Guide de fabrication de PCB pliables
Avec la popularité croissante des appareils portables, smartphones pliables, et instruments médicaux portables, PCB pliables (cartes de circuits imprimés flexibles) sont devenus un catalyseur clé de l’innovation matérielle. Leurs avantages uniques : pliable sans dommage, léger, et peu encombrants - les rendent indispensables dans l'électronique de nouvelle génération.
Contrairement aux PCB rigides traditionnels, la fabrication de PCB pliables implique une sélection de matériaux spéciaux, des règles de conception précises, et contrôle de processus dédié. Même des écarts mineurs peuvent entraîner des échecs de pliage ou une transmission de signal instable.
Ce guide fournit un aperçu complet de la fabrication de PCB pliables, des concepts de base aux éléments essentiels de la production de masse..
Qu'est-ce qu'un PCB pliable?
Un PCB pliable est une structure de circuit hybride qui combine des couches rigides et flexibles au sein d'une seule carte..
La section rigide supporte les composants et les connecteurs.
La section flexible permet de plier ou de plier, connecter plusieurs pièces rigides sans câbles ni connecteurs.
Cette conception offre une flexibilité mécanique et une optimisation de l'espace, ce qui le rend idéal pour:
Téléphones et tablettes pliables
Appareils d'imagerie médicale
Electronique portable
Présentoirs automobiles
Systèmes militaires ou aérospatiaux compacts
Sélection des matériaux de base: La « référence de flexibilité » des PCB pliables
La sélection des matériaux est l'âme d'un PCB pliable. Chaque matériau affecte directement l'endurance à la flexion, stabilité électrique, et coût de production. Vous trouverez ci-dessous une ventilation des matériaux clés et de la logique de sélection:
1. Matériau de base — La fondation flexible
Le substrat doit équilibrer l'isolation, flexibilité, et résistance à la chaleur. Les deux options principales sont:
Polyimide (PI):
Connu pour son excellent rapport performance/coût, PI offre une large tolérance de température (-269°C à 400°C), haute résistance mécanique, et une résistance exceptionnelle à la fatigue en flexion. Il convient à plus 90% d'applications pliables, tels que les appareils portables et les circuits d'affichage pliables.
Inconvénient: Coût légèrement plus élevé que le PET, et l'absorption de l'humidité nécessite un contrôle minutieux du processus.Polyester (ANIMAL DE COMPAGNIE):
Coût réduit et bonne flexibilité, mais mauvaise résistance à la chaleur (utilisation continue maximale <120° C). Convient uniquement aux appareils à faible consommation, applications sans soudure telles que les bandes LED.
Conseil de sélection: Privilégier le film de base PI, avec une épaisseur comprise entre 12,5 μm et 25 μm (des films plus fins améliorent la flexibilité mais réduisent la rigidité; ajouter des raidisseurs au besoin).
2. Feuille de cuivre – Le « équilibre » entre conductivité et flexibilité
La feuille de cuivre est essentielle à la transmission du signal, mais il existe un compromis naturel entre conductivité et flexibilité. Les PCB pliables nécessitent du cuivre à haute flexibilité et endurance:
RA (Recuit laminé) Cuivre:
Fabriqué par laminage, Le cuivre RA a des grains de cristal alignés qui répartissent uniformément le stress. Après 100,000 cycles de pliage, sa variation de résistance reste inférieure 10%. C'est le choix préféré pour les applications pliables haut de gamme telles que les cartes mères de smartphones..ED (Électro-déposé) Cuivre:
Plus économique et hautement conducteur mais possède des grains cristallins plus gros, le rendant fragile sous des flexions répétées. Idéal pour les applications à faible flexibilité telles que les connecteurs flexibles locaux dans les instruments médicaux.
Conseil de sélection: Pour les applications nécessitant plus de 50,000 cycles de pliage, La feuille de cuivre RA est obligatoire. Épaisseur recommandée: 18μm ou 35μm (trop fin = risque d'oxydation; trop épais = flexibilité réduite).
3. Couverture & Adhésif — Double protection pour la durabilité
La couverture (PI ou PET) protège le circuit en cuivre, tandis que l'adhésif lie plusieurs couches ensemble. Les deux doivent garantir flexibilité et fiabilité à long terme:
Choisissez des adhésifs époxy flexibles, types phénoliques non rigides, pour éviter le délaminage lors du pliage.
Faites correspondre l'épaisseur du revêtement avec le film de base (Par exemple, 12.5Coverlay μm pour film de base 12,5 μm).
Une couverture trop épaisse augmente la résistance à la flexion, tandis que les trop fins réduisent la protection.
