Considérations importantes relatives à l'installation des circuits imprimés flexibles (FPC) pendant la phase de conception

Circuits imprimés souples (FPC) sont de plus en plus largement utilisés dans les smartphones, les appareils portables, les écrans automobiles et l'électronique médicale en raison de leurs avantages uniques, tels que la flexibilité, la finesse et la pliabilité. Cependant, le processus de montage en surface (SMT) des circuits imprimés flexibles (FPC) est bien plus complexe que celui des circuits imprimés rigides traditionnels. Cela s’explique principalement par le fait que le substrat flexible lui-même ne dispose pas de support rigide, ce qui le rend très sensible au gauchissement, à la déformation et au déplacement sous l’effet des contraintes et de la chaleur. Si les exigences spécifiques du processus de montage en surface ne sont pas pleinement prises en compte lors de la phase de conception, même si la conception du circuit est en soi solide, des conséquences graves telles que la courbure de la carte, le soulèvement des composants, voire la mise au rebut complète de la carte, peuvent survenir lors de la phase de production SMT. Il est donc essentiel de bien comprendre les éléments clés à prendre en compte lors de la phase de conception de la technologie de montage en surface des circuits imprimés flexibles (FPC) afin de garantir la fabricabilité du produit et sa qualité finale. Cet article résume les solutions aux problèmes rencontrés lors de la phase de conception de la technologie de montage en surface des circuits imprimés flexibles (FPC), en s’appuyant sur des projets menés par l’équipe d’ingénieurs de Geyuan Electronics au fil des ans.

Qu'est-ce que la technologie de montage en surface (SMD) sur les circuits imprimés flexibles (FPC) ?

Les circuits imprimés souples (FPC) sont largement utilisés dans les produits électroniques tels que les téléphones portables, les ordinateurs portables et les appareils portables connectés, en raison de leur finesse, de leur souplesse et de leur résistance aux températures élevées et basses. La technologie de montage en surface (SMD) sur FPC consiste à souder avec précision des composants à montage en surface (SMD), tels que des résistances, des condensateurs et des puces, sur les pastilles d’un circuit imprimé flexible. Il s’agit d’une étape cruciale dans l’assemblage des appareils électroniques, qui influe directement sur les performances et la stabilité du produit.

Processus de fabrication de connecteurs FPC (Fiber-Chip)

Phase de préparation	Tout d'abord, le circuit imprimé flexible (FPC) doit faire l'objet d'un contrôle qualité afin de s'assurer qu'il ne présente ni défaut ni dommage et qu'il répond aux exigences de traitement. Ensuite, les prétraitements nécessaires, tels que le nettoyage et le séchage, sont effectués sur le FPC afin de garantir que les composants à montage en surface puissent y adhérer solidement.
Préparation des composants	Préparez les composants électroniques nécessaires, tels que les résistances, les condensateurs et les puces intégrées, conformément aux exigences de production. Vérifiez la qualité et les caractéristiques techniques des composants afin de vous assurer qu'ils répondent aux normes de production.
Paramètres du programme de placement	Configurez le programme de placement sur la machine de placement, en précisant la position, l'angle et l'ordre des composants. Effectuez ensuite l'étalonnage de la machine de placement afin de garantir la précision du placement.
Traitement SMT	La carte FPC est fixée sur la table de travail de la machine de placement. Celle-ci positionne avec précision les composants électroniques aux emplacements prévus sur la carte FPC.
Soudage et durcissement	Le circuit imprimé (FPC) sur lequel sont montés les composants est soudé à l'aide de techniques telles que le soudage par refusion ou le soudage à la vague. Une fois le soudage terminé, un traitement de durcissement est effectué afin de garantir la stabilité et la fiabilité des joints de soudure.
Contrôle qualité	Les cartes FPC finies font l'objet d'un contrôle qualité portant notamment sur la qualité des soudures et la précision de positionnement des composants. Tout produit défectueux est immédiatement retravaillé ou mis au rebut.
Post-traitement	Effectuer le nettoyage et le séchage nécessaires sur les cartes FPC conformes. Réaliser des tests fonctionnels afin de s'assurer que les cartes FPC fonctionnent correctement.

Pourquoi est-il nécessaire de traiter la question des correctifs FPC dès la phase de conception ?

