Considerazioni importanti relative all'installazione dei circuiti stampati flessibili (FPC) durante la fase di progettazione

Circuiti stampati flessibili (FPC) sono sempre più diffusi negli smartphone, nei dispositivi indossabili, nei display per il settore automobilistico e nell’elettronica medica grazie ai loro vantaggi unici, quali flessibilità, sottigliezza e pieghevolezza. Tuttavia, il processo di montaggio superficiale (SMT) dei circuiti stampati flessibili (FPC) è di gran lunga più complesso rispetto alla tradizionale tecnologia di montaggio superficiale dei circuiti stampati rigidi (PCB). Ciò è dovuto principalmente al fatto che il substrato flessibile stesso è privo di un supporto rigido, il che lo rende altamente suscettibile a deformazioni, incurvature e spostamenti sotto l’effetto di sollecitazioni e calore. Se i requisiti specifici del processo di montaggio superficiale non vengono presi pienamente in considerazione durante la fase di progettazione, anche se il progetto del circuito è di per sé valido, durante la fase di produzione SMT possono verificarsi gravi conseguenze quali la flessione della scheda, il sollevamento dei componenti o addirittura lo scarto completo della scheda. Pertanto, comprendere gli aspetti chiave da considerare durante la fase di progettazione della tecnologia di montaggio superficiale per FPC è fondamentale per garantire la producibilità del prodotto e la qualità finale. Questo articolo riassume le soluzioni ai problemi riscontrati durante la fase di progettazione della tecnologia di montaggio superficiale per FPC, sulla base dei progetti realizzati dal team di ingegneri di Geyuan Electronics nel corso degli anni.

Che cos’è la tecnologia di montaggio superficiale (SMT) per circuiti stampati flessibili (FPC)?

I circuiti stampati flessibili (FPC) sono ampiamente utilizzati in prodotti elettronici quali telefoni cellulari, computer portatili e dispositivi indossabili intelligenti grazie al loro spessore ridotto, alla flessibilità e alla resistenza alle alte e basse temperature. La tecnologia di montaggio superficiale (SMD) su FPC è un processo che consente di saldare con precisione componenti a montaggio superficiale (SMD), quali resistori, condensatori e chip, sui pad di una scheda FPC. Si tratta di una fase cruciale nell’assemblaggio dei dispositivi elettronici, che influisce direttamente sulle prestazioni e sulla stabilità del prodotto.

Processo di produzione delle patch FPC (Fiber-Chip)

Fase di preparazione	In primo luogo, il circuito stampato flessibile (FPC) deve essere sottoposto a un controllo di qualità per garantire che sia privo di difetti e danni e che soddisfi i requisiti di lavorazione. Successivamente, vengono eseguiti i trattamenti preliminari necessari, quali la pulizia e l’asciugatura, per garantire che i componenti a montaggio superficiale possano aderire saldamente al circuito.
Preparazione dei componenti	Preparare i componenti elettronici necessari, quali resistenze, condensatori e circuiti integrati, in base alle esigenze di produzione. Verificare la qualità e le specifiche dei componenti per assicurarsi che siano conformi agli standard di produzione.
Impostazioni del programma di inserimento	Impostare il programma di posizionamento sulla macchina pick-and-place, specificando la posizione, l'angolazione e la sequenza dei componenti. Quindi calibrare la macchina pick-and-place per garantire la precisione di posizionamento.
Lavorazione SMT	La scheda FPC è fissata sul piano di lavoro della macchina pick-and-place. La macchina pick-and-place posiziona con precisione i componenti elettronici nelle posizioni designate sulla scheda FPC.
Saldatura e indurimento	Il circuito stampato (FPC) con i componenti montati viene saldato utilizzando tecniche quali la saldatura a riflusso o la saldatura ad onda. Dopo la saldatura, viene eseguito il trattamento di indurimento necessario per garantire la stabilità e l'affidabilità dei giunti di saldatura.
Controllo qualità	Le schede FPC finite vengono sottoposte a un controllo di qualità che verifica, tra l'altro, la qualità dei giunti di saldatura e la precisione di posizionamento dei componenti. Eventuali prodotti difettosi vengono prontamente riparati o scartati.
Post-elaborazione	Eseguire le operazioni di pulizia e asciugatura necessarie sulle schede FPC idonee. Effettuare i test funzionali per verificare che le schede FPC funzionino correttamente.

Perché è necessario affrontare la questione della patch FPC durante la fase di progettazione?

