Le téléphone à écran pliant est une tablette lorsqu'il est déplié et une brique carrée lorsqu'il est fermé. Cette action mécanique apparemment simple impose des exigences extrêmement élevées en matière de connexion de circuits à l'intérieur. Les PCB rigides traditionnels ne peuvent pas être pliés et les harnais traditionnels se cassent en fatigue lors de Pliages répétés. Capable de transporter cette tâche de pliage répétée, seule la carte de circuit flexible (FPC) est disponible.
À l’intérieur d’un téléphone à écran pliant typique, la silhouette du FPC est omniprésente: lecteur d’écran, écran tactile, module de caméra, reconnaissance d’empreintes digitales, antenne, module de charge sans fil – Derrière presque tous les modules fonctionnels, il y a un morceau de FPC qui assume la tâche de transmission du signal. La raison pour laquelle les téléphones à écran pliant peuvent résister à des centaines de milliers d'ouvertures sans défaillance, la « flexibilité» et la « résistance à la fatigue» du FPC sont les principaux supports technologiques derrière.
Valeurs fondamentales:La valeur du FPC ne réside pas seulement dans le « pliage énergétique», mais aussi dans sa capacité à effectuer des connexions de circuits haute densité dans un espace tridimensionnel avec un volume et un poids extrêmement faibles.
Qu'est - ce que FPC: définition et structure de base
Une carte de circuit imprimé flexible (FPC) est une carte de circuit imprimé très fiable et très flexible, fabriquée avec un film de Polyimide (PI) ou de polyester (PET) comme substrat. La technologie est née dans le domaine des fusées spatiales américaines dans les années 1970 et a été utilisée à l'origine pour résoudre les problèmes d'ingénierie liés à la limitation de l'espace et à la réduction de la masse dans les engins spatiaux.
La structure de base du FPC est constituée de quatre catégories de matériaux:
Couche de substrat (base film)
Le « squelette» du FPC, le matériau couramment utilisé est le film pi. Les spécifications courantes pour l'épaisseur du substrat sont 12,5 μm, 25 μm, 50 μm, 75 μm, 125 μm, où 12,5 μm et 25 μm sont les spécifications les plus largement utilisées.
Couche de feuille de cuivre (Copper Foil)
Les « vaisseaux » du FPC, responsables de la transmission des signaux et de l’électricité. Les feuilles de cuivre sont divisées en cuivre calandré (RA Copper) et en cuivre électrolytique (ed Copper). Le cuivre calandré présente de meilleures propriétés mécaniques et est préféré dans les FPC nécessitant des flexions fréquentes; L'électrolyse du cuivre est moins coûteuse.
Revêtement (cover Layer)
Recouvert au - dessus de la ligne de feuille de cuivre, il joue un rôle d'isolation, de soudure par résistance et de protection. Le film de couverture est l'équivalent de la couche de soudure de la plaque rigide, la fonction principale est de protéger les graphiques de la ligne contre les courts - circuits et l'oxydation.
Colle adhésive (Adhesive)
Joue un rôle adhésif sur les couches.
Iii. Pourquoi pi: logique matérielle pour les substrats FPC
Dans la sélection des substrats du FPC, le Polyimide (PI) est le courant dominant absolu. La raison pour laquelle Pi est le premier choix pour les substrats FPC provient de sa gamme de propriétés intégrées irremplaçables:
Résistance aux hautes et basses températures
La plage de résistance à la température du film PI peut atteindre - 269 ℃ à 400 ℃, la plage de température de fonctionnement est large et peut être utilisée de manière stable dans la plage de température de - 200 ℃ à 300 ℃. Cette caractéristique permet au FPC de s'adapter à toutes sortes de conditions de travail extrêmes, de l'environnement de vide spatial au compartiment moteur d'une voiture.
Excellentes propriétés mécaniques
Le film Pi offre une excellente résistance à la traction, flexibilité et résistance à la déchirure. Le FPC est capable de résister à des flexions répétées sans défaillance et c'est le substrat Pi qui fournit le support mécanique.
Stabilité dimensionnelle
Les films Pi présentent des variations dimensionnelles minimes dans les variations de température et d'humidité, garantissant la précision de contrepoint du FPC dans un assemblage de haute précision.
Propriétés d'isolation électrique
Le film Pi a une résistance d'isolation extrêmement élevée et une tension de claquage, ce qui garantit que le FPC ne subit aucune défaillance électrique dans le câblage haute densité.
