Procés de fabricació de PCB flexible: tot el que necessiteu saber

El PCB flexible (placa de circuit imprès) s'ha tornat cada cop més popular i s'ha utilitzat àmpliament en diverses indústries. Des d'electrònica de consum fins a aplicacions d'automoció, fpc PCB aporta una funcionalitat i durabilitat millorades als dispositius electrònics. Tanmateix, entendre el procés de fabricació de PCB flexible és fonamental per garantir la seva qualitat i fiabilitat. En aquesta entrada del blog, exploraremprocés de fabricació de PCB flexibledetalladament, abastant cadascun dels passos clau implicats.

1. Fase de disseny i maquetació:

El primer pas en el procés de fabricació de plaques de circuit flexible és la fase de disseny i disseny. En aquest punt, el diagrama esquemàtic i la disposició dels components estan complets. Eines de programari de disseny com Altium Designer i Cadence Allegro garanteixen precisió i eficiència en aquesta etapa. Cal tenir en compte els requisits de disseny com ara la mida, la forma i la funció per adaptar-se a la flexibilitat de la PCB.

Durant la fase de disseny i disseny de la fabricació de plaques de PCB flexible, s'han de seguir diversos passos per garantir un disseny precís i eficient. Aquests passos inclouen:

Esquema:
Crea un esquema per il·lustrar les connexions elèctriques i la funció d'un circuit. Serveix com a base per a tot el procés de disseny.
Col·locació de components:
Un cop completat l'esquema, el següent pas és determinar la col·locació dels components a la placa de circuit imprès. Durant la col·locació dels components es tenen en compte factors com la integritat del senyal, la gestió tèrmica i les limitacions mecàniques.
Encaminament:
Després de col·locar els components, les traces del circuit imprès s'encaminen per establir connexions elèctriques entre els components. En aquesta etapa, s'han de tenir en compte els requisits de flexibilitat de la PCB del circuit flexible. Es poden utilitzar tècniques d'encaminament especials, com ara l'encaminament de meandre o serpentina, per adaptar-se a corbes i flexió de la placa de circuit.

Comprovació de regles de disseny:
Abans de finalitzar un disseny, es realitza la comprovació de regles de disseny (DRC) per assegurar-se que el disseny compleix els requisits de fabricació específics. Això inclou la comprovació d'errors elèctrics, l'amplada i l'espaiat mínims de traça i altres limitacions de disseny.
Generació de fitxers Gerber:
Un cop finalitzat el disseny, el fitxer de disseny es converteix en un fitxer Gerber, que conté la informació de fabricació necessària per produir la placa de circuit imprès flexible. Aquests fitxers inclouen informació de capa, col·locació de components i detalls d'encaminament.
Verificació del disseny:
Els dissenys es poden verificar mitjançant simulació i prototipatge abans d'entrar a la fase de fabricació. Això ajuda a identificar qualsevol possible problema o millora que s'hagi de fer abans de la producció.

Les eines de programari de disseny com Altium Designer i Cadence Allegro ajuden a simplificar el procés de disseny proporcionant funcions com ara la captura d'esquemes, la col·locació de components, l'encaminament i la verificació de regles de disseny. Aquestes eines asseguren precisió i eficiència en el disseny de circuits impresos flexibles fpc.

2. Selecció de material:

Escollir el material adequat és fonamental per a la fabricació amb èxit de PCB flexibles. Els materials utilitzats habitualment inclouen polímers flexibles, làmines de coure i adhesius. La selecció depèn de factors com ara l'aplicació prevista, els requisits de flexibilitat i la resistència a la temperatura. Una investigació exhaustiva i la col·laboració amb proveïdors de materials garanteixen que es seleccioni el millor material per a un projecte concret.

