Les circuits imprimés flexibles sont des PCB avec un matériau de substrat flexible et quelques couches de cuivre permettant le pliage. Cette flexibilité apporte plusieurs avantages, comme l'utilisation efficace de l'espace et la résistance aux chocs/vibrations, qui sont essentiels dans diverses applications.

Examinons divers aspects de ce PCB, incluant ses matériaux de construction courants, son processus de fabrication, ses avantages et plus encore!

Qu'est-ce qu'une Carte de Circuit Imprimé Flexible?

Comme mentionné précédemment, un PCB flexible est une carte de circuit avec un matériau de base pliable qui est généralement composé de polyimide.

Les matériaux qui composent les autres couches sont également flexibles et peuvent supporter le pliage sans se casser ni se fissurer.

Vous pouvez plier, replier ou tordre les PCB flex pour les adapter dans des espaces restreints, ce qui est important quand vous voulez que le circuit s'adapte à la forme de l'emballage du produit final, comme un appareil portable.

Un autre avantage clé du PCB Flex est sa résistance aux vibrations, ce qui le rend adapté aux applications automobiles, aérospatiales et aéronautiques.

Types de Cartes de Circuits Flexibles

Voici les types de PCB flexibles:

PCB Flex Simple Face

Ce sont les PCB flex les plus courants que vous pouvez trouver. Ils ont une couche conductrice avec un film diélectrique flexible.

Également imprimés d'un seul côté, ce qui les rend moins chers à produire.

PCB Flex Double Face

Ils ont des impressions des deux côtés du matériau diélectrique. Par conséquent, ils contiennent plus de composants et offrent une meilleure gestion de puissance que les autres cartes.

En contrepartie, ils sont plus coûteux à fabriquer.

PCB Flex Multicouches

Ils ont plus de deux couches de conducteurs, ce qui les rend adaptés aux applications militaires et aérospatiales.

De plus, ils contiennent des circuits denses et sont plus coûteux à fabriquer.

Carte de circuit flexible multicouche avec des motifs de routage complexes

PCB Rigide-Flexibles

Comme leur nom l'indique, ce sont un mélange de cartes de circuits rigides et flexibles. Plus précisément, ce sont des cartes de circuits rigides avec des substrats de connexion flexibles.

En raison de leur construction, vous les trouverez principalement dans les appareils intelligents et les applications militaires.

PCB Flex HDI

HDI est l'acronyme de High-Density Interconnect (Interconnexion Haute Densité).

Les PCB flex HDI ont plusieurs micro-vias et structures fines qui permettent d'avoir une densité de câblage plus élevée par unité de surface que les cartes de circuits traditionnelles.

La haute densité de câblage augmente également la fonctionnalité de la carte car vous pouvez y monter plus de composants.

Une autre caractéristique distinctive des PCB flex HDI est qu'ils présentent des substrats plus fins que les cartes de circuits flexibles ordinaires, ce qui réduit leur taille et augmente leurs performances électriques.

Quels sont les Avantages des Cartes de Circuits Flex?

PCB flexible démontrant ses caractéristiques de flexibilité

Emballage Compact et Léger: Les PCB flexibles ont des substrats, des couches de cuivre et d'autres matériaux plus fins que leurs homologues rigides. Les matériaux fins signifient également des cartes légères, ce qui se traduit par une taille d'emballage et un poids plus petits pour le produit final.
Flexibilité: Les cartes flex peuvent connecter plusieurs plans lors de l'installation et peuvent être fléchies plusieurs fois sans subir de défaillance.
Haute Fiabilité: Les points d'interconnexion sont courants quand on travaille avec des cartes rigides et sont sujets aux défaillances. Les PCB flexibles réduisent les points d'interconnexion dans les circuits, ce qui augmente la fiabilité du produit. De plus, les cartes FPC peuvent résister aux chocs et aux vibrations, rendant l'électronique automobile et d'autres produits hautement fiables.
Permet des Configurations Haute Densité: Comme ils permettent des espaces et des lignes extrêmement étroits, les PCB flexibles libèrent de l'espace pour des populations de dispositifs à haute densité afin de permettre des fonctionnalités supplémentaires du produit.
Liberté de Conception: La conception de PCB flexibles n'est pas limitée à deux couches. Les cartes peuvent avoir plusieurs couches, certaines combinant même des circuits rigides dans diverses sections. Par conséquent, ces PCB peuvent avoir des configurations complexes pour gérer des circuits sophistiqués.
Flux d'Air Amélioré: Les conceptions rationalisées de ces PCB permettent à l'air frais de circuler facilement à travers le produit et de dissiper la chaleur plus rapidement.