Iv. De fccl à FPC: deux voies techniques pour les substrats
La fabrication de FPC commence par la Feuille de cuivre revêtue flexible (fccl) – la matière première de base de FPC. Selon la structure du matériau, les fccl sont divisés en deux grandes catégories:
Feuille de cuivre enduite flexible avec colle (3L - fccl)
Composé d'une structure à trois couches de film Pi, d'adhésif (ad) et de feuille de cuivre. L'avantage de la structure à trois couches est que le procédé est mature et moins coûteux, mais la présence de la couche adhésive augmente l'épaisseur totale, peut introduire des pertes diélectriques dans la transmission du signal haute fréquence et la résistance à la chaleur est limitée par l'adhésif.
Feuille de cuivre enduite flexible sans colle (2L - fccl)
Composé directement d'un film Pi et d'une feuille de cuivre sans couche adhésive au milieu. 2L - fccl a d'excellentes propriétés thermiques, mécaniques, électriques, chimiques et de traitement, et peut surtout surmonter les inconvénients de la résistance à la chaleur et à la flexion pauvres des résines époxy et acrylique. Le 2L - fccl présente les avantages d'une forme mince légère, d'une flexion élevée, d'une grande stabilité dimensionnelle, etc. il est largement utilisé dans les produits d'application haute densité haut de gamme, tels que les téléphones portables, les écrans, les circuits intégrés d'entraînement, les cartes mères, les disques durs, l'électronique automobile, etc. À l'heure actuelle, la Feuille de cuivre enduite flexible sans colle (2L - fccl) a représenté plus de 65% du marché fccl et 75% de la valeur de la production.
V. Processus de fabrication de FPC: du substrat au produit fini
La fabrication d'un FPC est un processus de précision en plusieurs étapes, avec des processus typiques comprenant:
Processus:Ouverture → perçage → cuivre coulé (PTH) → galvanoplastie → film séché → développement de l'exposition → galvanoplastie graphique → gravure → démoulage → traitement de surface → application du film de recouvrement → Solidification par compression → nickel coulé → caractères imprimés → électrométrie → poinçonnage → emballage final
Gravure
La couche de cuivre non désirée sur le fccl est enlevée par le liquide de gravure, en conservant la couche de cuivre de la figure de ligne correspondante. La précision de la ligne dépend directement du niveau de contrôle du processus de gravure.
Ajustement du film de couverture
Pour protéger les graphiques de ligne, éviter les courts - circuits et l'oxydation, un film de couverture avec fenêtre ouverte est collé sur la surface de la ligne gravée. La fenêtre sur le film de couverture révèle l'emplacement des plots pour la soudure ultérieure des éléments.
Traitement de surface
Des traitements tels que le nickel coulé sur la surface de cuivre nue empêchent l'oxydation et améliorent la soudabilité.
Performances clés du FPC: ce sur quoi les ingénieurs devraient se concentrer
Lors de l'évaluation d'un produit FPC, les dimensions suivantes sont les plus critiques:
- La vie de pliage:Un indicateur de base pour mesurer la flexibilité du FPC. Taille de grain de cuivre calandré < 3 μm, durée de vie de pliage dynamique jusqu'à 150 000 fois; Grains de cuivre électrolytiques > 5 µm, durée de vie de seulement 40% du cuivre calandré. FPC de haute qualité peut résister à 100 000 - 200 000 plis sans rupture. Les FPC dynamiques qui nécessitent des Pliages fréquents devraient opter pour du cuivre calandré et un substrat Pi plus mince.
- Précision de ligne (largeur de ligne / distance de ligne):La densité de câblage du FPC a été déterminée. Leader mondial dans la capacité de fabrication de produits FPC, la distance de ligne de largeur de ligne peut atteindre 30 - 40 μm, le diamètre de pores atteint 40 - 50 μm, et se développe davantage dans la direction de la distance de ligne de largeur de ligne de 15 μm et moins, le diamètre de pores inférieur à 40 μm. Pour la ligne de signal générale, la plupart des fabricants de FPC peuvent atteindre une largeur de ligne de 4mil / distance de ligne de 4mil de manière stable.
- Force de pelage:Mesure de la force de liaison entre la Feuille de cuivre et le substrat pi. La résistance au pelage du type 2L - fccl sans colle est généralement meilleure que celle du type 3L - fccl avec colle.
