El circuit flexible i flexible dins d'una frontissa de telèfon intel·ligent o d'un catèter mèdic es construeix mitjançant la laminació de capes fines i delicades de làmina de coure i pel·lícula de poliimida de color ambre-. Aquesta laminació es realitza en una premsa hidràulica escalfada, on els plats han de lliurar una calor i una pressió precisa, suau i exquisidament uniforme a tot el panell gran. Qualsevol desviació de temperatura, qualsevol punt calent localitzat, faria que la pel·lícula fina es reduís, es deformes o creés una unió desigual, arruïnant les característiques elèctriques precises del circuit flexible.
El procés de laminació de precisió per a circuits impresos flexibles
Els circuits impresos flexibles (FPC) es fabriquen unint múltiples capes primes en un únic laminat funcional i flexible. La pila típica inclou:
Una pel·lícula de base de poliimida (per exemple, Kapton®), que proporciona flexibilitat mecànica i aïllament elèctric
Una fina capa de làmina de coure (normalment de 12 a 35 µm de gruix), gravada per formar traces conductores
Una pel·lícula adhesiva termoplàstica (com ara acrílica o epoxi modificada), que es fon i flueix sota calor i pressió per unir les capes
Aquests materials són molt sensibles a la temperatura i la pressió. La poliimida comença a degradar-se per sobre d'aproximadament 400 graus, mentre que la làmina de coure es pot oxidar o arrugar. L'adhesiu s'ha d'escalfar a un interval de temperatura precís-normalment de 180 a 200 graus -per fondre i fluir uniformement, però no tan alt que es degradi o es desprengui. El procés de laminació també ha d'aplicar una pressió uniforme a tot el panell per aconseguir un gruix de línia d'unió consistent i per eliminar les bombolles d'aire atrapades.
La platina escalfada com a eina crítica
ElPlaca escalfada laminació flexible de circuit imprèsEl procés es realitza en una premsa de laminació. La premsa conté dues planxes grans, planes i molt polides-una superior i una inferior. Les capes apilades de poliimida, adhesiu i coure es col·loquen entre aquestes platines. Els cilindres hidràulics o pneumàtics tanquen la premsa aplicant pressió controlada. Simultàniament, les platines s'escalfen a la temperatura objectiu mitjançant escalfadors de resistència elèctrica incrustats, escalfadors de cartutxos o oli tèrmic circulant.
El plat en si és un ferro gegant, perfectament pla i suaument calent, pressionant les delicades capes d'un circuit flexible en un conjunt electrònic únic, irrompible i flexible.
Requisits crítics de rendiment per a platines escalfades en laminació FPC
Uniformitat de temperatura: ± 1 grau a tota la placa
El requisit més exigent per a una placa de laminació FPC és la uniformitat de la temperatura. Qualsevol punt calent o zona freda localitzada farà que l'adhesiu es curi de manera desigual o que la poliimida es redueixi diferent. Això condueix a:
Deformació o ondulació del circuit acabat
Variació de la força d'unió a través del panell
Distorsió de traces de coure-de pas fi
Delaminació durant les posteriors operacions de soldadura o plegat
Les platines escalfades d'última generació---s'han dissenyat per aconseguir una uniformitat de temperatura de ±1 grau o millor a tota la superfície de treball. Això s'aconsegueix mitjançant:
Disposició optimitzada de l'escalfador: els escalfadors de cartutxos o els escalfadors de fosa-es disposen en zones, amb una densitat més alta prop de les vores per compensar la pèrdua de calor
Material de platina tèrmicament conductor: plaques d'alumini o d'acer d'alt-grau,-alleugeriment de tensió que distribueixen la calor de manera uniforme. L'alumini ofereix una resposta tèrmica més ràpida, mentre que l'acer proporciona una major rigidesa mecànica i resistència al desgast.
Control de temperatura de-bucle tancat: Múltiples termoparells incrustats en diverses ubicacions es retornen a un controlador PID, que modula la potència de l'escalfador de manera independent per a cada zona.
Planitud i acabat de la superfície
Els plats han de ser plans fins a unes poques micres (normalment, menys o igual a 5 µm a tota l'àrea del panell). Qualsevol irregularitat de la superfície es tradueix en una pressió no-uniforme, donant lloc a un gruix de línia d'enllaç variable. És possible que els rastres prims de coure no s'uneixin gens a les zones de baixa-pressió, mentre que les zones d'alta-pressió poden aixafar l'adhesiu o deformar el coure. Les superfícies de la placa es polien i es polien fins a un acabat mirall, sovint amb una rugositat superficial (Ra) de 0,2 a 0,4 µm.