Il processo di montaggio superficiale (SMT) per i circuiti stampati flessibili (FPC) è un progetto ingegneristico complesso, che richiede un'attenzione meticolosa a ogni dettaglio fin dalla fase di progettazione. Il pretrattamento in forno risolve il problema dell’assorbimento di umidità intrinseco del materiale; i supporti e le maschere di posizionamento forniscono sostegno al substrato flessibile; la progettazione dei rinforzi risolve il conflitto tra rigidità localizzata e fattibilità SMT; la progettazione dei pad e dei circuiti garantisce l’affidabilità della saldatura e la durata dei giunti saldati; infine, la pannellizzazione e l’ottimizzazione del processo garantiscono l’efficienza produttiva e la resa. Queste fasi sono interconnesse e eventuali trascuratezze in una qualsiasi di esse possono degenerare in gravi problemi di qualità durante la produzione in serie. Gli ingegneri che progettano i FPC devono liberarsi dal pensiero convenzionale dei PCB rigidi, comprendere appieno le proprietà uniche dei materiali flessibili e applicare in modo coerente i principi del Design for Manufacturability (DFM). Solo in questo modo i FPC possono davvero sfruttare i vantaggi della loro flessibilità, anziché diventare una “bomba a orologeria” nello sviluppo del prodotto.

Aspetti da considerare per l'installazione dei circuiti stampati flessibili (FPC) durante la fase di progettazione

I circuiti stampati flessibili (FPC) sono soggetti a problemi quali posizionamento impreciso, stampa inadeguata della pasta saldante, formazione di bolle o distacco dei componenti durante il processo di montaggio superficiale (SMT), a causa del loro materiale morbido e facilmente deformabile. Pertanto, è fondamentale tenere pienamente in considerazione i successivi processi di montaggio e produzione già in fase di progettazione. Di seguito sono riportate alcune considerazioni chiave che non possono essere ignorate:

Pretrattamento in forno

Il pre-baking dei circuiti stampati flessibili (FPC) prima della tecnologia di montaggio superficiale (SMT) è una fase cruciale che deve essere presa in considerazione durante la fase di progettazione. Poiché i substrati dei circuiti flessibili (FPC) sono realizzati principalmente in poliimmide (PI), un materiale altamente igroscopico, se vengono introdotti direttamente nell’ambiente di saldatura a riflusso ad alta temperatura senza un’adeguata cottura, l’umidità assorbita all’interno del substrato vaporizzerà rapidamente e si espanderà alle alte temperature, causando gravi difetti quali la rottura della scheda o la formazione di bolle sui pad. Le condizioni di pre-cottura raccomandate dal settore sono in genere 120-150 °C per 2-4 ore, con la durata specifica da regolare in modo flessibile in base allo spessore dell’FPC e all’ambiente di stoccaggio. I progettisti devono essere pienamente consapevoli che la pre-cottura non è un processo facoltativo, ma piuttosto la prima linea di difesa per garantire la qualità dell’SMT. Dopo la cottura, l’FPC dovrebbe essere immesso nella produzione SMT il prima possibile e conservato correttamente in una scatola a prova di umidità per impedire un assorbimento secondario di umidità.

Dispositivo di fissaggio per veicoli

La progettazione del supporto di fissaggio è l’aspetto più fondamentale, ma spesso trascurato, della produzione con tecnologia di montaggio superficiale (SMT) dei circuiti stampati flessibili (FPC). Gli FPC sono intrinsecamente flessibili e non possono essere posizionati direttamente sul nastro di saldatura a riflusso o su normali piste come i PCB rigidi; per garantire un supporto rigido sono indispensabili supporti specializzati. Le soluzioni di montaggio attualmente più diffuse includono supporti magnetici, supporti adesivi in silicone e supporti a aspirazione sottovuoto. Durante la fase di progettazione, gli ingegneri devono prevedere un numero sufficiente di punti di riferimento ottici e fori di posizionamento per l’FPC. In genere, sono necessari quattro punti di riferimento ottici SMT del diametro di 1 mm, con il centro di ciascun punto a 3,85 mm dal bordo della scheda, uno sfalsato di 5 mm per evitare errori di identificazione. Il posizionamento dei fori di riferimento è altrettanto importante; solitamente vengono aggiunti quattro fori di riferimento del diametro di 2 mm lungo il bordo di lavorazione, uno sfalsato di 5 mm per evitare errori. Questi riferimenti costituiscono la base per l’allineamento visivo da parte della macchina di posizionamento; una progettazione inadeguata comporterà direttamente un disallineamento nella stampa della pasta saldante e una deviazione nel posizionamento dei componenti. La progettazione del supporto deve inoltre includere un gioco di compensazione dell’espansione termica per garantire che l’FPC non si sposti a causa dell’espansione e della contrazione termica durante il posizionamento e il riflusso.

