Pretrattamento del substrato: garantire un legame più forte tra la lamina di rame e il substrato
Mentre il substrato e il foglio di rame dei normali PCB rigidi si legano strettamente, il substrato PI degli FPC ha una superficie liscia, che richiede un trattamento speciale per garantire una salda adesione del foglio di rame. Durante il pretrattamento, minuscoli alveoli vengono incisi nella pellicola PI utilizzando una soluzione chimica (come l'idrossido di sodio), seguita da un promotore di adesione (simile alla "colla") e, infine, dalla pressatura a caldo per legare la lamina di rame al substrato. Esperimenti in una fabbrica FPC mostrano che l'adesione del foglio di rame pretrattato può raggiungere 0,8 N/mm, il doppio di quello del foglio non trattato, rendendolo meno incline al distacco durante la piegatura.
Il controllo preciso della temperatura e del tempo di pretrattamento è fondamentale. Una temperatura eccessiva (superiore a 120 gradi) può causare la deformazione del substrato PI, mentre una temperatura insufficiente comporta scarse prestazioni di trattamento. Una linea di produzione ha stabilizzato la temperatura di pretrattamento a 100 gradi ±2 gradi per 3 minuti, migliorando la consistenza dell'adesione del foglio di rame a oltre il 95%.
Fabbricazione di circuiti: incisione di circuiti su un "film elastico"
La fabbricazione dei circuiti per gli FPC è simile a quella dei PCB rigidi, e prevede la fotolitografia e l'incisione, ma è più impegnativa. Poiché il substrato PI si espande e si contrae con il calore, è necessario l'adsorbimento del vuoto durante l'esposizione per fissare il substrato in piano e prevenire la deformazione del circuito. Un FPC ad alta-densità (interlinea di 0,1 mm) utilizzando una macchina per esposizione ad alta-precisione con una piattaforma di assorbimento a vuoto ha ottenuto un controllo della deviazione della linea entro ±10μm, un miglioramento del 60% rispetto ai ±25μm delle normali macchine per esposizione.
Durante l'incisione, viene utilizzata una soluzione acida (come il cloruro ferrico) per rimuovere il foglio di rame in eccesso, mantenendo le linee richieste. La velocità di incisione per gli FPC è inferiore del 30% rispetto a quella dei PCB rigidi perché un'incisione eccessivamente veloce può causare bave sui bordi della linea. Un determinato FPC ha un'interlinea di 0,08 mm. Riducendo la velocità di incisione (da 1 m/min a 0,7 m/min), la rugosità del bordo della linea è stata ridotta da 5μm a 2μm, prevenendo cortocircuiti tra linee adiacenti.
Laminazione della pellicola di copertura: dare alle linee una "tuta protettiva"
La laminazione della pellicola di copertura è un processo critico esclusivo degli FPC. Innanzitutto, sulla pellicola di copertura viene applicato uno strato di adesivo termoindurente. Quindi, la pellicola di copertura viene allineata con le linee attraverso i fori di posizionamento e, infine, viene pressata insieme utilizzando una pressa a caldo (temperatura 160 gradi, pressione 0,5 MPa, tempo 30 secondi). È necessario evitare bolle d'aria durante la laminazione, altrimenti le linee diventeranno umide e si ossideranno. Un produttore di FPC utilizza un metodo di "laminazione passo-per-passo": prima, la pre-pressatura a bassa-temperatura-(100 gradi) rimuove l'aria, quindi la laminazione ad alta-temperatura riduce la velocità delle bolle dal 5% allo 0,5%.
Lo spessore della pellicola di copertura è molto importante. Le pellicole di copertura sottili (25μm) offrono una migliore flessibilità ma una protezione leggermente inferiore; le pellicole di copertura più spesse (50μm) forniscono una forte protezione ma aumentano lo stress quando vengono piegate. Gli FPC per smartwatch utilizzano in genere pellicole di copertura spesse 35μm per trovare un equilibrio tra flessibilità e protezione.
Punzonatura e formatura: taglio nella forma richiesta
Gli FPC devono essere tagliati in forme specifiche in base alla struttura del dispositivo, comunemente utilizzando la punzonatura o il taglio laser. La punzonatura a matrice è adatta per la produzione di massa con una precisione di ±0,1 mm. Ad esempio, la punzonatura viene utilizzata per la produzione in serie di FPC per telefoni cellulari, raggiungendo un'efficienza di 50 pezzi al minuto. Il taglio laser è adatto per piccoli lotti o forme complesse, con una precisione di ±0,05 mm. Ad esempio, gli FPC di forma irregolare per i dispositivi medici vengono tagliati al laser-per adattarsi perfettamente alla struttura curva del dispositivo.
I bordi tagliati devono essere lisci e privi di bave; in caso contrario, la piegatura potrebbe strappare la pellicola di copertura. I parametri di taglio laser di un determinato FPC sono stati ottimizzati (potenza 10 W, velocità 50 mm/s), risultando in una rugosità del bordo Ra inferiore o uguale a 1μm, un miglioramento del 67% rispetto ai 3μm non ottimizzati.
Trattamento superficiale: sono richieste sia saldabilità che resistenza all'ossidazione.
I giunti di saldatura FPC richiedono un trattamento superficiale, solitamente doratura per immersione e stagnatura. Gli strati d'oro per immersione sono sottili (0,05-0,1μm), non influiscono sulla flessibilità e sono adatti per giunti di saldatura a passo-fine (ad es. trucioli con passo da 0,3 mm). Gli strati di stagnatura sono leggermente più spessi (1-3μm), hanno un costo inferiore, ma possono produrre baffi di stagno (fine cristalli di stagno) quando piegati. La temperatura di cottura dopo la stagnatura (125 gradi, 2 ore) deve essere controllata per sopprimere la crescita dei baffi di stagno. Un certo FPC di un sensore automobilistico è stato placcato in stagno e, dopo la cottura, la lunghezza dei baffi di stagno è stata controllata a meno di 5 μm, rispettando gli standard di sicurezza elettronica automobilistica.
Processo di rinforzo: aggiunta di una piastra rigida alle aree critiche
Sebbene l'FPC sia flessibile, le aree in cui vengono saldati i componenti richiedono un certo grado di rigidità; in caso contrario, si verificherà una deformazione durante la saldatura. Pertanto, una piastra di rinforzo (i materiali possono essere PI, lamiera di acciaio o pannello in resina epossidica), spessa 0,1-0,5 mm, è fissata sul retro dell'FPC mediante adesivo. La deviazione di posizione della piastra di rinforzo non deve superare ±0,1 mm, altrimenti ostruirà i giunti di saldatura. In un braccialetto intelligente, dopo aver collegato una piastra di rinforzo PI spessa 0,3 mm ai giunti di saldatura della batteria, la resa della saldatura è aumentata dal 90% al 99%.