Предварительная обработка подложки: обеспечение более прочного соединения между медной фольгой и подложкой
В то время как подложка и медная фольга обычных жестких печатных плат прочно соединяются, подложка PI FPC имеет гладкую поверхность, требующую специальной обработки для обеспечения прочного сцепления медной фольги. Во время предварительной обработки на пленке PI вытравливаются крошечные ямки с использованием химического раствора (например, гидроксида натрия), затем наносится усилитель адгезии (похожий на «клей») и, наконец, производится горячее прессование для приклеивания медной фольги к подложке. Эксперименты на заводе FPC показывают, что адгезия предварительно обработанной медной фольги может достигать 0,8 Н/мм, что вдвое больше, чем у необработанной фольги, что делает ее менее склонной к отслоению при изгибе.
Точный контроль температуры и времени предварительной обработки имеет решающее значение. Чрезмерная температура (выше 120 градусов) может вызвать деформацию подложки ПИ, а недостаточная температура приводит к ухудшению эффективности обработки. Производственная линия стабилизировала температуру предварительной обработки на уровне 100 градусов ±2 градуса в течение 3 минут, улучшая адгезию медной фольги до более чем 95%.
Изготовление схем: травление схем на «эластичной пленке»
Изготовление схем для FPC аналогично изготовлению жестких печатных плат, включая фотолитографию и травление, но это более сложная задача. Поскольку подложка PI расширяется и сжимается под действием тепла, во время воздействия необходима вакуумная адсорбция, чтобы зафиксировать подложку и предотвратить деформацию схемы. FPC высокой-плотности (междустрочный интервал 0,1 мм) с использованием высокоточной-машины для экспонирования с вакуумно-адсорбционной платформой обеспечивает контроль отклонения линии в пределах ±10 мкм, что на 60 % лучше, чем ±25 мкм у обычных экспонирующих машин.
При травлении используется кислотный раствор (например, хлорное железо) для удаления излишков медной фольги, сохраняя необходимые линии. Скорость травления FPC на 30% медленнее, чем для жестких печатных плат, поскольку слишком быстрое травление может привести к появлению заусенцев на краях линий. Определенный FPC имеет межстрочный интервал 0,08 мм. За счет снижения скорости травления (с 1 м/мин до 0,7 м/мин) шероховатость края линии была уменьшена с 5 мкм до 2 мкм, что предотвратило короткие замыкания между соседними линиями.
Ламинирование обложки пленкой: придаем линиям «защитный костюм»
Ламинирование защитной пленки — это важный процесс, уникальный для FPC. Сначала на покровную пленку наносится слой термореактивного клея. Затем защитная пленка выравнивается по линиям через позиционирующие отверстия и, наконец, сжимается горячим прессом (температура 160 градусов, давление 0,5 МПа, время 30 секунд). При ламинировании следует избегать образования пузырьков воздуха, иначе линии отсыреют и окислятся. Один производитель FPC использует метод "поэтапного--поэтапного ламинирования": сначала низко-предварительное-прессование (100 градусов) удаляет воздух, затем высоко-ламинирование снижает количество пузырьков с 5 % до 0,5 %.
Толщина защитной пленки очень важна. Тонкие покровные пленки (25 мкм) обеспечивают большую гибкость, но немного меньшую защиту; более толстые защитные пленки (50 мкм) обеспечивают надежную защиту, но увеличивают нагрузку при сгибании. В смарт-часах FPC обычно используются защитные пленки толщиной 35 мкм, чтобы обеспечить баланс между гибкостью и защитой.
Штамповка и формовка: резка необходимой формы
FPC необходимо разрезать на определенные формы в соответствии со структурой устройства, обычно с помощью штамповки или лазерной резки. Штамповка подходит для массового производства с точностью ± 0,1 мм. Например, штамповка используется для массового производства FPC мобильных телефонов, достигая производительности 50 штук в минуту. Лазерная резка подходит для небольших партий или сложных форм с точностью ±0,05 мм. Например, FPC неправильной формы для медицинских устройств вырезаются лазером-, чтобы идеально соответствовать изогнутой конструкции устройства.
Края среза должны быть гладкими и без заусенцев; в противном случае при изгибе защитная пленка порвется. Параметры лазерной резки определенного FPC были оптимизированы (мощность 10 Вт, скорость 50 мм/с), в результате чего шероховатость кромки Ra стала меньше или равна 1 мкм, что на 67% лучше по сравнению с неоптимизированными 3 мкм.
Обработка поверхности: требуются как паяемость, так и стойкость к окислению.
Паяные соединения FPC требуют обработки поверхности, обычно иммерсионного золота и олова. Слои иммерсионного золота тонкие (0,05-0,1 мкм), не влияют на гибкость и подходят для паяных соединений с мелким-шагом (например, для стружки с шагом 0,3 мм). Слои лужения немного толще (1–3 мкм), дешевле, но при сгибании могут образовываться оловянные усы (мелкие кристаллы олова). Температуру выпечки после лужения (125 градусов, 2 часа) необходимо контролировать, чтобы подавить рост оловянных усов. Определенный автомобильный датчик FPC был луженым, и после обжига длина оловянных усов контролировалась на уровне менее 5 мкм, что соответствует стандартам безопасности автомобильной электроники.
Процесс армирования: добавление жесткой пластины в критические области
Хотя FPC является гибким материалом, места пайки компонентов требуют определенной степени жесткости; в противном случае при пайке произойдет деформация. Поэтому к задней части ФПК с помощью клея прикрепляется армирующая пластина (материалом может быть ПИ, стальной лист или плита из эпоксидной смолы) толщиной 0,1-0,5 мм. Позиционное отклонение усиливающей пластины не должно превышать ±0,1 мм, в противном случае она будет мешать паяным соединениям. В одном смарт-браслете после присоединения к паяным соединениям батареи армирующей пластины PI толщиной 0,3 мм выход пайки увеличился с 90% до 99%.