11 Cosas Que Debes Saber Sobre La Producción De FPC: Desmitificando La Fabricación De FPC

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FPC (Placa de Circuito Impreso Flexible) es un tipo de placa de circuito impreso altamente confiable y flexible fabricada con películas delgadas de poliimida o poliéster. Se caracteriza por su alta densidad de cableado, ligereza, delgadez y excelente flexibilidad al doblarse.

FPC

Antes de desvelar el misterio de la fabricación de FPC, es importante saber que los materiales que constituyen un circuito impreso flexible (FPC) son la película aislante, el conductor y el adhesivo.

La película aislante forma la capa base del circuito, y el adhesivo une el papel de cobre a la capa aislante. En diseños multicapa, se une junto con las capas internas. También se utilizan como recubrimientos protectores para aislar el circuito del polvo y la humedad, y para reducir el estrés durante la flexión. El papel de cobre forma la capa conductora.

En algunos circuitos flexibles, se emplean componentes rígidos hechos de aluminio o acero inoxidable para proporcionar estabilidad dimensional, soporte físico para los componentes y cables, y alivio del estrés. Los adhesivos se utilizan para unir los componentes rígidos al circuito flexible. Además, otro material utilizado a veces en los circuitos flexibles es la película de capa adhesiva, que está recubierta con adhesivo en ambos lados de una película delgada aislante.

La película de capa adhesiva proporciona protección ambiental, funcionalidad de aislamiento electrónico, elimina la necesidad de una capa adicional de película y permite la creación de circuitos multicapa con menos capas adhesivas.

Los materiales de la película aislante vienen en muchos tipos, pero los más utilizados son los materiales de poliimida y poliéster. En Estados Unidos, el 80% de todos los fabricantes de circuitos flexibles utilizan materiales de película de poliimida, mientras que aproximadamente el 20% utiliza materiales de película de poliéster.

Los materiales de poliimida son no inflamables, dimensionalmente estables, tienen alta resistencia a la tracción y pueden soportar temperaturas de soldadura. El poliéster, también conocido como tereftalato de polietileno (PET), tiene propiedades físicas similares a las del poliimida, incluyendo una constante dieléctrica baja y una absorción mínima de humedad.

Sin embargo, no es adecuado para aplicaciones de alta temperatura, ya que su punto de fusión es de 250°C y su temperatura de transición vítrea (Tg) es de 80°C. Estas limitaciones restringen su uso en aplicaciones que requieren una soldadura extensa de extremo a extremo.

En aplicaciones de baja temperatura, presentan rigidez. No obstante, siguen siendo adecuados para su uso en productos como teléfonos y otros elementos que no necesitan estar expuestos a entornos difíciles.

Las películas de aislamiento de poliimida suelen combinarse con adhesivos de poliimida o acrílicos, mientras que los materiales de aislamiento de poliéster se combinan con adhesivos de poliéster. Las ventajas de combinar estos materiales con propiedades similares incluyen estabilidad dimensional después de la soldadura o múltiples ciclos de laminación.

Otras características importantes de los adhesivos incluyen una constante dieléctrica baja, alta resistencia al aislamiento, alta temperatura de transición vítrea y baja tasa de absorción de humedad.

El papel de cobre es adecuado como conductor para su uso en circuitos flexibles. Puede ser producido mediante electrochapado o electro-deposición (ED).

Copper foil

El lado del papel de cobre producido a través de electro-deposición tiene una superficie brillante, mientras que el otro lado tiene un aspecto opaco debido al proceso. Es un material flexible que puede fabricarse en varios grosores y anchuras. El lado opaco del papel de cobre electro-depositado a menudo es sometido a tratamientos especiales para mejorar sus propiedades adhesivas.

Además de su flexibilidad, el papel de cobre forjado también posee las características de ser duro y liso, lo que lo hace adecuado para aplicaciones que requieren flexión dinámica.

El adhesivo, además de unir películas aislantes a materiales conductores, también puede utilizarse como capa de recubrimiento con fines de protección y cobertura. La principal diferencia entre ambos radica en el método de aplicación utilizado.