Progettazione della piastra di rinforzo

La progettazione delle piastre di rinforzo rappresenta l’aspetto più problematico della tecnologia di montaggio superficiale (SMT) dei circuiti stampati flessibili (FPC). Le piastre di rinforzo vengono utilizzate per fornire supporto alle aree che richiedono rigidità localizzata, come i connettori e i “gold fingers”. Tuttavia, una progettazione inadeguata dei rinforzi può avere conseguenze disastrose per l’SMT. Il principio fondamentale è il seguente: idealmente, i rinforzi dovrebbero essere progettati sul retro dei pad di montaggio superficiale, evitando di progettarli sul lato dei componenti. Poiché le piastre di rinforzo hanno un certo spessore, creano un dislivello rispetto alla superficie della scheda FPC. Se il rinforzo viene progettato sullo stesso lato del componente a montaggio superficiale, causerà un’applicazione irregolare della pasta saldante durante la stesura, rendendo impossibile il corretto posizionamento dei componenti e creando notevoli difficoltà per eventuali riparazioni successive. Se limitazioni strutturali rendono necessario un rinforzo sul lato dei componenti, è essenziale garantire che il rinforzo eviti l’involucro del componente e l’ordine dovrebbe specificare chiaramente “rinforzo da applicare dopo l’SMT”, accettando al contempo l’uso di nastro biadesivo 3M per l’adesione. Esistono inoltre chiari requisiti quantitativi relativi alla distanza tra i rinforzi e i pad: i rinforzi con uno spessore pari o inferiore a 0,2 mm devono trovarsi a una distanza superiore a 3 mm dal pad; i rinforzi con uno spessore compreso tra 0,25 e 0,3 mm devono trovarsi a una distanza superiore a 10 mm; e i rinforzi con uno spessore compreso tra 0,3 e 0,5 mm devono trovarsi a una distanza superiore a 20 mm. Per i rinforzi di spessore superiore a 0,5 mm, non è consigliabile progettare piazzole SMT su quel lato. È particolarmente importante notare che i rinforzi non devono mai essere progettati tra due serie di pin del chip, altrimenti ciò causerà il galleggiamento del dispositivo dopo la saldatura. Per i rinforzi in PI nell’area dei gold finger, è necessario seguire l’ordine di posizionamento dei rinforzi: prima i rinforzi, poi gli SMT.

Progettazione e configurazione dell'irrigidimento

Materiali di rinforzo e loro scelta	Il circuito stampato flessibile (FPC) è di per sé troppo morbido per essere inserito direttamente nella linea di produzione SMT. È necessario prevedere un rinforzo rigido (come una lamiera d’acciaio, FR4 o PI) sul retro dell’area di posizionamento.
Il rinforzo evita i punti di saldatura	I bordi delle aree di rinforzo, come le lamine d’acciaio, devono trovarsi ad almeno 0,3 mm di distanza dai punti di saldatura; in caso contrario, le lamine d’acciaio potrebbero sollevarsi durante il posizionamento oppure l’espansione termica durante la saldatura a riflusso potrebbe causare giunti di saldatura difettosi.
Distanza tra le armature e spessore	Quando si assemblano più pannelli, la distanza tra le piastre di rinforzo in acciaio deve essere ≥ 3 mm per evitare interferenze durante la separazione dei pannelli; il materiale di rinforzo, lo spessore e il tipo di adesivo (ad esempio nastro biadesivo 3M) devono essere chiaramente indicati nel progetto.

Progettazione di circuiti stampati e schede elettroniche

La progettazione dei pad e delle piste determina direttamente il tasso di successo della tecnologia di montaggio superficiale (SMT) e l’affidabilità a lungo termine dei giunti saldati. I circuiti stampati flessibili (FPC) utilizzano una pellicola di copertura come strato di maschera di saldatura, che è fondamentalmente diversa dalla maschera di saldatura verde utilizzata sui circuiti stampati rigidi. La pellicola di copertura deve essere aperta prima della laminazione; pertanto, è necessario mantenere una distanza di almeno 0,2 mm tra i pad e le piste. Quando è necessario mantenere un ponte di maschera di saldatura tra due pad, la distanza tra i due pad deve essere di almeno 0,5 mm per garantire il ponte; in caso contrario, è necessario creare una finestra aperta e accettare le piste esposte. I pad sugli FPC sono particolarmente soggetti a distacco, una debolezza intrinseca dei substrati flessibili. Nella progettazione si dovrebbe dare priorità ai pad SMD, dove la pellicola di copertura preme sul perimetro del pad, fornendo supporto e prevenendo il distacco. Per i pad sottoposti a sollecitazioni elevate, come le prese dei connettori, si raccomanda un design “press-pad”, che estenda il pad in modo appropriato affinché la pellicola di copertura eserciti una pressione sul pad di almeno 0,3 mm. I pad su entrambi i lati non dovrebbero sovrapporsi il più possibile; in caso contrario, il substrato da 25 micron al centro non fornirà una forza di incollaggio sufficiente. Il diametro dei pad BGA non dovrebbe essere inferiore a 0,25 mm; se è troppo piccolo, i pad si staccano molto facilmente. Inoltre, sugli FPC si dovrebbero evitare ampie aree di rame, poiché è difficile che l’aria fuoriesca durante la laminazione di grandi superfici in rame. L’umidità presente nell’aria reagirà con la superficie in rame in condizioni di alta temperatura e pressione, compromettendo l’aspetto estetico. Se ciò non può essere evitato, si raccomanda di progettare uno strato di rame a griglia.