- Résistance à la chaleur:La résistance à la chaleur du substrat Pi détermine la performance du FPC dans les processus à haute température tels que le soudage à reflux. Le film PI peut supporter une température élevée de 260 ℃ à long terme.
Vii. Carte d'application: de l'électronique grand public aux batteries de puissance
Smartphones et électronique grand public
C’est le domaine où le FPC est le plus utilisé. Les modules tels que le pilote d'affichage, l'écran tactile, l'appareil photo, la reconnaissance d'empreintes digitales, l'antenne, la recharge sans fil dans les smartphones sont presque tous connectés par FPC.
Équipement portable
Les appareils tels que les montres intelligentes, les écouteurs TWS, les bracelets intelligents sont extrêmement sensibles au volume et au poids, et le caractère mince et léger du FPC en fait la norme pour les appareils portables.
Véhicules à énergie nouvelle
L'utilisation de FPC dans les véhicules à énergie nouvelle est en croissance rapide. Dans le système de gestion de la batterie de puissance (BMS), le FPC remplace les harnais traditionnels pour des solutions de connexion de batterie plus légères, plus fiables et moins encombrantes. Le marché mondial des FPC pour véhicules électriques devrait passer d’environ 2831 milliards de dollars en 2025 à 4963 milliards de dollars en 2032, soit un tcac annuel de 8,3%. FPC a été largement utilisé dans les composants de base tels que les écrans d'affichage de voiture, les lumières de voiture, les modules de contrôle de porte, les modules de caméra, etc.
Équipement d'écran pliant
Les téléphones portables à écran pliant et les ordinateurs portables à écran pliant imposent des exigences extrêmement élevées pour la durée de vie du FPC. Le FPC est un composant central de la technologie de charnière d'écran pliant qui permet le saut de signal.
Considérations de choix: décisions d'ingénierie du substrat au processus
Choix du type de feuille de cuivre
Le taux de ductilité du cuivre calandré peut atteindre 15 à 40%, peut résister à plus d'étirement et de déformation, convient à plus de 100 000 Pliages dynamiques; Le taux de ductilité du cuivre électrolytique n'est que de 5 à 15%, la rupture peut se produire dans un environnement de traction brutale ou de grandes variations de température élevée et basse, ce qui convient aux applications de flexion statique.
Choix de l'épaisseur du substrat
12,5 μm et 25 μm sont les spécifications les plus largement utilisées. 12,5 μm convient aux lignes fines à haute densité et aux FPC de liaison LCD; 25 μm est l'épaisseur de substrat la plus couramment utilisée dans l'industrie FPC, combinant la performance de pliage et l'usinabilité.
Film de couverture et traitement de surface
Le film de couverture doit correspondre au substrat pour assurer la résistance au pelage. La méthode de traitement de surface (nickel coulé, étain coulé, etc.) doit être choisie en fonction des exigences du processus de soudage.
Adaptabilité environnementale
Le FPC de l'électronique automobile doit être conforme à la norme AEC - q200, exigeant - 40 ℃ à 125 ℃ cycle haute et basse température après 1000 cycles sans stratification, rétention de force de pelage ≥ 80%.
Ix. Conclusion
L'essence de la carte de circuit flexible (FPC) est d'étendre le « câblage plan 2d» de la carte de circuit rigide traditionnelle à une solution d'ingénierie de « câblage spatial 3D». Il fournit un « squelette» résistant aux hautes et basses températures et aux flexions avec un substrat Pi, garantit la fiabilité des flexions répétées avec une feuille de cuivre calandrée et permet une conception de ligne plus mince, plus résistante à la chaleur et à plus haute densité avec le type 2L - fccl sans colle – les trois travaillant ensemble, permettant à la carte d’apprendre à « plier».
De l’alignement des charnières d’un téléphone à écran pliant au système de gestion de la batterie d’un véhicule à énergie nouvelle, de la connectivité miniature d’une montre intelligente au câblage léger d’un vaisseau spatial – les FPC libèrent « l’espace intérieur» de l’électronique des contraintes rigides. Comprendre la logique des matériaux du FPC (pourquoi pi), les différences structurelles (2L vs 3L) et les points clés de la sélection (type de feuille de cuivre, épaisseur du substrat) est essentiel pour faire passer le FPC d’une « plaque pliable» à une « Décision d’ingénierie».
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