PCB flexible

Ha donat lloc directament a formes de productes innovadores com ara telèfons mòbils amb pantalla plegable i dispositius portàtils, i s'ha convertit en una pedra angular indispensable per al desenvolupament d'alta gamma de camps com l'electrònica de l'automoció, els equips mèdics i l'aeroespacial. Les PCB flexibles han transformat profundament els conceptes de disseny i el panorama industrial dels productes electrònics dotant-los de capacitats de "flexibilitat" i "deformabilitat".

La placa de circuit imprès flexible, el nom complet de la qual és placa de circuit imprès flexible, es coneix comunament com a "placa suau".
Us ho podeu imaginar com una mena de "circuit electrònic flexible" o "tela de circuit". És un "parent" de la placa base d'ordinador verda i dura comuna (PCB rígida) que veiem sovint, però el material del nucli és completament diferent.

Característiques principals (Què és)
▶ El material és tou: el seu substrat no és fibra de vidre dura sinó una pel·lícula de plàstic flexible com la poliimida, que és resistent a la calor i es pot doblegar repetidament.
▶ Flexible i plegable: aquesta és la seva característica més destacada. Es pot doblegar, enrotllar i plegar en tres dimensions per adaptar-se a diversos espais estrets o irregulars.
▶ Prim i lleuger: Molt més prim i lleuger que les PCB rígides.

Usos principals (què fer-ne)
▶ Com que es pot doblegar i estirar, s'utilitza en tots els llocs que requereixen estalvi d'espai, moviment o lleugeresa i primesa:
▶ Telèfons intel·ligents/telèfons plegables: Les aplicacions més clàssiques. Els "cables plans" que connecten la pantalla, la càmera, els botons i la bateria d'un telèfon mòbil són majoritàriament PCB flexibles. La part de la frontissa d'un telèfon plegable requereix una PCB flexible d'alta gamma que pugui suportar centenars de milers de doblecs.
▶ Els dispositius portàtils, com ara rellotges intel·ligents, polseres i pegats de salut, s'han d'adaptar a les corbes del cos humà.
▶ Ordinador portàtil: l'"enllaç" que connecta la placa base i la pantalla.
▶ Electrònica d'automoció: fars LED, pantalles de control central, diversos sensors, cablejat complex i espai compacte.
▶ Els equips mèdics de precisió, com ara les càpsules d'endoscopis i els marcapassos, tenen uns requisits d'espai i fiabilitat extremadament elevats.
▶ Aeroespacial: Els "tendons i els ossos" dels satèl·lits i els avions, capaços de reduir el pes i adaptar-se a dissenys de cabina complexos.

La placa de circuit imprès flexible (PCB) s'utilitza àmpliament en electrònica de consum, electrònica d'automòbils, equips mèdics i altres camps a causa de les seves característiques de ser flexible, prima i lleugera, i resistent a la flexió. El seu disseny ha de tenir en compte les característiques dels substrats flexibles, la fiabilitat mecànica i el rendiment elèctric. Els punts bàsics de disseny es poden descompondre en les dimensions principals següents.

①. Selecció del material base i l'estructura
▶ Selecció de substrat
• Material base del nucli: material base de PI (poliimida) d'ús comú (resistència a la temperatura de -200 ℃ a 260 ℃, excel·lent resistència a la flexió), complementat amb PET (baix cost, baixa resistència a la temperatura, només adequat per a escenaris de baixos requisits); Per a la pel·lícula de recobriment, es prefereix el material PI, ja que ha de coincidir amb les característiques de flexió del material base.
• Ajust del gruix: El gruix del substrat flexible (com ara 25 μm, 50 μm PI) s'ha de combinar amb el radi de flexió i els requisits de càrrega. Si és massa gruixut, és propens a esquerdar-se; si és massa prim, és propens a deformar-se. Es prefereix el coure electrolític (amb bona ductilitat) per a la làmina de coure. El gruix recomanat és de 12 μm o 18 μm. S'ha d'evitar el coure gruixut (≥35 μm), ja que pot augmentar la tensió de flexió.
▶ Disseny estructural
• Plaques flexibles d'una/doble/multicapa: les capes simples són adequades per a un cablejat senzill, mentre que les multicapes requereixen una capa d'unió addicional (com ara un adhesiu acrílic), però la capa d'unió reduirà la vida útil de la flexió. Per a escenaris d'alta freqüència/alta flexió, es prefereixen les plaques flexibles sense cola (Rigid-Flex).
• Transició entre la zona rígida i la zona flexible: La unió entre la zona rígida (substrat FR-4) i la zona flexible de la placa rígida-flexible ha d'estar bisellada (≥0,3 mm) per evitar esquerdes causades per la concentració d'esforços.

②. Disseny de cablejat i maquetació
▶Regles d'encaminament
• Amplada de línia i espaiat de línia: l'amplada de línia a la zona flexible és ≥0,1 mm i l'espaiat de línia és ≥0,1 mm (les línies fines poden arribar als 0,05 mm, però el rendiment disminueix). Per a traces d'alt corrent, l'amplada s'ha d'eixamplar (per exemple, per a un corrent d'1 A, l'amplada de línia ha de ser ≥0,3 mm i el gruix del coure de 18 μm) per evitar l'escalfament.
• Forma de fresat: El fresat en angle recte/angle agut està prohibit (ja que és propens a tensions). Totes les connexions han d'utilitzar transicions d'arc circular (radi de filete ≥0,1 mm). El cablejat a la zona de flexió ha de ser el més paral·lel possible a la direcció de flexió per evitar el cablejat vertical (el cablejat vertical és propens a trencar-se).
Eviteu la connexió en un sol punt: el cablejat a la zona de corba no s'ha de fixar en un sol punt. Es pot afegir cablejat auxiliar o col·locar coure per millorar la resistència mecànica.
▶Optimització del disseny
• Manteniu els components allunyats de la zona de flexió: No es permet muntar components a la zona flexible. Els components s'han de col·locar a la zona rígida i com a mínim a 1 mm de distància de la vora de la zona flexible per evitar que les unions de soldadura s'estirin durant la flexió.
• Disposició simètrica: El cablejat de les plaques flexibles multicapa s'ha de distribuir simètricament per reduir la diferència de tensions entre les capes durant la flexió.