Aquests són alguns factors a tenir en compte a l'hora d'escollir un material:

Requisits de flexibilitat:
El material seleccionat ha de tenir la flexibilitat necessària per satisfer les necessitats específiques d'aplicació. Hi ha diferents tipus de polímers flexibles disponibles, com ara la poliimida (PI) i el polièster (PET), cadascun amb diferents graus de flexibilitat.
Resistència a la temperatura:
El material ha de ser capaç de suportar el rang de temperatura de funcionament de l'aplicació sense deformacions ni degradacions. Els diferents substrats flexibles tenen diferents classificacions de temperatura màxima, per la qual cosa és important triar un material que pugui suportar les condicions de temperatura requerides.
Propietats elèctriques:
Els materials han de tenir bones propietats elèctriques, com ara una constant dielèctrica baixa i una tangent de pèrdues baixes, per garantir una integritat òptima del senyal. La làmina de coure s'utilitza sovint com a conductor en un circuit flexible fpc a causa de la seva excel·lent conductivitat elèctrica.
Propietats mecàniques:
El material seleccionat ha de tenir una bona resistència mecànica i ser capaç de suportar la flexió i la flexió sense esquerdar-se ni trencar-se. Els adhesius utilitzats per unir les capes d'un flexpcb també han de tenir bones propietats mecàniques per garantir l'estabilitat i la durabilitat.
Compatibilitat amb processos de fabricació:
El material seleccionat ha de ser compatible amb els processos de fabricació implicats, com ara laminació, gravat i soldadura. És important tenir en compte la compatibilitat dels materials amb aquests processos per garantir uns resultats de fabricació reeixits.

Tenint en compte aquests factors i treballant amb proveïdors de materials, es poden seleccionar materials adequats per satisfer els requisits de flexibilitat, resistència a la temperatura, rendiment elèctric, rendiment mecànic i compatibilitat d'un projecte de PCB flexible.

3. Preparació del substrat:

Durant la fase de preparació del substrat, la pel·lícula flexible serveix de base per al PCB. I durant la fase de preparació del substrat de la fabricació del circuit flexible, sovint és necessari netejar la pel·lícula flexible per assegurar-se que estigui lliure d'impureses o residus que puguin afectar el rendiment del PCB. El procés de neteja normalment implica l'ús d'una combinació de mètodes químics i mecànics per eliminar els contaminants. Aquest pas és molt important per garantir una adherència i unió adequada de les capes posteriors.

Després de la neteja, la pel·lícula flexible està recoberta d'un material adhesiu que uneix les capes entre si. El material adhesiu utilitzat sol ser una pel·lícula adhesiva especial o un adhesiu líquid, que es recobreix uniformement a la superfície de la pel·lícula flexible. Els adhesius ajuden a proporcionar integritat estructural i fiabilitat a la flexió de PCB unint fermament les capes.

La selecció del material adhesiu és fonamental per garantir una unió adequada i complir els requisits específics de l'aplicació. A l'hora de seleccionar un material adhesiu, cal tenir en compte factors com la força d'unió, la resistència a la temperatura, la flexibilitat i la compatibilitat amb altres materials utilitzats en el procés de muntatge de PCB.

Després d'aplicar l'adhesiu, la pel·lícula flexible es pot processar més per a capes posteriors, com ara afegir làmines de coure com a traces conductores, afegint capes dielèctriques o components de connexió. Els adhesius actuen com a cola durant tot el procés de fabricació per crear una estructura de PCB flexible estable i fiable.

4. Revestiment de coure:

Després de preparar el substrat, el següent pas és afegir una capa de coure. Això s'aconsegueix laminant una làmina de coure a una pel·lícula flexible mitjançant calor i pressió. La capa de coure actua com a camí conductor per als senyals elèctrics dins del PCB flexible.

El gruix i la qualitat de la capa de coure són factors clau per determinar el rendiment i la durabilitat d'un PCB flexible. El gruix normalment es mesura en unces per peu quadrat (oz/ft²), amb opcions que van des de 0,5 oz/ft² fins a 4 oz/ft². L'elecció del gruix del coure depèn dels requisits del disseny del circuit i del rendiment elèctric desitjat.

Les capes de coure més gruixudes proporcionen una resistència més baixa i una millor capacitat de transport de corrent, cosa que les fa adequades per a aplicacions d'alta potència. D'altra banda, les capes de coure més primes proporcionen flexibilitat i són preferides per a aplicacions que requereixen doblegar o flexionar el circuit imprès.