El recubrimiento adhesivo sobre la película aislante tiene la intención de formar una estructura de circuito apilado. La técnica de impresión por serigrafía se utiliza para la aplicación del adhesivo. No todas las estructuras apiladas contienen adhesivo, y aquellas sin adhesivo forman circuitos más delgados con mayor flexibilidad. En comparación con las estructuras apiladas basadas en adhesivos, exhibe una mejor conductividad térmica.

adhesive for FPC

Debido a la naturaleza delgada y flexible de los circuitos flexibles sin adhesivos y a la eliminación de la resistencia térmica del adhesivo, estos pueden utilizarse en entornos de trabajo donde no se pueden emplear estructuras apiladas basadas en adhesivos.

A continuación, por favor sigue nuestros pasos y prepárate para descifrar el proceso de fabricación de placas FPC (Flexible Printed Circuit).

Proceso de fabricación FPC (placa de circuito flexible)

Corte de Material

Para minimizar los desperdicios, cada proceso de producción de FPC incluye el corte inicial del material base. Un corte preciso durante el procesamiento del material ayuda a evitar los desperdicios causados por el exceso de material.

Limpieza Química

Este paso tiene como objetivo principal eliminar la capa de óxido en el material base conductor y en la superficie del folio de cobre. Si no se limpia, la capa de óxido puede provocar una oxidación continua del FPC durante el uso, lo que resultaría en una vida útil más corta. Por lo tanto, la limpieza es necesaria para garantizar la fiabilidad y estabilidad a largo plazo de la placa de circuito y reducir las pérdidas causadas por la oxidación.

Película Seca de Anti-Corrosión de la Capa Interna (FPC)

Primero, se crea el patrón del circuito en la película. Luego, la película con la película seca de anti-corrosión (película fotosensible) se alinea con el material base y una máquina de exposición se utiliza para transferir el patrón del circuito desde la película al material base. Esto transfiere el patrón del circuito al folio de cobre.

Grabado con Ácido (Grabado FPC)

En la producción de placas de circuito impreso flexibles (FPC), se suelen utilizar soluciones ácidas como ácido clorhídrico o ácido sulfúrico para el grabado químico. Sin embargo, las soluciones alcalinas como el agua de amoníaco se utilizan a menudo para el grabado de circuitos duros, ya que muestran características ácidas con mayor facilidad.

Limpieza Química

Este paso tiene como objetivo evitar que cualquier solución restante del proceso de grabado químico quede atrapada en el circuito y eliminar cualquier impureza en la superficie del FPC mediante limpieza con plasma.

Alineación de la Película Protectora de la Capa Interna

Antes de los pasos mencionados anteriormente, la película protectora para la placa flexible debe ser moldeada adecuadamente y alineada con el FPC. Luego, se utiliza un soldador para fijar preliminarmente la película protectora a las almohadillas.

Laminación

Durante el proceso de producción, la laminación se divide típicamente en laminación rápida y laminación lenta. La laminación rápida se utiliza comúnmente para la laminación inicial, y el espesor máximo permitido se determina según referencias estándar. Después de completar la laminación, se inspecciona el producto para confirmar la ausencia de burbujas o desbordamiento de adhesivo.

Horneado

Este paso implica un tratamiento de alta temperatura para facilitar el flujo y nivelación del adhesivo entre la placa de circuito y la película protectora, asegurando una unión más completa. El adhesivo se funde y llena los espacios entre el folio de cobre y la película protectora, uniéndolos estrechamente después del horneado a alta temperatura.

Impresión de Caracteres en la Placa de Circuito FPC

El proceso de fabricación de un FPC (placa de circuito flexible) también incluye transferir caracteres desde la película a la pantalla de malla y usar la pantalla para imprimir caracteres en el FPC. Este proceso también implica inspeccionar los resultados de la impresión para asegurar que no haya caracteres faltantes o insuficientemente impresos.

Tratamiento/acabado de superficie

El tratamiento de superficie de las placas de circuito impreso flexibles (FPC, por sus siglas en inglés de Flexible Printed Circuit Board) cumple con el propósito fundamental de garantizar una buena soldabilidad o rendimiento eléctrico. Dado que el cobre tiende a existir en forma de óxidos en el entorno natural, es poco probable que permanezca en su estado original de cobre durante mucho tiempo, por lo que necesita someterse a otros tratamientos. Los procesos comunes de tratamiento de superficie para FPC son los siguientes:

Hot Air Leveling (HASL)

Hot Air Leveling, también conocido como hot air solder leveling (comúnmente conocido como HASL), es un proceso en el que se recubre la superficie del PCB con soldadura (plomo) fundida y luego se calienta y comprime con aire caliente para crear una capa de recubrimiento que sea resistente a la oxidación del cobre y proporcione una buena soldabilidad.