Progettazione di strutture di pad e tracciati

Evita i cuscinetti isolati.	Poiché il substrato isolante interstrato (PI) dell'FPC è relativamente sottile, i singoli pad si staccano facilmente se sottoposti a calore o sollecitazioni. In fase di progettazione, è opportuno massimizzare la copertura in rame e aggiungere linee di collegamento attorno a ciascun pad per fissarlo alla superficie in rame. Inoltre, i pad sul lato anteriore e su quello posteriore dovrebbero essere sfalsati.
Rinforzo del cuscinetto del connettore	I connettori sui circuiti flessibili (FPC) (come le prese FPC e i connettori FFC) richiedono forze di inserimento ed estrazione elevate e i punti di saldatura tendono a staccarsi molto facilmente. Pertanto, è necessario adottare un design con cuscinetti di pressione o l’aggiunta di elementi a forma di goccia.
Ampia superficie in rame e griglia	Le ampie superfici in rame massiccio sono soggette alla formazione di residui d'aria durante il processo di laminazione, il che può causare la formazione di bolle o ossidazione alle alte temperature. Per le aree in rame di grandi dimensioni, si raccomanda di progettarle come fogli di rame a griglia a 45° o di prevedere aperture adeguate (finestre).
Ponte della maschera di saldatura	La distanza tra i pad di saldatura deve garantire che il ponte della maschera di saldatura sia ≥ 0,5 mm; in caso contrario, durante la produzione potrebbero verificarsi ponti di saldatura (cortocircuiti).

Progettazione dei pannelli e specifiche di processo

La progettazione dei pannelli e le specifiche relative ai bordi di lavorazione sono ugualmente importanti. La panelizzazione degli FPC non supporta i processi V-CUT e di foratura a stampo; può utilizzare solo ponticelli di collegamento per la separazione dei pannelli. La lunghezza consigliata per i ponti di collegamento è generalmente compresa tra 0,7 e 1,0 mm. I ponti di collegamento nelle aree rinforzate con acciaio dovrebbero idealmente essere di 1 mm e il numero di ponti dovrebbe essere aumentato in modo appropriato per evitare che il peso eccessivo delle lamiere d’acciaio provochi deformazioni da espansione e contrazione dell’FPC, compromettendo il successivo montaggio SMT. La distanza tra le schede è solitamente di 2 mm, ma nelle aree con rinforzo in acciaio tale distanza deve essere aumentata a 3 mm. Intorno al bordo di lavorazione deve essere lasciata una larghezza di 5 mm, mentre i fori di posizionamento e i punti ottici devono essere collocati sul bordo di lavorazione. La dimensione massima del pannello è generalmente limitata a 250 mm × 500 mm, mentre quella minima è di 70 mm × 70 mm. Per le schede che richiedono la sostituzione, è necessario aggiungere un punto ottico indicante la scheda difettosa accanto a ciascuna scheda di piccole dimensioni. Quando una scheda di piccole dimensioni viene scartata durante la produzione, il produttore della scheda annerirà il punto ottico corrispondente e la macchina pick-and-place salterà automaticamente quella scheda, consentendo così un risparmio sui costi.