Garantir la qualitat de la capa de coure també és important, ja que qualsevol defecte o impuresa pot afectar el rendiment elèctric i la fiabilitat de la PCB de la placa flexible. Les consideracions de qualitat habituals inclouen la uniformitat del gruix de la capa de coure, l'absència de forats o buits i l'adhesió adequada al substrat. Assegurar aquests aspectes de qualitat pot ajudar a aconseguir el millor rendiment i longevitat de la vostra PCB flexible.

5. Patró de circuits:

En aquesta etapa, el patró de circuit desitjat es forma eliminant l'excés de coure mitjançant un gravador químic. Photoresist s'aplica a la superfície de coure, seguit de l'exposició i el desenvolupament UV. El procés de gravat elimina el coure no desitjat, deixant les traces, coixinets i vies del circuit desitjats.

Aquí teniu una descripció més detallada del procés:

Aplicació de fotoresist:
S'aplica una fina capa de material fotosensible (anomenat fotoresist) a la superfície de coure. Les fotoresistències es recobreixen normalment mitjançant un procés anomenat recobriment de rotació, en què el substrat es gira a altes velocitats per garantir un recobriment uniforme.
Exposició a la llum UV:
Es col·loca una fotomàscara que conté el patró de circuit desitjat a la superfície de coure recoberta de fotoresist. A continuació, el substrat s'exposa a la llum ultraviolada (UV). La llum UV travessa les zones transparents de la fotomàscara mentre és bloquejada per les zones opaques. L'exposició a la llum UV canvia selectivament les propietats químiques de la fotoresistència, depenent de si es tracta d'una resistència de to positiu o negatiu.
Desenvolupament:
Després de l'exposició a la llum UV, el fotoresistent es desenvolupa mitjançant una solució química. Les fotoresistències de to positiu són solubles en reveladors, mentre que les fotoresistències de to negatiu són insolubles. Aquest procés elimina el fotoresistent no desitjat de la superfície de coure, deixant el patró de circuit desitjat.
Gravat:
Una vegada que la fotoresistència restant defineix el patró del circuit, el següent pas és gravar l'excés de coure. S'utilitza un gravador químic (generalment una solució àcida) per dissoldre les àrees de coure exposades. El gravador elimina el coure i deixa les traces del circuit, coixinets i vies definides pel fotoresistent.
Eliminació de fotoresist:
Després del gravat, la fotoresistència restant s'elimina de la PCB flexible. Aquest pas normalment es realitza utilitzant una solució de separació que dissol el fotoresistent, deixant només el patró del circuit de coure.
Inspecció i control de qualitat:
Finalment, la placa de circuit imprès flexible s'inspecciona a fons per garantir la precisió del patró del circuit i detectar qualsevol defecte. Aquest és un pas important per garantir la qualitat i la fiabilitat dels PCB flexibles.

En realitzar aquests passos, el patró de circuit desitjat es forma amb èxit a la PCB flexible, establint les bases per a la següent etapa de muntatge i producció.

6. Màscara de soldadura i serigrafia:

La màscara de soldadura s'utilitza per protegir els circuits i evitar ponts de soldadura durant el muntatge. A continuació, s'imprimeix per pantalla per afegir les etiquetes, logotips i designadors de components necessaris amb finalitats d'identificació i funcionalitat addicionals.

El següent és el procés d'introducció de màscara de soldadura i serigrafia:

Màscara de soldadura:
Aplicació de la màscara de soldadura:
La màscara de soldadura és una capa protectora aplicada al circuit de coure exposat del PCB flexible. Normalment s'aplica mitjançant un procés anomenat serigrafia. La tinta de la màscara de soldadura, generalment de color verd, s'imprimeix a la PCB i cobreix les traces, coixinets i vies de coure, exposant només les àrees necessàries.
Curat i assecat:
Després d'aplicar la màscara de soldadura, el PCB flexible passarà per un procés de curat i assecat. El PCB electrònic normalment passa per un forn transportador on la màscara de soldadura s'escalfa per curar i endurir. Això garanteix que la màscara de soldadura proporcioni una protecció i un aïllament efectius per al circuit.