Le processus de montage en surface (SMT) pour les circuits imprimés souples (FPC) constitue un projet d'ingénierie des systèmes complexe, qui exige une attention méticuleuse portée à chaque détail dès la phase de conception. Le prétraitement par cuisson permet de remédier à l’absorption d’humidité inhérente au matériau ; les supports et gabarits assurent le maintien du substrat flexible ; la conception du renfort résout le conflit entre la rigidité localisée et la faisabilité du montage en surface ; la conception des pastilles et des circuits garantit la fiabilité du soudage et la durée de vie des joints de soudure ; enfin, la panelisation et l’optimisation des processus permettent d’améliorer l’efficacité de la production et le rendement. Ces étapes sont étroitement liées, et toute négligence à l’une d’entre elles peut dégénérer en graves problèmes de qualité lors de la production en série. Les ingénieurs chargés de la conception des circuits imprimés flexibles (FPC) doivent s’affranchir des schémas de pensée conventionnels propres aux circuits imprimés rigides, comprendre pleinement les propriétés uniques des matériaux flexibles et appliquer systématiquement les principes de la conception pour la fabricabilité (DFM). Ce n’est qu’ainsi que les FPC pourront véritablement tirer parti de leurs avantages en termes de flexibilité, au lieu de devenir une “ bombe à retardement ” dans le développement des produits.

Éléments à prendre en compte lors de l'installation de circuits imprimés flexibles (FPC) au cours de la phase de conception

Les circuits imprimés souples (FPC) sont sujets à des problèmes tels qu'un positionnement imprécis, une impression défectueuse de la pâte à souder, la formation de bulles ou le détachement de composants au cours du processus de montage en surface (SMT), en raison de leur matériau souple et facilement déformable. Il est donc essentiel de prendre pleinement en compte les processus de montage et de fabrication ultérieurs dès la phase de conception. Voici les points clés à ne pas négliger :

Prétraitement par cuisson

Le précuisson des circuits imprimés flexibles (FPC) avant le montage en surface (SMT) est une étape cruciale qui doit être prise en compte dès la phase de conception. Les substrats des circuits imprimés flexibles (FPC) étant principalement composés de polyimide (PI), un matériau hautement hygroscopique, s’ils sont directement exposés à l’environnement de soudage par refusion à haute température sans avoir subi un séchage suffisant, l’humidité absorbée à l’intérieur du substrat se vaporisera et se dilatera rapidement sous l’effet de la chaleur, entraînant des défauts graves tels que l’éclatement de la carte ou la formation de cloques au niveau des pastilles. Les conditions de cuisson recommandées par l’industrie sont généralement comprises entre 120 et 150 °C pendant 2 à 4 heures, la durée précise devant être ajustée de manière flexible en fonction de l’épaisseur du FPC et de l’environnement de stockage. Les ingénieurs de conception doivent pleinement prendre conscience que la cuisson n’est pas un processus facultatif, mais bien la première ligne de défense pour garantir la qualité du montage en surface (SMT). Après le recuit, le circuit imprimé flexible doit être intégré dès que possible à la production SMT et stocké correctement dans une boîte étanche à l’humidité afin d’éviter toute absorption secondaire d’humidité.

Dispositif de fixation pour véhicule

La conception du support de fixation est l'aspect le plus fondamental, mais aussi le plus souvent négligé, de la fabrication par technologie de montage en surface (SMT) des circuits imprimés flexibles (FPC). Les FPC sont intrinsèquement flexibles et ne peuvent pas être placés directement sur une bande de soudure par refusion ou sur des pistes ordinaires comme les circuits imprimés rigides ; des supports spécialisés sont donc indispensables pour assurer un maintien rigide. Les solutions de montage couramment utilisées comprennent les supports magnétiques, les supports adhésifs en silicone et les supports à aspiration. Au cours de la phase de conception, les ingénieurs doivent prévoir un nombre suffisant de repères optiques et de trous de positionnement pour le circuit imprimé flexible. En règle générale, quatre repères optiques SMT de 1 mm de diamètre sont nécessaires, le centre de chaque repère étant situé à 3,85 mm du bord de la carte, dont l’un décalé de 5 mm afin d’éviter toute erreur d’identification. Le placement des trous de positionnement est tout aussi important ; quatre trous de positionnement de 2 mm de diamètre sont généralement ajoutés le long du bord de traitement, dont un décalé de 5 mm pour éviter les erreurs. Ces repères de positionnement constituent la base de l’alignement visuel par la machine de placement ; une conception inadéquate entraînera directement un désalignement de l’impression de la pâte à souder et un écart dans le placement des composants. La conception du support doit également inclure un jeu de compensation de la dilatation thermique afin de garantir que le circuit imprimé flexible (FPC) ne se déplace pas en raison de la dilatation et de la contraction thermiques pendant le placement et la refusion.