Progettazione dei pannelli e dei fori di posizionamento

Punto di riferimento ottico (FIDUCIAL)	Sull'intera scheda FPC e lungo la diagonale del pannello devono essere progettati almeno tre punti di posizionamento fotolitografici (di solito punti in rame nudo/oro a immersione con un diametro compreso tra 1,0 e 1,5 mm) per consentire il riconoscimento ottico dell'allineamento da parte delle macchine di posizionamento SMT.
Elaborazione dei bordi e dei punti di connessione (Scheda)	I bordi dei circuiti flessibili (FPC) devono essere progettati con margini di lavorazione. Si raccomanda di prevedere almeno 2 punti di connessione (punti di separazione) su ciascun lato tra un singolo FPC e il margine di lavorazione o il pannello. La larghezza dei punti di connessione è generalmente di circa 0,8 mm. Un numero insufficiente di punti di connessione può facilmente causare la caduta della scheda durante il trasporto, mentre un numero eccessivo renderà difficile la separazione delle schede.
Assemblaggio di schede di piccole dimensioni	Per gli FPC di dimensioni estremamente ridotte, inferiori a 20×20 mm, la panelizzazione deve essere obbligatoria al momento della consegna, per evitare che vengano spazzati via o aspirati durante il funzionamento della macchina di montaggio o durante la rimozione della polvere con il laser.

L'uso del "Via-in-Pad" è severamente vietato.

Le schede flessibili FPC non possono essere riempite di resina nei fori passanti. Se vengono praticati fori di collegamento sui pad (through-pad), la pasta saldante penetrerà nei fori durante la stampa della pasta saldante SMT e la saldatura a riflusso, causando direttamente una quantità insufficiente di saldante, giunti di saldatura aperti o cortocircuiti. I fori di collegamento devono trovarsi ad almeno 0,2 mm di distanza dalle aperture della maschera di saldatura.

Tenendo conto della dilatazione e della contrazione termiche e della tolleranza per la deformazione

Il coefficiente di dilatazione termica dei materiali FPC alle alte temperature della saldatura a riflusso è diverso da quello dei normali PCB rigidi. In fase di progettazione, è necessario prevedere misure di alleggerimento delle sollecitazioni sulle piste intorno ai componenti QFP a passo fine, ai BGA o ai connettori di grandi dimensioni, al fine di evitare la formazione di crepe nei giunti di saldatura dovute alla deformazione termica.

Fornitore professionale di soluzioni per il montaggio superficiale su circuiti stampati flessibili (FPC)

Nel settore della produzione di circuiti stampati flessibili (FPC) e della tecnologia di montaggio superficiale (SMT), Geyuan Electronics, forte di anni di competenza tecnica ed esperienza nel settore, offre ai clienti un servizio completo, dalla consulenza iniziale sulla progettazione alla produzione di FPC, dalla realizzazione di stencil alla saldatura SMT, fino al controllo qualità e alla rilavorazione. L'azienda dispone di una dotazione completa di attrezzature professionali, tra cui macchine SMT ad alta precisione, forni di rifusione senza piombo e apparecchiature di ispezione AOI/a raggi X, ed è supportata da un team tecnico di grande esperienza. Controlliamo rigorosamente ogni processo: dal pretrattamento dei circuiti stampati flessibili al posizionamento dei componenti, dall’ottimizzazione del profilo termico alla rilavorazione dei prodotti difettosi, dando sempre priorità a “precisione, efficienza e affidabilità” per soddisfare le esigenze SMT dei circuiti stampati flessibili (FPC) in vari settori quali l’elettronica di consumo, l’elettronica automobilistica e i dispositivi medici. Geyuan Electronics adotta un approccio incentrato sul cliente, personalizzando le soluzioni SMT in base alle diverse specifiche dei circuiti stampati flessibili (FPC) e dei componenti, garantendo una resa stabile del prodotto superiore al 99,51% e fornendo ai clienti servizi SMT di alta qualità ed economicamente vantaggiosi, aiutandoli a portare rapidamente i propri prodotti alla produzione di massa. Se avete bisogno di una produzione personalizzata di grandi quantità di FPC, contattateci per ricevere assistenza.

Riassumi

La tecnologia di montaggio superficiale (SMT) dei circuiti flessibili (FPC) è un processo comunemente utilizzato nella produzione elettronica, che svolge un ruolo cruciale nel collegamento dei componenti elettronici e nella realizzazione delle funzioni dei circuiti. La conoscenza dei metodi e dei processi di montaggio superficiale degli FPC aiuta i produttori a comprendere e padroneggiare meglio il processo di produzione, migliorando la qualità e l’affidabilità del prodotto. Ancora più importante, per ottenere FPC di alta qualità, è necessario considerare in fase di progettazione i potenziali problemi che potrebbero influire sugli FPC. Questo articolo riassume i problemi riscontrati nei nostri progetti quotidiani e illustra come evitarli durante lo sviluppo finale del montaggio superficiale. Se avete bisogno di un produttore professionale per la produzione in serie di prodotti FPC personalizzati, contattateci per richiedere i nostri servizi.