Prétraitement du substrat : assurer une liaison plus forte entre la feuille de cuivre et le substrat
Alors que le substrat et la feuille de cuivre des PCB rigides ordinaires se lient étroitement, le substrat PI des FPC a une surface lisse, nécessitant un traitement spécial pour garantir une adhérence ferme de la feuille de cuivre. Pendant le prétraitement, de minuscules piqûres sont gravées dans le film PI à l'aide d'une solution chimique (telle que l'hydroxyde de sodium), suivie d'un promoteur d'adhésion (semblable à de la « colle ») et enfin d'un pressage à chaud pour lier la feuille de cuivre au substrat. Des expériences dans une usine FPC montrent que l'adhérence d'une feuille de cuivre prétraitée peut atteindre 0,8 N/mm, soit deux fois celle d'une feuille non traitée, ce qui la rend moins sujette au détachement lors du pliage.
Un contrôle précis de la température et de la durée du prétraitement est crucial. Une température excessive (au-dessus de 120 degrés) peut provoquer une déformation du substrat PI, tandis qu'une température insuffisante entraîne de mauvaises performances de traitement. Une ligne de production a stabilisé la température de prétraitement à 100 degrés ± 2 degrés pendant 3 minutes, améliorant ainsi la cohérence de l'adhérence de la feuille de cuivre à plus de 95 %.
Fabrication de circuits : gravure de circuits sur un "film élastique"
La fabrication de circuits pour les FPC est similaire à celle des PCB rigides, impliquant photolithographie et gravure, mais elle est plus difficile. Étant donné que le substrat PI se dilate et se contracte avec la chaleur, une adsorption sous vide est nécessaire pendant l'exposition pour fixer le substrat à plat et empêcher la déformation du circuit. Un FPC haute -densité (espacement des lignes de 0,1 mm) utilisant une machine d'exposition de haute-précision avec une plate-forme d'adsorption sous vide a permis d'obtenir un contrôle de déviation de ligne à ±10 μm, soit une amélioration de 60 % par rapport aux ±25 μm des machines d'exposition ordinaires.
Pendant la gravure, une solution acide (telle que du chlorure ferrique) est utilisée pour éliminer l'excès de feuille de cuivre, en conservant les lignes requises. La vitesse de gravure des FPC est 30 % plus lente que celle des PCB rigides car une gravure trop rapide peut provoquer des bavures sur les bords des lignes. Un certain FPC a un interligne de 0,08 mm. En réduisant la vitesse de gravure (de 1 m/min à 0,7 m/min), la rugosité des bords de ligne a été réduite de 5 μm à 2 μm, évitant ainsi les courts-circuits entre lignes adjacentes.
Plastification du film de couverture : donner aux lignes une « combinaison de protection »
Le laminage du film de couverture est un processus critique propre aux FPC. Tout d’abord, une couche d’adhésif thermodurcissable est appliquée sur le film de couverture. Ensuite, le film de couverture est aligné avec les lignes à travers des trous de positionnement, et enfin, il est pressé ensemble à l'aide d'une presse à chaud (température 160 degrés, pression 0,5 MPa, durée 30 secondes). Les bulles d'air doivent être évitées lors du laminage, sinon les lignes deviendraient humides et s'oxyderaient. Un fabricant de FPC utilise une méthode de « laminage étape-par-étape » : tout d'abord, un prépressage à basse-température-(100 degrés) élimine l'air, puis un laminage à haute-température réduit le taux de bulles de 5 % à 0,5 %.
L'épaisseur du film de couverture est très importante. Les films de couverture fins (25 μm) offrent une meilleure flexibilité mais un peu moins de protection ; des films de couverture plus épais (50 μm) offrent une protection solide mais augmentent la contrainte lorsqu'ils sont pliés. Les FPC Smartwatch utilisent généralement des films de couverture de 35 µm d’épaisseur pour trouver un équilibre entre flexibilité et protection.
Poinçonnage et formage : découpe dans la forme requise
Les FPC doivent être découpés dans des formes spécifiques en fonction de la structure du dispositif, généralement par poinçonnage ou découpe laser. Le poinçonnage convient à la production de masse avec une précision de ± 0,1 mm. Par exemple, le poinçonnage est utilisé pour la production en série de FPC pour téléphones mobiles, atteignant une efficacité de 50 pièces par minute. La découpe laser convient aux petits lots ou aux formes complexes, avec une précision de ±0,05 mm. Par exemple, les FPC de forme irrégulière destinés aux dispositifs médicaux sont découpés au laser-pour correspondre parfaitement à la structure incurvée du dispositif.
Les bords coupés doivent être lisses et exempts de bavures ; sinon, le pliage déchirera le film de couverture. Les paramètres de découpe laser d'un certain FPC ont été optimisés (puissance 10W, vitesse 50mm/s), ce qui a entraîné une rugosité des bords Ra inférieure ou égale à 1μm, soit une amélioration de 67% par rapport aux 3μm non optimisés.
Traitement de surface : La soudabilité et la résistance à l’oxydation sont requises.
Les joints de soudure FPC nécessitent un traitement de surface, généralement un placage à l'or et à l'étain par immersion. Les couches d'or par immersion sont minces (0,05-0,1 μm), n'affectent pas la flexibilité et conviennent aux joints de soudure à pas fin- (par exemple, des copeaux à pas de 0,3 mm). Les couches d'étamage sont légèrement plus épaisses (1 à 3 μm), moins coûteuses, mais peuvent produire des moustaches d'étain (fins cristaux d'étain) lorsqu'elles sont pliées. La température de cuisson après l'étamage (125 degrés, 2 heures) doit être contrôlée pour supprimer la croissance des moustaches d'étain. Un certain FPC de capteur automobile était étamé et, après cuisson, la longueur des moustaches d'étain était contrôlée à moins de 5 μm, répondant ainsi aux normes de sécurité électronique automobile.
Processus de renforcement : ajout d'une plaque rigide aux zones critiques
Bien que le FPC soit flexible, les zones où les composants sont soudés nécessitent un certain degré de rigidité ; sinon, une déformation se produira pendant le soudage. Par conséquent, une plaque de renfort (les matériaux peuvent être du PI, une tôle d'acier ou un panneau de résine époxy), de 0,1 à 0,5 mm d'épaisseur, est fixée à l'arrière du FPC à l'aide d'un adhésif. L'écart de position de la plaque de renfort ne doit pas dépasser ±0,1 mm, sinon cela obstruerait les joints de soudure. Dans un bracelet intelligent, après avoir fixé une plaque de renfort PI de 0,3 mm d'épaisseur aux joints de soudure de la batterie, le rendement de soudure est passé de 90 % à 99 %.