Règles de conception: Prévenir 90% des risques de fabrication et d’utilisation
Le principe de base du pliable Conception de PCB est de répartir uniformément les contraintes mécaniques. Cela nécessite d’aller au-delà PCB rigide conventions de conception et en se concentrant sur plusieurs points critiques:
1. Planification de zone flexible — Définissez des limites « pliables » et « non pliables »
Séparez clairement les zones flexibles et rigides.
La zone rigide héberge les composants (et doit inclure des raidisseurs FR4 ou en acier inoxydable), tandis que la section flexible ne porte que des traces.
Maintenir un espacement d'au moins 2 mm entre eux pour éviter le transfert de contraintes.La zone flexible ne doit pas être trop étroite (≥3 mm recommandé) et doit utiliser des contours rectangulaires ou lisses au lieu d'angles vifs pour éviter la concentration des contraintes.
2. Directives de routage – Laissez le courant et le stress coexister pacifiquement
Direction du tracé: Traces de tracé parallèles à l'axe de pliage, pas perpendiculaire. Les traces perpendiculaires s'étireront et se compresseront pendant le pliage, provoquant des fissures ou des cassures.
Largeur et espacement des traces: Dans les régions flexibles, utiliser une largeur ≥0,2 mm et un espacement ≥0,2 mm, ce qui réduit la difficulté de gravure et le risque de fracture.
Pas de cuivre isolé: Les zones de cuivre flottantes peuvent provoquer une concentration de contraintes et doivent être éliminées.
Par placement: Pas de vias dans les régions flexibles : ils créent des points rigides qui peuvent se briser sous l'effet d'une contrainte. Placez tous les vias dans des sections rigides.
3. Conception de raidisseurs — Équilibrer rigidité et flexibilité
Un renforcement est requis dans les zones de soudure ou les zones de montage des connecteurs. Les matériaux courants incluent des raidisseurs FR4 ou en acier inoxydable.
Considérations de conception:
Le raidisseur doit être 0,5 à 1 mm plus grand que la zone du plot de soudure pour couvrir entièrement la zone de contrainte..
Maintenir un jeu d'au moins 1,5 mm entre les bords du raidisseur et le début de la région flexible pour garantir des transitions de flexion en douceur.
Processus de fabrication
Le processus de fabrication des PCB pliables s'appuie sur celui des PCB traditionnels mais ajoute un contrôle de flexibilité amélioré pour garantir des performances mécaniques et électriques stables.. Vous trouverez ci-dessous les étapes principales et les paramètres critiques:
1. Prétraitement du substrat – Améliore l’adhérence et la stabilité
Les substrats PI absorbent facilement l’humidité, ce qui peut affecter la qualité du laminage. Donc, ils doivent être précuits à 120°C pendant 2 heures pour éliminer l'humidité.
Entre-temps, la surface du cuivre subit une micro-gravure (Ra 0,3–0,5 μm) pour augmenter la rugosité de la surface et favoriser une meilleure adhérence avec la couche adhésive.
2. Transfert d'images et gravure – La précision définit la fiabilité
Un procédé de photolithographie sur film sec est utilisé, car il est plus adapté aux matériaux flexibles qu'au film humide. La précision de l'exposition doit être contrôlée à ± 0,02 mm..
Les agents de gravure acides tels que la solution de chlorure de cuivre sont utilisés à un rythme plus lent (autour 30% plus lent que rigide Gravure de PCB) pour éviter une gravure excessive qui peut affaiblir les traces étroites.
3. Stratification Coverlay – Précision en température et pression
Cette étape est cruciale pour maintenir la flexibilité et la durabilité.
Paramètres de stratification:
Température: 180–200°C
Pression: 0.3–0,5 MPa
Temps: 60–90 secondes
Ces réglages garantissent un durcissement complet de l'adhésif sans bulles — les bulles peuvent provoquer un délaminage ou des dommages au cuivre lors du pliage..
4. Stratification et formage de renforts – Renforcement des zones rigides
Plaques de renfort (généralement FR4 ou acier inoxydable) sont laminés dans des zones rigides sous:
Température: 160–180°C
Pression: 0.2 MPa
Le formage final utilise la découpe laser, qui fournit des bords plus lisses et empêche la concentration des contraintes par rapport au poinçonnage.
5. Test final – Simulation des conditions d'utilisation réelles
En plus des tests électriques standards (continuité et résistance d'isolement), des tests spéciaux de fiabilité mécanique et environnementale sont nécessaires:
Test de durée de vie en flexion: Rayon de courbure (Par exemple, 5 MM), à 10 cycles/min, pour 100,000 cycles. Le taux de changement de résistance doit être ≤15 %.
