1. Taglio del materiale FPC
Ad eccezione di alcuni materiali, la maggior parte dei materiali utilizzati nei circuiti stampati flessibili (FPC) sono disponibili in rotoli. Poiché non tutti i processi richiedono tecniche basate su rotoli, alcuni processi, come la foratura di fori metallizzati in PCB flessibili a doppia faccia, devono essere eseguiti con materiali in fogli. Il primo passaggio per i PCB flessibili a doppia faccia è il taglio del materiale in fogli.
I laminati flessibili rivestiti in rame hanno una tolleranza molto bassa alle sollecitazioni meccaniche e possono essere facilmente danneggiati. Qualsiasi danno durante il processo di taglio può influire significativamente sulla resa delle lavorazioni successive. Pertanto, sebbene il taglio possa sembrare semplice, è necessario prestare la massima attenzione per garantire la qualità del materiale. Per piccole quantità, è possibile utilizzare macchine da taglio manuali o rotative. Per produzioni su larga scala, sono preferibili macchine da taglio automatiche.
Che si tratti di laminati rivestiti in rame monofacciali o bifacciali o di pellicole di copertura, la precisione di taglio può raggiungere ±0.33 mm. Il processo di taglio è altamente affidabile e il materiale tagliato viene impilato automaticamente in modo ordinato, senza necessità di movimentazione manuale in uscita. Il processo riduce al minimo i danni al materiale, che rimane praticamente privo di pieghe o graffi. Inoltre, le apparecchiature avanzate possono tagliare automaticamente. FPC Incisi in formato rotolo utilizzando sensori ottici che rilevano i modelli di allineamento incisi, ottenendo una precisione di taglio di 0.3 mm. Tuttavia, i bordi tagliati non devono essere utilizzati per l'allineamento nei processi successivi.
2. Foratura FPC
Come i circuiti stampati rigidi (PCB), i fori passanti in PCB flessibile Possono essere forati utilizzando la foratura CNC. Tuttavia, la foratura CNC non è adatta per circuiti a doppia faccia basati su rulli con fori passanti metallizzati. Con la crescente densità dei circuiti e la riduzione del diametro dei fori passanti, i limiti della foratura CNC hanno portato all'adozione di altre tecniche di foratura come l'incisione al plasma, la foratura laser, la microforatura e l'incisione chimica. Queste tecniche più recenti sono più compatibili con i requisiti del processo basato su rulli.
Foratura CNC
La maggior parte dei fori passanti nei PCB flessibili a doppia faccia vengono ancora forati utilizzando Macchine a controllo numericoQueste macchine CNC sono essenzialmente le stesse utilizzate per i PCB rigidi, sebbene alcune condizioni differiscano. Poiché i PCB flessibili sono sottili, è possibile impilare più fogli per la foratura. In condizioni favorevoli, è possibile forare da 10 a 15 fogli contemporaneamente. Come fogli di supporto e di copertura si possono utilizzare laminati a base di carta fenolica o laminati epossidici in fibra di vetro, oppure piastre di alluminio con uno spessore compreso tra 0.2 e 0.4 mm. Le punte da trapano utilizzate per i PCB flessibili sono disponibili sul mercato e le punte utilizzate per la foratura dei PCB rigidi possono essere utilizzate anche per quelli flessibili.
Le condizioni per la foratura, la fresatura del film di copertura e la sagomatura del pannello di rinforzo sono generalmente simili. Tuttavia, grazie alla morbidezza dell'adesivo utilizzato nei materiali PCB flessibili, questo può aderire facilmente alla punta del trapano, richiedendo frequenti controlli delle condizioni della punta e un adeguato aumento della sua velocità di rotazione. È necessario prestare particolare attenzione durante la foratura di PCB flessibili multistrato o PCB rigido-flessibile.
Punzonatura
La micro-punzonatura non è una tecnica nuova ed è stata utilizzata per la produzione di massa. Poiché i processi a rulli comportano una produzione continua, esistono molti casi in cui i fori passanti vengono punzonati in formato rullo. Tuttavia, la punzonatura di massa è limitata a diametri di foro di 0.6-0.8 mm e, rispetto alla foratura CNC, richiede più tempo e operazioni manuali. Il processo iniziale spesso prevede grandi dimensioni, il che rende gli stampi di punzonatura corrispondentemente più grandi e costosi. Sebbene la produzione di massa possa ridurre i costi, il deprezzamento delle attrezzature è significativo e, per la produzione di piccoli lotti, la foratura CNC offre maggiore flessibilità ed efficienza dei costi.
Negli ultimi anni, tuttavia, sono stati compiuti progressi significativi sia nella precisione delle matrici di punzonatura che nella foratura CNC. La punzonatura è ora più fattibile per i PCB flessibili. Le più recenti tecnologie di matrici possono creare fori fino a 75 µm in laminati rivestiti in rame senza adesivo con uno spessore del substrato di 25 µm. In condizioni adeguate, è possibile punzonare anche fori fino a 50 µm. Anche le punzonatrici sono state automatizzate e sono ora disponibili matrici più piccole, rendendo la punzonatura un'opzione praticabile per i PCB flessibili. Tuttavia, né la foratura CNC né la punzonatura sono adatte alla lavorazione di fori ciechi.