Àrees obertes del pad:
En alguns casos, àrees específiques de la màscara de soldadura es deixen obertes per exposar coixinets de coure per a la soldadura de components. Aquestes àrees de coixinets es coneixen sovint com a coixinets de Solder Mask Open (SMO) o Solder Mask Defined (SMD). Això permet una fàcil soldadura i garanteix una connexió segura entre el component i la placa de circuits PCB.

serigrafia:
Preparació d'obres d'art:
Abans de la serigrafia, creeu una il·lustració que inclogui etiquetes, logotips i indicadors de components necessaris per a la placa de PCB flexible. Aquesta obra d'art es realitza normalment amb programari de disseny assistit per ordinador (CAD).
Preparació de la pantalla:
Utilitzeu il·lustracions per crear plantilles o pantalles. Les àrees que s'han d'imprimir romanen obertes mentre que la resta estan bloquejades. Això es fa generalment recobrint la pantalla amb una emulsió fotosensible i exposant-la als raigs UV mitjançant obres d'art.
Aplicació de tinta:
Després de preparar la pantalla, apliqueu la tinta a la pantalla i utilitzeu una escoba per estendre la tinta per les zones obertes. La tinta passa per l'àrea oberta i es diposita a la màscara de soldadura, afegint les etiquetes, logotips i indicadors de components desitjats.
Assecat i curat:
Després de la serigrafia, el PCB flexible passa per un procés d'assecat i curat per garantir que la tinta s'adhereix correctament a la superfície de la màscara de soldadura. Això es pot aconseguir deixant que la tinta s'assequi a l'aire o utilitzant calor o llum UV per curar i endurir la tinta.

La combinació de màscara de soldadura i serigrafia proporciona protecció per als circuits i afegeix un element d'identitat visual per facilitar el muntatge i la identificació dels components a la PCB flexible.

7. Muntatge de PCB SMTde components:

En l'etapa de muntatge de components, els components electrònics es col·loquen i es solden a la placa de circuit imprès flexible. Això es pot fer mitjançant processos manuals o automatitzats, depenent de l'escala de producció. La col·locació dels components s'ha considerat acuradament per garantir un rendiment òptim i minimitzar l'estrès a la PCB flexible.

A continuació es detallen els passos principals que s'implica en el muntatge dels components:

Selecció de components:
Seleccionar components electrònics adequats segons el disseny del circuit i els requisits funcionals. Aquests elements poden incloure resistències, condensadors, circuits integrats, connectors i similars.
Preparació dels components:
Cada component s'està preparant per a la seva col·locació, assegurant-se que els cables o coixinets estan correctament retallats, redreçats i nets (si cal). Els components de muntatge superficial poden venir en forma de bobina o safata, mentre que els components de forats poden venir en embalatge a granel.
Col·locació de components:
Depenent de l'escala de producció, els components es col·loquen a la PCB flexible manualment o mitjançant equips automatitzats. La col·locació automàtica de components es realitza normalment mitjançant una màquina de recollida i col·locació, que col·loca amb precisió els components a les pastilles correctes o la pasta de soldadura a la PCB flexible.
Soldadura:
Un cop els components estan al seu lloc, es realitza un procés de soldadura per connectar permanentment els components a la PCB flexible. Això es fa normalment mitjançant soldadura per refluix per a components de muntatge superficial i soldadura per ones o mà per a components de forats passants.
Soldadura de refluig:
En la soldadura per reflux, tot el PCB s'escalfa a una temperatura específica mitjançant un forn de reflujo o un mètode similar. La pasta de soldadura aplicada al coixinet adequat es fon i crea un enllaç entre el cable del component i el coixinet del PCB, creant una connexió elèctrica i mecànica forta.
Soldadura per ona:
Per als components de forat passant, s'utilitza generalment la soldadura per ona. La placa de circuit imprès flexible passa per una ona de soldadura fosa, que mulla els cables exposats i crea una connexió entre el component i la placa de circuit imprès.
Soldadura a mà:
En alguns casos, alguns components poden requerir soldadura manual. Un tècnic especialitzat utilitza un soldador per crear juntes de soldadura entre els components i la PCB flexible. Inspecció i proves:
Després de la soldadura, s'inspecciona la PCB flexible muntada per assegurar-se que tots els components estiguin soldats correctament i que no hi hagi defectes com ara ponts de soldadura, circuits oberts o components desalineats. També es poden realitzar proves funcionals per verificar el correcte funcionament del circuit muntat.