Conception d'une plaque de renfort

La conception des plaques de renfort constitue l’aspect le plus problématique de la technologie de montage en surface (SMT) des circuits imprimés flexibles (FPC). Les plaques de renfort sont utilisées pour renforcer les zones nécessitant une rigidité localisée, telles que les connecteurs et les “ doigts d’or ”. Cependant, une conception inadéquate des renforts peut avoir des conséquences désastreuses pour le montage en surface. Le principe fondamental est le suivant : les renforts doivent idéalement être placés au dos des pastilles de montage en surface, et il faut éviter de les placer du côté des composants. Les plaques de renfort ayant une certaine épaisseur, elles créent un dénivelé par rapport à la surface de la carte FPC. Si le renfort est conçu du même côté que le composant monté en surface, cela entraînera une application inégale de la pâte à souder lors de son application, rendant impossible le placement correct des composants et compliquant considérablement les réparations ultérieures. Si des contraintes structurelles imposent un renfort du côté des composants, il est essentiel de s’assurer que ce renfort évite le boîtier du composant, et la commande doit clairement préciser « renfort à appliquer après le montage en surface (SMT) », tout en autorisant l’utilisation de ruban adhésif double face 3M pour la fixation. Il existe également des exigences quantitatives claires concernant l’espacement entre les renforts et les pastilles : les renforts d’une épaisseur inférieure ou égale à 0,2 mm doivent être situés à plus de 3 mm de la pastille ; les renforts d’une épaisseur comprise entre 0,25 et 0,3 mm doivent être situés à plus de 10 mm ; et les renforts d’une épaisseur comprise entre 0,3 et 0,5 mm doivent être situés à plus de 20 mm. Pour les renforts d’une épaisseur supérieure à 0,5 mm, il n’est pas recommandé de concevoir des pastilles SMT sur cette face. Il est particulièrement important de noter que les renforts ne doivent jamais être placés entre deux séries de broches de puce, sous peine de provoquer un flottement du composant après le soudage. Pour les renforts en PI dans la zone des doigts d'or, l'ordre de placement des renforts doit être respecté : d'abord les renforts, puis les composants CMS.

Conception et agencement du renfort

Matériaux de renforcement et choix	Le FPC est en soi trop souple pour être directement intégré à la chaîne de production SMT. Un renfort rigide (tel qu’une tôle d’acier, du FR4 ou du PI) doit être prévu au dos de la zone de placement.
Le renfort évite les pastilles de soudure	Les bords des éléments de renfort, tels que les tôles d'acier, doivent se trouver à une distance d'au moins 0,3 mm des pastilles de soudure ; dans le cas contraire, les tôles d'acier risquent de se soulever lors du placement, ou la dilatation thermique lors du soudage par refusion pourrait entraîner des joints de soudure de mauvaise qualité.
Espacement et épaisseur des armatures	Lors de l'assemblage de plusieurs panneaux, l'écart entre les plaques de renfort en acier doit être ≥ 3 mm afin d'éviter toute interférence lors de la séparation des panneaux ; le matériau de renfort, l'épaisseur et le type d'adhésif (tel que le ruban adhésif double face 3M) doivent être clairement indiqués dans le dossier de conception.

Conception des pastilles et des circuits

La conception des pastilles et des pistes détermine directement le taux de réussite de la technologie de montage en surface (SMT) ainsi que la fiabilité à long terme des joints de soudure. Les circuits imprimés flexibles (FPC) utilisent un film de protection comme couche de masque de soudure, ce qui diffère fondamentalement du masque de soudure vert utilisé sur les circuits imprimés rigides. Le film de protection devant être ouvert avant le laminage, un espace d’au moins 0,2 mm doit être maintenu entre les pastilles et les pistes. Lorsqu’un pont de masque de soudure doit être maintenu entre deux pastilles, l’écart entre celles-ci doit être d’au moins 0,5 mm pour garantir la formation du pont ; dans le cas contraire, une fenêtre ouverte doit être créée et les pistes exposées doivent être acceptées. Les pastilles des circuits imprimés flexibles (FPC) sont particulièrement sujettes au décollement, une faiblesse inhérente aux substrats flexibles. La conception doit privilégier les pastilles CMS, où le film de protection appuie sur le périmètre de la pastille, lui apportant un soutien et empêchant son décollement. Pour les pastilles soumises à des contraintes élevées, telles que les prises de connecteurs, une conception de type “ press-pad ” est recommandée, consistant à prolonger la pastille de manière appropriée afin que le film de recouvrement exerce une pression d’au moins 0,3 mm sur celle-ci. Les pastilles des deux côtés ne doivent pas se chevaucher autant que possible ; sinon, le substrat de 25 microns situé au milieu n’offrira pas une résistance d’adhérence suffisante. Le diamètre des pastilles BGA ne doit pas être inférieur à 0,25 mm ; s’il est trop petit, les pastilles risquent fort de se décoller. De plus, il convient d’éviter les grandes surfaces de cuivre sur les circuits imprimés flexibles (FPC), car l’air a du mal à s’échapper lors du laminage de grandes surfaces de cuivre. L’humidité présente dans l’air réagira avec la surface de cuivre sous l’effet d’une température et d’une pression élevées, ce qui nuira à l’aspect esthétique. Si cela ne peut être évité, il est recommandé de concevoir une couche de cuivre en forme de grille.