Quels sont les Inconvénients des PCB Flexibles?

Coûts de Fabrication Élevés: Les matériaux utilisés pour fabriquer des cartes flexibles sont plus coûteux que ceux utilisés pour fabriquer des PCB rigides. De plus, le processus de fabrication est plus complexe et il y a une forte probabilité de dommages lors de la manipulation.
Difficile à Retravailler: Retravailler des cartes flexibles (réparations ou modifications) est délicat car il faut retirer le film protecteur, résoudre le problème, puis restaurer ce film.
Densités de Composants Limitées: La nature fine et flexible de ces cartes limite le nombre et les types de composants que vous pouvez monter à bord. Les hautes densités ou les composants grands et lourds peuvent alourdir le substrat ou même le faire casser.
Multiples Complexités de Conception: Certaines règles de conception, comme zéro via dans les zones de pliage, l'échelonnement des conducteurs sur les cartes multicouches, l'utilisation de revêtements spécifiques, etc., rendent la conception de PCB flexibles complexe.
Susceptibilité aux Conditions Environnementales Dommageables: Les cartes flexibles sont plus susceptibles aux produits chimiques, à la chaleur, à l'humidité et à d'autres facteurs environnementaux que les cartes rigides. Par conséquent, elles pourraient ne pas être la meilleure option pour certaines applications.

Quels sont les Matériaux Courants des PCB Flexibles?

Divers matériaux de PCB flexibles et produits finis

Conducteurs: Le matériau conducteur le plus courant utilisé dans les PCB est le cuivre, mais celui utilisé dans les cartes flexibles doit être plus fin. Il s'agit donc soit de cuivre recuit laminé, soit de cuivre électrodéposé. D'autres matériaux pouvant être utilisés comme conducteurs incluent l'aluminium, l'Inconel, l'encre d'argent, le constantan et le cupronickel.
Adhésifs: Ces matériaux lient les couches ensemble et comprennent l'époxy, l'acrylique ou les PSA (Adhésifs Sensibles à la Pression).
Isolants: Les isolants séparent les couches conductrices et comprennent le polyimide, le polyester, le PEN, le PET, le PEEK ou le LCP. Le masque de soudure, un liquide époxy, est également un isolant.
Finitions: Les finitions de surface sur les zones de cuivre exposées peuvent être ENIG, ENEPIG, Étain, OSP, or dur ou nickel dur. Il existe plusieurs autres options, mais ENIG est la plus populaire.

Pourquoi Utiliser des Raidisseurs sur les Cartes PCB Flex et Rigide-Flex?

Les raidisseurs fournissent une résistance mécanique au PCB, ce qui améliore la durabilité et la fiabilité. Les raidisseurs de PCB peuvent être ajoutés de chaque côté de la carte, et leurs exigences relèvent de ces catégories d'utilisation:

Rigidifier les sections de connecteurs pour améliorer le soulagement de contrainte lors d'insertions répétées ou lors du transport de connecteurs grands et lourds
Pour répondre aux exigences d'épaisseur ZIF (Zero Insertion Force)
Créer une surface plane pour placer les pads SMT et les composants
Pour aider avec les contraintes de pliage localisées
Réduire le stress des composants
Pour améliorer la dissipation thermique (raidisseurs métalliques)
Réduire les chances de défaillance lors de l'assemblage automatisé

Y a-t-il des Considérations lors de la Conception de Cartes Imprimées Flexibles?

Avant d'entrer dans le processus de fabrication, le PCB flexible doit être correctement conçu, et il est important de garder ces considérations de conception à l'esprit.

Environnement de Fonctionnement

Considérez l'environnement de fonctionnement final de la carte, qui déterminera si elle a besoin de couches protectrices pour les produits chimiques, les hautes températures ou l'humidité.