8. Prova i inspecció:

Per garantir la fiabilitat i la funcionalitat dels PCB flexibles, les proves i la inspecció són essencials. Diverses tècniques com la inspecció òptica automatitzada (AOI) i les proves en circuit (ICT) ajuden a identificar possibles defectes, curts o obertures. Aquest pas garanteix que només entrin al procés de producció PCB d'alta qualitat.

Les tècniques següents s'utilitzen habitualment en aquesta etapa:

Inspecció òptica automatitzada (AOI):
Els sistemes AOI utilitzen càmeres i algorismes de processament d'imatges per inspeccionar PCB flexibles per detectar defectes. Poden detectar problemes com ara la desalineació dels components, components que falten, defectes de soldadura com ara ponts de soldadura o soldadura insuficient i altres defectes visuals. AOI és un mètode d'inspecció de PCB ràpid i eficaç.
Proves en circuit (TIC):
Les TIC s'utilitzen per provar la connectivitat elèctrica i la funcionalitat dels PCB flexibles. Aquesta prova consisteix a aplicar sondes de prova a punts específics de la PCB i mesurar paràmetres elèctrics per comprovar si hi ha curtcircuits, obertures i la funcionalitat dels components. Les TIC s'utilitzen sovint en la producció de grans volums per identificar ràpidament qualsevol avaria elèctrica.
Prova funcional:
A més de les TIC, també es poden realitzar proves funcionals per assegurar-se que la PCB flexible muntada realitza correctament la funció prevista. Això pot implicar aplicar energia a la PCB i verificar la sortida i la resposta del circuit mitjançant un equip de prova o un dispositiu de prova dedicat.
Proves elèctriques i proves de continuïtat:
Les proves elèctriques consisteixen a mesurar paràmetres elèctrics com la resistència, la capacitat i la tensió per garantir les connexions elèctriques adequades a la PCB flexible. Comprovacions de proves de continuïtat per obertures o curtcircuits que puguin afectar la funcionalitat del PCB.

Mitjançant l'ús d'aquestes tècniques de prova i inspecció, els fabricants poden identificar i corregir qualsevol defecte o fallada en els PCB flexibles abans d'entrar al procés de producció. Això ajuda a garantir que només es lliuren PCB d'alta qualitat als clients, millorant la fiabilitat i el rendiment.

9. Formació i embalatge:

Un cop la placa de circuit imprès flexible ha superat l'etapa de prova i inspecció, passa per un procés de neteja final per eliminar qualsevol residu o contaminació. A continuació, el PCB flexible es talla en unitats individuals, a punt per a l'embalatge. L'embalatge adequat és essencial per protegir el PCB durant l'enviament i la manipulació.

Aquests són alguns punts clau a tenir en compte:

Embalatge antiestàtic:
Com que els PCB flexibles són susceptibles de patir danys per descàrregues electrostàtiques (ESD), s'han d'envasar amb materials antiestàtics. Sovint s'utilitzen bosses antiestàtiques o safates fetes de materials conductors per protegir els PCB de l'electricitat estàtica. Aquests materials eviten l'acumulació i la descàrrega de càrregues estàtiques que poden danyar components o circuits de la PCB.
Protecció contra la humitat:
La humitat pot afectar negativament el rendiment dels PCB flexibles, especialment si tenen rastres metàl·lics exposats o components sensibles a la humitat. Els materials d'embalatge que proporcionen una barrera contra la humitat, com ara bosses de barrera d'humitat o paquets dessecants, ajuden a prevenir la penetració d'humitat durant l'enviament o l'emmagatzematge.
Amortiment i absorció de cops:
Els PCB flexibles són relativament fràgils i es poden danyar fàcilment per la manipulació brusca, l'impacte o la vibració durant el transport. Els materials d'embalatge com ara embolcall de bombolles, insercions d'escuma o tires d'escuma poden proporcionar amortiment i absorció de cops per protegir el PCB d'aquests danys potencials.
Etiquetatge adequat:
És important tenir informació rellevant, com ara el nom del producte, la quantitat, la data de fabricació i les instruccions de manipulació a l'embalatge. Això ajuda a garantir la correcta identificació, manipulació i emmagatzematge dels PCB.
Embalatge segur:
Per tal d'evitar qualsevol moviment o desplaçament dels PCB dins del paquet durant l'enviament, s'han d'assegurar correctament. Els materials d'embalatge interior, com ara cinta, separadors o altres accessoris, poden ajudar a mantenir el PCB al seu lloc i evitar danys pel moviment.