Conception de structures de pastilles et de pistes

Évitez les patins isolés.	Le substrat isolant intercouche (PI) des circuits imprimés flexibles (FPC) étant relativement fin, les pastilles individuelles se décollent facilement lorsqu'elles sont soumises à la chaleur ou à des contraintes. Lors de la conception, il convient de maximiser la couverture en cuivre et d'ajouter des lignes de connexion autour de chaque pastille afin de la fixer à la surface en cuivre. De plus, les pastilles situées sur les faces avant et arrière doivent être décalées les unes par rapport aux autres.
Renfort du plot de connexion	Les connecteurs des circuits imprimés flexibles (tels que les prises FPC et les réceptacles FFC) nécessitent des forces d'insertion et d'extraction élevées, et les pastilles de soudure risquent fort de se détacher. Il est donc nécessaire d'opter pour une conception avec pastille de pression ou d'ajouter des renforts en forme de goutte.
Grande surface en cuivre et grille	Les grandes surfaces en cuivre massif sont sujettes à la présence de résidus d'air lors du processus de laminage, ce qui peut entraîner la formation de bulles ou une oxydation à haute température. Pour les grandes surfaces en cuivre, il est recommandé de les concevoir sous forme de feuilles de cuivre disposées en grille à 45° ou d'y intégrer des ouvertures (fenêtres) appropriées.
Pont de masque de soudure	L'espacement entre les pastilles de soudure doit garantir que la largeur du pont du masque de soudure soit ≥ 0,5 mm ; dans le cas contraire, un pont de soudure (court-circuit) risque de se produire pendant la production.

Conception des panneaux et spécifications du procédé

La conception des panneaux et les spécifications relatives aux bords de traitement revêtent une importance tout aussi grande. La panelisation des circuits imprimés flexibles (FPC) ne prend pas en charge les procédés de découpe en V (V-CUT) ni de perçage ; elle ne peut utiliser que des ponts de connexion pour la séparation des panneaux. La longueur recommandée pour les ponts de connexion est généralement comprise entre 0,7 et 1,0 mm. Dans les zones renforcées par de l’acier, les ponts de connexion devraient idéalement mesurer 1 mm, et leur nombre devrait être augmenté de manière appropriée afin d’éviter que le poids excessif des tôles d’acier ne provoque une déformation par dilatation et contraction du FPC, ce qui affecterait le montage en surface (SMT) ultérieur. L'espacement entre les cartes est habituellement de 2 mm, mais dans les zones comportant une armature en acier, cet espacement doit être porté à 3 mm. Une largeur de 5 mm doit être laissée autour du bord de traitement, et les trous de positionnement ainsi que les repères optiques doivent être placés sur ce bord. La taille maximale d’un panneau est généralement limitée à 250 mm × 500 mm, et la taille minimale est de 70 mm × 70 mm. Pour les cartes devant être remplacées, un point optique de carte défectueuse doit être ajouté à côté de chaque petite carte. Lorsqu’un petit circuit imprimé est mis au rebut pendant la production, le fabricant noircit le repère optique correspondant, et la machine de placement de composants ignore automatiquement ce circuit imprimé, ce qui permet de réaliser des économies.