Capa d'alliberament antiadherent-
L'adhesiu termoplàstic utilitzat en la laminació FPC té una forta tendència a enganxar-se a les superfícies metàl·liques. Per evitar que el circuit curat s'adhereixi a la platina, s'aplica una capa d'alliberament. La solució més habitual és un recobriment de PTFE (politetrafluoroetilè) prim i antiadherent o una pel·lícula separada de PTFE col·locada entre la pila i la platina. El PTFE ofereix:
Excel·lents propietats d'alliberament, que permeten treure el circuit flexible sense danys
Alta{0}}estabilitat a la temperatura fins a 260 graus, molt per sobre de la temperatura de laminació
Inercia química, evitant la reacció amb productes de desgasificació adhesius
Alternativament, s'utilitzen fulls d'alliberament d'un sol ús (com ara pel·lícules d'etilè fluorat (FEP)) per a la producció de volums molt alts-, amb el full substituït després de cada cicle.
El cicle de laminació: calefacció i refrigeració sota pressió
El cicle complet de laminació es controla acuradament, normalment consta de tres fases:
Fase d'escalfament-: La premsa es tanca a una pressió inicial baixa (pressió de contacte). Les platines s'escalfen a la temperatura objectiu (180-200 graus) a una velocitat de rampa controlada (per exemple, 5-10 graus per minut). La rampa lenta permet que l'adhesiu es fongui gradualment i prevé el xoc tèrmic a la poliimida.
Fase de remull (curar).: Un cop s'assoleix la temperatura objectiu, la pressió augmenta fins a la pressió final de laminació (normalment 10-30 kg/cm²). La temperatura es manté constant durant un temps de permanència especificat (sovint de 10 a 30 minuts) per permetre que l'adhesiu flueixi completament, mulli les superfícies de coure i poliimida i curi.
Fase de refredament-: els escalfadors s'apaguen i les platines es refreden (sovint utilitzant canals de refrigeració d'aigua-interiors) mentre es manté la pressió total. La refrigeració controlada evita que el circuit es deformi a causa de la contracció tèrmica diferencial. El laminat refrigerat s'elimina quan la temperatura cau per sota dels 50 graus aproximadament.
Nota del procés: Entorn de sala blanca i control estàtic
La laminació de circuits impresos flexibles s'ha de realitzar en un entorn de sala blanca (normalment ISO Classe 7 o millor). Qualsevol partícula de pols en l'aire que s'instal·li entre la làmina de coure i la capa adhesiva es converteix en un defecte permanent. Aquesta partícula pot provocar una manca d'enllaç local, que condueix a un circuit obert o un curt després de la flexió. La partícula també pot perforar l'aïllament prim de poliimida, creant una fallada latent de fiabilitat.
Un aspecte crític, sovint passat per alt, de la pràctica de la sala blanca per a la laminació FPC és el control estàtic. Les pel·lícules de poliimida i les làmines d'alliberament són excel·lents aïllants i acumulen fàcilment càrregues estàtiques. Les superfícies carregades atrauen la pols en l'aire des de distàncies considerables. Per tant, s'instal·la una barra ionitzant (eliminador d'estàtica) a la zona de treball de la premsa de laminació. La barra ionitzant inunda la zona amb ions positius i negatius, neutralitzant qualsevol càrrega estàtica a la pila o als plats. Aquesta mesura senzilla redueix dràsticament els-defectes relacionats amb la pols.
Materials utilitzats per a platines escalfades
| Material | Avantatges | Inconvenients |
|---|---|---|
| Acer per a eines{0}}alleugerit (p. ex., P20, H13) | Alta duresa, excel·lent retenció de la planitud, bona resistència al desgast | Menor conductivitat tèrmica, escalfament-i refredament- més lent |
| Alumini fos (p. ex., 6061 o 7075) | Excel·lent conductivitat tèrmica, resposta ràpida, pes més lleuger | Menor duresa, més susceptible a danys a la superfície |
| Platines compostes o revestides | L'acer recobert de PTFE-ofereix propietats-antiadherents sense pel·lícula separada | El recobriment es pot desgastar amb el pas del temps i requereix un repecat periòdic |
Per a la producció de grans-volums de circuits rígids-flexibles i flexibles, les platines d'alumini amb un revestiment d'alliberament durador basat en PTFE- són cada cop més habituals a causa dels seus temps de cicle ràpids i d'un alliberament superior.
Conclusió: el cor suau i precís de la fabricació de circuits flexibles
La platina escalfada és el cor tèrmic i mecànic d'alta{0}}precisió suau de la laminació de circuits flexibles, una eina que construeix el sistema nerviós electrònic del món modern. En proporcionar calor uniforme, a baixa -temperatura (180-200 graus, ±1 grau) i una pressió plana en micres- a través de panells grans, la platina escalfada uneix delicades capes de coure i poliimida sense distorsió, contracció o adhesió desigual. L'addició d'una superfície de-PTFE antiadherent garanteix un alliberament perfecte, mentre que els protocols de sala neta i el control estàtic ionitzant eviten els defectes de partícules.
La capacitat de doblegar un circuit comença amb una placa calenta i perfectament plana. Des de telèfons intel·ligents plegables fins a dispositius mèdics implantables, la fiabilitat de cada circuit imprès flexible es remunta a l'abraçada controlada i suau de la placa escalfada durant la laminació.