Ratio de Pliage

Ce terme fait référence à la relation entre le rayon de pliage et l'épaisseur de la carte. Le ratio est important à considérer car les cartes avec un nombre différent de couches ont des ratios de pliage différents, et plus le rayon de pliage est serré, plus la probabilité de défaillance lors du pliage est élevée.

Conducteurs et Routage

Les traces de cuivre et leurs chemins de transmission doivent être analysés attentivement pour déterminer s'ils seront affectés lors du pliage. Les conducteurs doivent être routés perpendiculairement aux zones de pliage pour éviter la rupture.

Congés de Pad

Ces ajouts sont nécessaires quand le diamètre du pad dépasse la largeur du brin de connexion car ils améliorent le rendement de gravure et la résistance du matériau.

Soulagement de Déchirure

Considérez un grand rayon de coin, des raidisseurs et des fentes de soulagement pour éviter la déchirure du PCB.

Vias

Les vias borgnes et enterrés ne doivent être utilisés que quand nécessaire pour les PCB multicouches car ils augmentent considérablement le coût de fabrication.

Couches de Plan et Blindage

Les couches de plan de masse ou de référence sont essentielles pour le blindage, le contrôle d'impédance et l'intégrité du signal. Cependant, ces couches de cuivre solides rendent la carte plus rigide, donc elles doivent être incluses dans le calcul du ratio de pliage.

Intégrité du Signal et Impédance Contrôlée

Des facteurs comme la constante diélectrique des matériaux d'isolation, la largeur de trace et la distance de trace de signal par rapport au plan de référence déterminent l'intégrité du signal et l'impédance.

Comment Fabriquer une Carte de Circuit Flexible: Processus de Fabrication Étape par Étape

Ce processus est nuancé selon que la carte flexible a une ou plusieurs (2 ou plus) couches, mais il suit généralement les étapes ci-dessous après la sélection des matériaux et le revêtement de cuivre.

Processus de fabrication de PCB flexible et contrôle qualité

Découpe du Laminé Cuivré

Le PCB flexible commence comme un rouleau de laminé cuivré qui est découpé en une feuille de feuille de cuivre semi-finie de la taille de traitement requise.

Perçage

Selon les fichiers de conception, des trous sont percés à travers le laminé avec des diamètres spécifiques en utilisant le perçage mécanique ou laser. Ce dernier est préféré car il n'exerce pas de pression sur le PCB. Ces trous sont ensuite nettoyés et plaqués.

Lamination de Film Sec

Les films secs sont des résines photosensibles qui aident au transfert d'image du circuit vers la couche de cuivre. Ce matériau photorésistant est appliqué à l'aide d'un rouleau chauffé avec la pression appropriée pour le fondre et le former uniformément au-dessus du cuivre.

Placage de Motif

Le placage de motif peut être effectué à l'aide de lumière UV (photolithographie) ou LDI.

Gravure

Ce processus nécessite une solution chimique corrosive pour éliminer le cuivre des zones de film sec non durcies. Le placage de motif crée un film positif durci sur le matériau photorésistant pour former le circuit. La gravure corrode les autres sections pour laisser le circuit.

Décapage du Film Sec et Inspection

Le film sec positif durci est retiré pour laisser le circuit de cuivre exposé, qui subit une inspection pour les courts-circuits ou circuits ouverts à l'aide de l'AOI.

Lamination du Coverlay

Un revêtement est un film appliqué au PCB pour le protéger de l'oxydation et des dommages mécaniques, comme les rayures. Après application, la carte subit une lamination utilisant chaleur et pression avec des paramètres spécifiques de chaleur et de pression pour éviter les dommages.

Finition de Surface

La finition de surface est importante sur les zones de cuivre exposées pour les protéger de l'oxydation. Elle simplifie également le soudage.

Impression Sérigraphique

La sérigraphie indique les informations pertinentes sur la surface (points de test, symboles d'avertissement, logos, etc.), et elle est imprimée avec le masque de soudure pour protection.

Tests Électriques

Les tests électriques nécessitent des techniques comme les sondes volantes ou le lit de clous pour vérifier les courts-circuits ou circuits ouverts dans le PCB.

Découpe

La découpe fait référence à la coupe de la feuille en PCB individuels qui correspondent aux exigences du client (fichiers de conception).