Foratura laser
La tecnologia laser è in grado di praticare fori passanti di dimensioni ridottissime. Per la foratura di PCB flessibili vengono utilizzati diversi tipi di macchine laser, tra cui laser a eccimeri, laser a CO₂, laser YAG (granato di ittrio e alluminio) e laser ad argon.
I laser a CO₂ possono forare solo gli strati isolanti, mentre i laser YAG possono forare sia lo strato isolante che la lamina di rame. La foratura dello strato isolante è significativamente più veloce rispetto alla foratura della lamina di rame, quindi l'utilizzo di un singolo laser per tutti i processi di foratura risulta inefficiente. In genere, la lamina di rame viene prima incisa per formare il modello di foro, quindi lo strato isolante viene rimosso per formare il foro passante. Questo metodo consente di forare con i laser diametri di foro estremamente ridotti. Tuttavia, la precisione di posizionamento tra i fori superiore e inferiore può limitare il diametro del foro. Per i fori ciechi, il problema dell'allineamento verticale non si pone, poiché viene incisa solo la lamina di rame di un lato.
I laser a eccimeri sono in grado di praticare fori di precisione millimetrica. I laser a eccimeri utilizzano la luce ultravioletta che rompe direttamente la struttura molecolare della resina del substrato, generando un calore minimo e limitando i danni all'area circostante il foro. Ciò si traduce in pareti del foro lisce e verticali. Se è possibile ridurre ulteriormente le dimensioni del fascio laser, è possibile praticare fori con diametri di 10-20 µm. Tuttavia, all'aumentare del rapporto di aspetto, la ramatura a umido diventa sempre più difficile.
Un problema chiave della foratura laser a eccimeri è che la decomposizione della resina produce residui di nerofumo sulle pareti del foro, che devono essere puliti prima della placcatura. Inoltre, l'uniformità del laser può portare alla formazione di residui simili a bambù durante la lavorazione di fori ciechi. La sfida maggiore della foratura laser a eccimeri è la bassa velocità e l'elevato costo, che ne limitano l'utilizzo ad applicazioni che richiedono elevata precisione e affidabilità per fori molto piccoli.
Le perforatrici laser a CO₂, al contrario, sono molto più veloci e meno costose, ma offrono una qualità dei fori inferiore, con diametri che in genere vanno da 70 a 100 µm. Tuttavia, la velocità di lavorazione è significativamente maggiore rispetto ai laser a eccimeri, rendendo la perforazione laser a CO₂ più conveniente, soprattutto per matrici di fori ad alta densità.
Quando si utilizzano laser a CO₂ per forare fori ciechi, è fondamentale che il laser raggiunga solo la superficie del rame. La rimozione di materiale organico dalla superficie non è necessaria, ma potrebbe essere necessaria una post-elaborazione con incisione chimica o al plasma per pulire la superficie del rame.
3. Metallizzazione dei fori
Il processo di metallizzazione dei fori per PCB flessibili è simile a quello utilizzato per PCB rigidoRecenti progressi hanno sostituito la placcatura chimica con la placcatura diretta utilizzando strati conduttivi a base di carbonio. Questa tecnica è stata introdotta anche nella produzione di PCB flessibili.
Poiché i PCB flessibili sono morbidi, sono necessari appositi dispositivi di fissaggio per fissarli durante la metallizzazione. Questi dispositivi non solo mantengono il PCB in posizione, ma garantiscono anche la stabilità nel bagno di placcatura. In caso contrario, lo spessore non uniforme della placcatura in rame può causare problemi come cortocircuiti e ponti durante l'incisione. Per ottenere una placcatura in rame uniforme, il PCB flessibile deve essere teso saldamente all'interno del dispositivo di fissaggio e occorre prestare particolare attenzione al posizionamento degli elettrodi.
4. Pulizia della superficie in lamina di rame
Per migliorare l'adesione della maschera di resist, è necessario pulire la superficie del foglio di rame prima di applicare il resist. Anche se sembra un processo semplice, è necessario prestare particolare attenzione ai PCB flessibili.
In genere, la pulizia prevede sia metodi chimici che meccanici. Per modelli di precisione, entrambi i metodi vengono spesso combinati. La spazzolatura meccanica può essere complessa: se la spazzola è troppo dura, potrebbe danneggiare la lamina di rame, ma se è troppo morbida, la pulizia potrebbe essere insufficiente. Generalmente si utilizzano spazzole in nylon, la cui lunghezza e durezza devono essere attentamente selezionate. Due rulli a spazzola sono posizionati sopra il nastro trasportatore, ruotando nella direzione opposta al movimento del nastro. Tuttavia, una pressione eccessiva esercitata dai rulli a spazzola può allungare il substrato, causando variazioni dimensionali.
Se la superficie del rame non viene pulita correttamente, l'adesione della maschera di resist sarà scarsa, riducendo la resa del processo di incisione. Grazie al miglioramento della qualità dei laminati in rame negli ultimi anni, la pulizia della superficie può essere omessa per i circuiti monofaccia. Tuttavia, per modelli di precisione inferiori a 100 µm, pulizia delle superfici resta essenziale.