Durante el proceso de hot air leveling, se forma un compuesto intermetálico de cobre-estaño en la unión entre la soldadura y el cobre. El PCB se sumerge en soldadura fundida durante el proceso de hot air leveling; el aire a presión aplanará la soldadura líquida antes de que se solidifique; el aire a presión minimiza la soldadura en forma de creciente en la superficie de cobre y evita el puenteado de la soldadura.

Protectores Orgánicos de Soldabilidad (OSP)

OSP es un proceso de tratamiento de superficie de FPC que cumple con los requisitos de la directiva RoHS. En pocas palabras, OSP es un método químico para crear una película orgánica en la superficie de cobre limpia y sin recubrimiento. Esta película tiene propiedades de resistencia a la oxidación, al calor y a la humedad para proteger la superficie de cobre de futura corrosión (oxidación o sulfidación) en condiciones ambientales normales.

Sin embargo, en procesos posteriores de soldadura a alta temperatura, esta película protectora debe eliminarse fácil y rápidamente mediante el uso de flux para que la superficie de cobre limpia expuesta pueda formar de inmediato una unión de soldadura fuerte.

Niquelado Oro Electroless en Toda la Placa (ENIG)

El proceso ENIG en toda la placa implica depositar una capa de níquel seguida de una capa de oro en el conductor de superficie del PCB. El objetivo principal del niquelado es evitar la difusión entre el oro y el cobre. Existen dos tipos de procesos ENIG actuales: oro suave (oro puro, con un aspecto no brillante) y oro duro (superficie lisa y dura, resistente al desgaste, que contiene cobalto y otros elementos, con un aspecto brillante).

El oro suave se utiliza principalmente para el enlace de cables en el empaquetado de chips, mientras que el oro duro se utiliza principalmente para interconexiones eléctricas no soldadas.

Oro por Inmersión (ENIG)

El oro por inmersión implica recubrir la superficie de cobre con una gruesa capa de aleación de níquel-oro electroconductora, que proporciona protección a largo plazo para el PCB. Además, el oro por inmersión tiene una mejor tolerancia a las condiciones ambientales en comparación con otros procesos de tratamiento de superficie. Además, el oro por inmersión puede evitar la disolución del cobre, lo que es beneficioso para el ensamblaje sin plomo.

Estañado por Inmersión (ENIG)

Dado que todas las soldaduras actuales están basadas en estaño, una fina capa de estaño puede coincidir con cualquier tipo de soldadura. El estañado por inmersión forma un compuesto intermetálico de cobre-estaño plano, lo que le confiere una excelente soldabilidad similar al hot air leveling sin los problemas de planitud asociados con este último. Las placas con recubrimiento de estaño por inmersión no deben almacenarse durante demasiado tiempo y deben ensamblarse en el orden de inmersión en estaño.

Plata por Inmersión (ENIG)

La plata por inmersión es un proceso que se encuentra entre el recubrimiento orgánico y el niquelado/oro químico. El proceso es simple y rápido. Incluso cuando se expone a ambientes calientes, húmedos y contaminados, la plata sigue manteniendo una buena soldabilidad, aunque puede perder su brillo. La plata por inmersión no tiene el mismo nivel de resistencia física que el niquelado/oro químico porque no hay una capa de níquel debajo de la plata.

Niquelado Químico Paladio Oro (ENIG)

El niquelado químico paladio oro, en comparación con el oro por inmersión, añade una capa de paladio entre el níquel y el oro. El paladio puede evitar la corrosión causada por reacciones de desplazamiento y preparar para el recubrimiento de oro. El oro cubre estrechamente el paladio, proporcionando una buena superficie de contacto.

Electrochapeado de Oro Duro

El electrochapeado de oro duro se utiliza para mejorar la resistencia al desgaste y aumentar el número de inserciones y extracciones de productos.