Inspection

L'inspection visuelle est nécessaire pour s'assurer que la carte flexible n'a pas de rayures ni de contaminations.

Emballage et Expédition

Les PCB complets sont emballés selon les besoins du client avant l'expédition. Si le client nécessite un assemblage, les cartes vont dans ces usines pour former des PCBA avant l'expédition.

Comment Choisir le Bon Fabricant de Cartes de Circuits Flexibles

Produits de circuits flexibles de haute qualité de FlexiPCB

Les PCB flexibles sont des cartes électroniques délicates qui nécessitent des considérations de conception appropriées et une manipulation soigneuse lors de la fabrication. Par conséquent, vous devriez considérer les trois E lors du choix de votre fabricant d'assemblage de cartes flexibles. Ce sont l'expertise, l'équipement et l'expérience.

Chez FlexiPCB, nous avons une équipe interne d'ingénieurs qui utilisent nos logiciels et équipements de pointe pour vous aider avec ce qui suit:

Développement de concept
Optimisation de conception
Sélection de matériaux
Conception d'empilage PCB
Analyse DFM
Analyse d'intégrité du signal
Analyse d'intégrité de puissance
Analyse thermique
Analyse mécanique

Comme ces cartes sont délicates à manipuler, nous pouvons gérer le processus d'assemblage pour vous afin d'éliminer toute complexité qui pourrait survenir de votre côté.

Notre solution d'assemblage PCB clé en main couvre également l'approvisionnement et l'acquisition de matériaux, le contrôle qualité, les tests, l'emballage, l'expédition, le support après-vente et la maintenance, et nous recommandons ce service car il nous permet de faire tout le travail risqué et difficile pour vous à des coûts raisonnables.

Gamme de produits FlexiPCB présentant diverses solutions de circuits flexibles

FAQ

Les PCB flexibles sont-ils fiables?

Généralement, la plupart des cartes de circuits imprimés flexibles sont fiables et durables. C'est parce que les fabricants fabriquent ces PCB en utilisant des matériaux de substrat flexibles comme le polyimide.

Ensuite, ils les utilisent dans des appareils qui doivent être flexibles.

Par exemple, nous utilisons des PCB flexibles dans des appareils portables comme les montres.

En contrepartie, la fiabilité de votre PCB flexible dépendra de la qualité de sa construction. Les mal fabriqués ne seront pas aussi fiables que les PCB de haute qualité.

Pourquoi les circuits PCB flexibles sont-ils chers?

Certains PCB flexibles sont plus coûteux que les PCB rigides pour plusieurs raisons. Premièrement, ils sont plus complexes à concevoir et à fabriquer.

Par conséquent, les fabricants allouent plus de ressources pour fabriquer un PCB flexible qu'ils ne le feraient avec des cartes de circuits traditionnelles.

Deuxièmement, les substrats de PCB flexibles sont plus chers que les matériaux utilisés pour fabriquer des PCB rigides.

Par exemple, les substrats de polyimide coûtent plus cher que les matériaux rigides que les fabricants utilisent dans les PCB traditionnels.

Troisièmement, la nature flexible des PCB rend le processus de fabrication intensif et chronophage.

Dans l'ensemble, cela réduit le nombre de cartes qu'un fabricant peut produire dans un temps donné.

En conséquence, les coûts de fabrication augmentent, se traduisant par des prix de vente plus élevés.

Conclusion

En conclusion, les PCB flexibles nécessitent une planification minutieuse, de la considération et du soin lors de leur conception, fabrication et assemblage pour atteindre leurs avantages prévus.

Ces avantages sont essentiels pour les générations actuelles et futures d'électronique, où des circuits compacts, légers et fiables seront requis dans diverses applications.

Avec un partenaire de fabrication fiable comme nous, nous pouvons vous assurer des cartes de circuits flex durables et de haute qualité car notre engagement envers l'excellence et l'amélioration continue nous a maintenus à l'avant-garde de l'industrie.

Contactez-nous pour en savoir plus sur nos solutions de conception et d'ingénierie de PCB flex, ou demandez une soumission aujourd'hui!

Guide Complet sur les Circuits Imprimés Flexibles