Test environnemental: 500-Cycle horaire de température et d'humidité de -40°C à +85°C. Aucun délaminage ou fissuration n’est autorisé.
Tests et assurance qualité
PCB pliables (PCB-flex rigide) doit subir une vérification de fiabilité complète ciblant la résistance à la flexion, stabilité du laminage, et tolérance au stress. Même des défauts internes mineurs peuvent provoquer des fissures du cuivre ou un délaminage des couches lors du pliage..
Un système de test et d’assurance qualité robuste garantit une fiabilité constante à long terme.
1. Inspection visuelle et structurelle
AOI (Inspection optique automatisée):
Réalisé à la fois après l'imagerie de la couche interne et l'assemblage final, utiliser des caméras haute résolution pour détecter les ouvertures, shorts, cuivre manquant, ou un mauvais alignement.
Pour zones flexibles, Les systèmes AOI utilisent des convoyeurs basse tension pour éviter la déformation.
Vérification de l'alignement des rayons X:
Utilisé pour inspecter la précision de l'enregistrement intercouche, enterré/aveugle via continuité, et l'intégrité des joints de soudure.
Pour PCB pliables multicouches, L'inspection aux rayons X garantit un alignement précis et des interconnexions fiables.
2. Tests électriques
Test d'ouverture/court-circuit:
Vérifie tous les filets à l'aide de testeurs de sonde de haute précision pour assurer une continuité parfaite après des pliages répétés.
Test de contrôle d'impédance:
Pour circuits à grande vitesse, l'impédance doit rester à ± 10 % de la cible de conception.
Étant donné que les variations de Dk et d'épaisseur de couche affectent la qualité du signal, un contrôle diélectrique strict et une vérification par échantillonnage sont nécessaires.
3. Tests de fiabilité mécanique
Test de durée de vie dynamique:
Simule des cycles de pliage répétés.
Norme typique: Courbure de ±90° pour ≥10 000 cycles sans circuits ouverts ni dérive d'impédance.
Les cartes utilisant du cuivre RA supportent généralement des cycles plus élevés.
Test de résistance au pelage:
Mesure l'adhérence entre le cuivre et le substrat pour éviter le délaminage sous contrainte.
Exigence: ≥0,7 N/mm dans des conditions de pelage à 180°.
Baisse & Essai de choc:
Évalue l’intégrité structurelle sous impact mécanique pendant l’assemblage ou l’utilisation.
4. Environnement & Tests de fiabilité
Test de cyclage thermique:
Cycles entre -40°C et +125°C pour simuler les contraintes thermiques et évaluer l'adhésion des couches.
Généralement effectué pendant 100 à 500 cycles, suivi d'une vérification fonctionnelle.
Test de chaleur humide:
85° C, 85% Rh pour 168 heures, garantissant que le film PI et l'adhésif maintiennent une liaison stable dans des conditions humides.
Test de choc de soudure:
260°C pour 10 secondes × 3 cycles, pour vérifier la résistance à la chaleur des patins et des finitions de surface.
5. Tests fonctionnels (FCT)
Après assemblage, le test final du circuit fonctionnel (FCT) assure des performances de circuit complet dans des conditions pliées.
Cela inclut la vérification de:
Retard de signal et interférence sonore
Puissance de sortie et intégrité de la puissance
Programmation MCU et validation fonctionnelle
Considérations sur la production de masse
Après un prototypage réussi, l’augmentation de la production nécessite de s’attaquer aux problèmes suivants:
Cohérence des lots de matériaux: Utilisez le même fournisseur et le même lot pour le PI et la feuille de cuivre afin d'éviter les variations de flexibilité qui affectent le rendement..
Automatisation des processus: Introduire des équipements automatisés de découpe laser et de test de pliage en ligne – le laminage manuel réduit souvent le rendement de 20%.
Optimisation des coûts: Pour les zones non critiques, le cuivre simple face peut remplacer le cuivre double face (réduisant les coûts d'environ 40 %). La largeur de la ligne peut être réduite à 0.15 mm là où la flexibilité le permet.
Conclusion
Fabriquer un PCB pliable ne consiste pas à le fabriquer aussi flexible que possible, mais sur l'équilibre entre la flexibilité mécanique, la fiabilité et les performances.
Différentes applications : appareils portables légers, écrans pliables à cycle élevé, ou dispositifs médicaux de haute fiabilité – nécessitent un matériel distinct, conception, et stratégies de processus.
En suivant les principes de ce guide, en commençant par la validation de petits lots et en optimisant progressivement vers la production de masse, vous pouvez transformer la flexibilité en un véritable avantage concurrentiel dans la conception de vos produits.