Seguint aquestes pràctiques d'embalatge, els fabricants poden assegurar-se que els PCB flexibles estiguin ben protegits i arribin al seu destí en condicions segures i completes, a punt per a la instal·lació o el muntatge posterior.

10. Control de qualitat i enviament:

Abans d'enviar PCB flexibles a clients o plantes de muntatge, implementem mesures estrictes de control de qualitat per garantir el compliment dels estàndards de la indústria. Això inclou una àmplia documentació, traçabilitat i compliment dels requisits específics del client. L'adhesió a aquests processos de control de qualitat garanteix que els clients rebin PCB flexibles fiables i d'alta qualitat.

Aquí teniu alguns detalls addicionals sobre el control de qualitat i l'enviament:

Documentació:
Mantenim una documentació completa durant tot el procés de fabricació, incloses totes les especificacions, fitxers de disseny i registres d'inspecció. Aquesta documentació garanteix la traçabilitat i ens permet identificar els problemes o desviacions que s'hagin pogut produir durant la producció.
Traçabilitat:
A cada PCB flexible se li assigna un identificador únic, que ens permet fer un seguiment complet del seu viatge des de la matèria primera fins a l'enviament final. Aquesta traçabilitat garanteix que qualsevol problema potencial es pugui resoldre i aïllar ràpidament. També facilita la retirada de productes o investigacions si cal.
Compliment dels requisits específics del client:
Treballem activament amb els nostres clients per entendre els seus requisits únics i garantir que els nostres processos de control de qualitat compleixin els seus requisits. Això inclou factors com ara estàndards de rendiment específics, requisits d'embalatge i etiquetatge i qualsevol certificació o estàndard necessari.
Inspecció i proves:
Realitzem una inspecció i proves exhaustives en totes les etapes del procés de fabricació per verificar la qualitat i la funcionalitat de les plaques de circuits impresos flexibles. Això inclou la inspecció visual, proves elèctriques i altres mesures especialitzades per detectar qualsevol defecte com ara obertures, curtcircuits o problemes de soldadura.
Embalatge i enviament:
Un cop els PCB flexibles han superat totes les mesures de control de qualitat, els embalem amb cura utilitzant materials adequats, com s'ha esmentat anteriorment. També ens assegurem que l'embalatge estigui correctament etiquetat amb la informació rellevant per garantir una manipulació adequada i evitar qualsevol manipulació incorrecta o confusió durant l'enviament.
Mètodes d'enviament i socis:
Treballem amb socis d'enviament de confiança que tenen experiència en la manipulació de components electrònics delicats. Triem el mètode d'enviament més adequat en funció de factors com la velocitat, el cost i la destinació. A més, fem un seguiment i seguiment dels enviaments per assegurar-nos que s'entreguen dins del termini previst.

En adherir-se estrictament a aquestes mesures de control de qualitat, podem garantir que els nostres clients rebin un PCB flexible fiable i de màxima qualitat que compleixi els seus requisits.

En resum,comprendre el procés de fabricació flexible de PCB és fonamental tant per als fabricants com per als usuaris finals. Seguint mètodes meticulosos de disseny, selecció de material, preparació de substrats, disseny de circuits, muntatge, proves i embalatge, els fabricants poden produir PCB flexibles que compleixin els estàndards de qualitat més alts. Com a component clau dels dispositius electrònics moderns, les plaques de circuit flexibles poden fomentar la innovació i aportar una funcionalitat millorada a diverses indústries.