Inspección Final

Este es el último paso crucial en el proceso de fabricación de circuitos impresos flexibles (FPC), donde todas las placas FPC deben someterse a inspección en la línea de producción para garantizar la calidad y el rendimiento. Actualmente, la inspección de calidad de los FPC nacionales depende en gran medida de la inspección visual manual, lo que resulta costoso e ineficiente. Sin embargo, para probar y validar el rendimiento de los FPC, podemos emplear los siguientes métodos.

Pruebas Eléctricas (FPC)

Prueba de Continuidad Eléctrica: Se utiliza para verificar si los cables y puntos de conexión en el circuito impreso flexible (FPC) están correctamente conectados. Esta prueba suele emplear métodos como la prueba de continuidad o la prueba de «bed-of-nails» para verificar la conectividad del circuito.

Prueba de Resistencia: Se utiliza para medir el valor de resistencia de las pistas del circuito en el FPC. Esta prueba garantiza que la resistencia de los cables se encuentre dentro del rango especificado para garantizar una transmisión de señal estable.

Prueba de Aislamiento: Se utiliza para detectar el aislamiento entre los cables en el FPC y entre los cables y el sustrato. Esta prueba asegura que el FPC no presente cortocircuitos o problemas de fuga bajo condiciones de alto voltaje.

Pruebas de Confiabilidad (FPC)

Prueba de Vida al Flexionar: Doblamos repetidamente el FPC para simular las condiciones de flexión en aplicaciones reales. Esta prueba evalúa el rendimiento y la durabilidad del FPC durante el uso a largo plazo.

Prueba de Ciclismo Térmico: El FPC se somete a cambios cíclicos entre entornos de alta y baja temperatura para simular el impacto de las variaciones de temperatura en el FPC. Esta prueba puede evaluar la confiabilidad y estabilidad del FPC ante cambios de temperatura.

Prueba de Ciclismo de Humedad: El FPC se somete a cambios cíclicos entre entornos de alta temperatura y alta humedad, así como de baja temperatura y baja humedad, para simular los efectos de la humedad y la temperatura en el FPC. Esta prueba evalúa la durabilidad y confiabilidad del FPC en entornos húmedos.

Pruebas Ambientales (FPC)

Prueba de Resistencia a la Corrosión: Exponemos el FPC a diferentes medios corrosivos para evaluar su resistencia a la corrosión química. Esta prueba garantiza la estabilidad y confiabilidad del FPC en entornos específicos.

Prueba de Alta Temperatura: Colocamos el FPC en un entorno de alta temperatura para probar su rendimiento y estabilidad en condiciones de alta temperatura. Esta prueba evalúa la tolerancia del FPC en entornos de alta temperatura.

Prueba de Baja Temperatura: Colocamos el FPC en un entorno de baja temperatura para probar su rendimiento y estabilidad en condiciones de baja temperatura. Esta prueba evalúa la tolerancia del FPC en entornos de baja temperatura.

Estos métodos y herramientas de prueba pueden ayudar a los fabricantes a evaluar y validar el rendimiento, la confiabilidad y la estabilidad del FPC (Circuito Impreso Flexible) para garantizar su correcto funcionamiento y durabilidad a largo plazo en aplicaciones del mundo real. Al realizar pruebas, se recomienda elegir métodos y herramientas de prueba adecuados en función de los requisitos específicos y el entorno de aplicación del FPC, y adherirse a las normas y especificaciones de prueba pertinentes.

En resumen, la fabricación de FPC (Placa de Circuito Impreso Flexible) es un proceso complejo y crucial que requiere atención a múltiples aspectos. Al comprender los principios básicos, seleccionar materiales y procesos adecuados, considerar factores de diseño, implementar un estricto control de calidad, y probar y verificar el rendimiento del FPC, podemos asegurar la producción de productos FPC de alta calidad y confiables. A través de la mejora continua y la innovación, podemos mejorar constantemente la eficiencia y la calidad de la fabricación de FPC, satisfacer las demandas del mercado y mantener una ventaja competitiva.

Se espera que este artículo ayude a los lectores a comprender mejor las consideraciones importantes en la fabricación de FPC y los inspire a explorar y aplicar aún más la tecnología FPC. Si es necesario, los lectores pueden llevar a cabo investigaciones adicionales y consultar recursos y materiales en campos relacionados para profundizar su comprensión y experiencia práctica en la fabricación de FPC.

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