibili.
Materiale per substrato flessibile privo di alogeni compatibile con i requisiti ambientali
Già nel 2003, l'UE ha pubblicato le direttive RoHS e WEEE per vietare l'uso di 6 tipi di sostanze pericolose e per regolamentare il trattamento dei rifiuti di apparecchiature elettriche ed elettroniche.RoHSriguarda il bromo utilizzato come ritardante di fiamma nei PCB e il piombo nei rivestimenti superficiali.
Il substrato privo di alogeni è stato sviluppato e applicato sia nei PCB rigidi che nei PCB flessibili. I materiali di substrato flessibile, come FCCL, coverlay, preimpregnato, solder mask e pannello di rinforzo, devono essere ignifughi e privi di alogeni.
Nuovo tipo di lamina di rame
Il principale materiale conduttivo del PCB flessibile è il rame o il foglio di rame e talvolta vengono utilizzate anche leghe, tra cui alluminio, nichel, oro e argento ecc. Oltre alla conduzione, lo strato conduttore deve essere resistente alla flessione. In base ai diversi metodi di produzione, il foglio di rame è classificato in foglio di rame elettrodeposto (ED) e foglio di rame laminato e ricotto (RA). La differenza tra i due tipi di foglio di rame risiede nelle diverse forme cristalline: il foglio di rame RA presenta una struttura a colonne, che porta a una struttura uniforme e piatta, adatta ai processi di rugosificazione e incisione. Il foglio di rame ED presenta una struttura a squame di pesce, che porta a un foglio di rame liscio con buona tenacità, ma non adatto ai processi di rugosificazione o incisione. Per quanto riguarda i PCB flessibili dinamici che richiedono un’elevata flessibilità, viene solitamente utilizzato il foglio di rame RA.
Attualmente, i PCB flessibili ad alta densità dipendono principalmente dal rame elettrodeposto (ED). Per poter soddisfare i requisiti della produzione di massa di PCB con passo compreso tra 40 μm e 50 μm, vengono poste nuove esigenze. Una è che la superficie del foglio di rame debba avere una bassa rugosità e l’altra è che il foglio di rame debba essere ultra sottile.
Pasta d'argento conduttiva
Durante ilprocesso di fabbricazione di PCB flessibili, l'inchiostro conduttivo viene stampato su una pellicola isolante generando un filo o uno strato schermante e questo tipo di inchiostro conduttivo è principalmente pasta d'argento conduttiva. Lo strato conduttivo stampato deve avere bassa resistenza, connessione solida e flessibilità. Inoltre, la stampa deve essere facilmente realizzabile e la polimerizzazione deve essere rapida.
La nuova pasta d’argento conduttiva soddisfa la richiesta di bassa resistenza e flessibilità ed è in grado di realizzare immagini conduttive formate su film polimerici termoindurenti o termoplastici, tessuti e carta. È inoltre in grado di realizzare grafiche utilizzate su prodotti RFID. I prodotti finali che impiegano la pasta d’argento conduttiva risultano conformi in termini di stoccaggio ad alta temperatura, test di umidità e prestazioni nei cicli ad alta e bassa temperatura. L’olio conduttivo è anche una tecnologia compatibile con i requisiti di tutela ambientale e di basso costo.
Coverlay PI fotosensibile
Il tradizionale coverlay in PI/adesivo non riesce a soddisfare i requisiti dei PCB flessibili, come alta densità, elevata stabilità dimensionale e protezione ambientale, quindi è stato sviluppato il PIC (photo-imageable coverlay) con un’elevata resistenza alla flessione, simile alla vernice della solder mask.
Finora, i PIC in forma liquida o a film basati su resine epossidiche modificate o resine acriliche hanno ricevuto un’ampia ricerca e applicazione grazie alla loro alta risoluzione, eccellente forza di adesione e flessibilità. Lo svantaggio dei PIC basati su resine epossidiche modificate o resine acriliche risiede nella loro bassa stabilità dimensionale quando applicati su PCB ad alta densità, nel basso Tg e nella bassa resistenza termica.
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