Conception des panneaux et des trous de positionnement

Point de repère optique (FIDUCIAL)	Au moins trois points de repère photolithographiques (généralement des points en cuivre nu ou en or par immersion d'un diamètre compris entre 1,0 et 1,5 mm) doivent être prévus sur l'ensemble de la carte FPC et sur la diagonale du panneau afin de permettre la reconnaissance optique de l'alignement par les machines de placement SMT.
Traitement des arêtes et des points de connexion (onglet)	Les bords des circuits imprimés flexibles (FPC) doivent être conçus avec des marges de fabrication. Il est recommandé de prévoir au moins deux points de connexion (zones de rupture) de chaque côté entre un FPC et la marge de fabrication ou le panneau. La largeur des points de connexion est généralement d’environ 0,8 mm. Un nombre insuffisant de points de connexion peut facilement entraîner la chute du circuit imprimé pendant le transport, tandis qu’un nombre trop élevé rendra difficile la séparation des circuits imprimés.
Assemblage de cartes de petite taille	Pour les circuits imprimés flexibles (FPC) de très petite taille, inférieurs à 20 × 20 mm, la mise en panneau est obligatoire pour la livraison, afin d’éviter qu’ils ne soient emportés par le vent ou aspirés lors du fonctionnement de la machine de placement ou du dépoussiérage au laser.

L'utilisation de « Via-in-Pad » est strictement interdite.

Les cartes flexibles FPC ne peuvent pas comporter de vias remplis de résine. Si des vias sont percés sur les pastilles (vias traversants), la pâte à souder s'infiltrera dans les vias lors de l'impression de la pâte à souder SMT et du brasage par refusion, ce qui entraînera directement un manque de soudure, des joints de soudure ouverts ou des courts-circuits. Les vias doivent se trouver à au moins 0,2 mm des ouvertures du masque de soudure.

Prise en compte de la dilatation et de la contraction thermiques et prise en compte des déformations

Le coefficient de dilatation thermique des matériaux des circuits imprimés flexibles (FPC) à la température élevée du soudage par refusion diffère de celui des circuits imprimés rigides classiques. Lors de la conception, il convient de prévoir des mesures de gestion des contraintes au niveau des pistes situées autour des boîtiers QFP à pas fin, des boîtiers BGA ou des connecteurs de grande taille, afin d'éviter la fissuration des joints de soudure due à la déformation thermique.

Fournisseur professionnel de solutions de montage en surface pour circuits imprimés flexibles (FPC)

Dans le domaine de la fabrication de circuits imprimés flexibles (FPC) et de la technologie de montage en surface (SMT), Geyuan Electronics, forte de nombreuses années d’expertise technique et d’expérience dans le secteur, propose à ses clients un service clé en main, allant du conseil en conception initiale à la fabrication des FPC, en passant par la fabrication des pochoirs, le soudage SMT, l’inspection et la retouche. L’entreprise dispose d’un parc complet d’équipements professionnels, comprenant notamment des machines SMT de haute précision, des fours de refusion sans plomb et des équipements d’inspection AOI/rayons X, et s’appuie sur une équipe technique expérimentée. Nous contrôlons rigoureusement chaque étape du processus : du prétraitement des circuits imprimés flexibles au placement des composants, de l’optimisation du profil de température à la retouche des produits défectueux, en privilégiant toujours “ la précision, l’efficacité et la fiabilité ” afin de répondre aux besoins en SMT pour circuits imprimés flexibles (FPC) de divers secteurs tels que l’électronique grand public, l’électronique automobile et les dispositifs médicaux. Geyuan Electronics adopte une approche centrée sur le client, en personnalisant les solutions SMT en fonction des différentes spécifications des circuits imprimés flexibles (FPC) et des composants, garantissant un rendement stable supérieur à 99,51 %, offrant ainsi à ses clients des services SMT de haute qualité et rentables, et les aidant à passer rapidement à la production en série de leurs produits. Si vous avez besoin d’une fabrication sur mesure de grandes quantités de circuits imprimés flexibles (FPC), n’hésitez pas à nous contacter pour obtenir de l’aide.

Résumer

La technologie de montage en surface (SMT) des circuits imprimés flexibles (FPC) est un procédé couramment utilisé dans la fabrication électronique ; elle joue un rôle crucial dans la connexion des composants électroniques et la mise en œuvre des fonctions des circuits. Une bonne connaissance des méthodes et des processus de montage en surface des FPC aide les fabricants à mieux comprendre et maîtriser le processus de fabrication, ce qui permet d’améliorer la qualité et la fiabilité des produits. Plus important encore, pour obtenir des FPC de haute qualité, les problèmes potentiels affectant le FPC doivent être pris en compte dès la phase de conception. Cet article résume les problèmes rencontrés dans nos projets quotidiens et explique comment les éviter lors du développement final du montage en surface. Si vous recherchez un fabricant professionnel pour la production en série de produits FPC sur mesure, n’hésitez pas à nous contacter pour bénéficier de nos services.