③. Disseny de flexió i fiabilitat
▶Control del radi de flexió
• Radi mínim de flexió: Ha de complir el requisit de "radi de flexió ≥5 vegades el gruix total de la placa flexible" (per exemple, si el gruix total és de 0,1 mm, el radi de flexió ≥0,5 mm). Per a escenes de flexió dinàmica (flexió repetida), cal augmentar el radi a 10 vegades el gruix total.
• Temps de flexió: La vida útil dinàmica de flexió d'una placa flexible comuna és d'aproximadament 100.000 vegades. Per a escenaris d'alta fiabilitat, s'han de seleccionar materials base resistents a la flexió (com ara PI modificat) i s'ha de reduir el nombre de capes a la zona de flexió.
▶Alleujament de l'estrès
• Disseny de col·locació de coure: Es poden col·locar làmines de coure en forma de quadrícula (en lloc de coure sòlid) a la zona de plegat per reduir l'estirament/compressió de la làmina de coure durant el plegat. Les vores de la làmina de coure estan bisellades per evitar deformacions.
• Nerves de reforç: En zones propenses a desgast o a tensions elevades, es poden afegir nervadures de reforç de poliimida (de 25 a 50 μm de gruix) o bé es pot engrossir localment la pel·lícula de recobriment.

④. Disseny de la posició del coixinet i del forat
▶Especificació del coixinet
• No hi ha coixinets a la zona flexible: els coixinets només estan disposats a la zona rígida. Si cal soldadura a la zona flexible (com ara connectors), cal afegir una placa de reforç rígida (FR-4 o acer inoxidable). La mida de la placa de reforç ha de cobrir la part exterior del coixinet en ≥0,5 mm.
• Forma del coixinet: Coixinets rectangulars amb cantonades arrodonides (radi ≥0,1 mm) per evitar esquerdes a les vores del coixinet. La mida del coixinet de muntatge superficial (SMD) ha de coincidir amb els pins dels components, amb una separació de soldadura de 0,05 a 0,1 mm reservada.
▶ Disseny de la posició del forat
• Forats passants: Els forats passants estan prohibits a la zona flexible i s'han de col·locar a la zona rígida. El diàmetre del forat de les vies metal·litzades no ha de ser inferior a 0,2 mm i el gruix del recobriment de coure a les parets del forat no ha de ser inferior a 8 μm per evitar que les vies es trenquin.
• Forats de posicionament: Els forats de posicionament s'han de mantenir allunyats de la zona de flexió, amb una tolerància de diàmetre del forat de ±0,05 mm. Les vores dels forats han d'estar bisellades per evitar que la zona flexible es ratlli durant el muntatge.

5. Compatibilitat de fabricació i procés
▶ Disseny de pel·lícules de cobertura
• La pel·lícula de recobriment (la capa aïllant que protegeix el substrat flexible) ha de cobrir completament les traces de la zona flexible. La distància entre la vora de la finestra de la pel·lícula de recobriment (punts de prova/coixinets exposats) i les traces ha de ser ≥0,1 mm per evitar el coure exposat.
• Laminació de la pel·lícula de recobriment: No ha de tenir bombolles ni arrugues. El gruix recomanat de la pel·lícula de recobriment a la zona de flexió és de 25 μm. Si és massa gruixuda, la flexibilitat de flexió es reduirà.
▶ Limitacions del procés
• Procés de flexió: Per a plaques flexibles, cal flexionar en fred (a temperatura ambient). La flexió en calent està estrictament prohibida (les altes temperatures poden perjudicar el rendiment del material base). L'angle de flexió no ha de superar els 180° i s'ha de reservar un marge de rebot.
• Tractament superficial: Per a la superfície de la zona flexible, es prefereix el recobriment OSP (màscara de soldadura orgànica) o el recobriment de níquel-or. Cal evitar la polvorització d'estany (la polvorització d'estany a alta temperatura reduirà la flexibilitat del substrat).

6. Suplement de rendiment elèctric
• Control d'impedància: Per a plaques flexibles d'alta freqüència (com ara escenaris 5G i RF), cal un càlcul d'impedància (com ara una impedància diferencial de 50 Ω i 100 Ω). Això es pot aconseguir ajustant l'amplada de la línia, l'espaiat entre línies i la constant dielèctrica del substrat. La desviació d'impedància a la zona de flexió s'ha de controlar amb un marge de ±10%.
• Disseny de connexió a terra: La placa flexible s'ha de dissenyar amb una capa de connexió a terra completa (o cablejat de connexió a terra) per reduir les interferències electromagnètiques. La capa de connexió a terra ha de ser el més contínua possible i evitar la desconnexió a la zona de flexió.

※ Resum bàsic
El nucli del disseny de PCB flexible rau en "l'adaptació a les característiques de flexió, la distribució de l'estrès i la garantia d'una doble fiabilitat dels aspectes elèctrics i mecànics". Prioritza seguir els principis bàsics de "traces amples, transicions d'arc, col·locació de components lluny de la zona de flexió i coincidència del radi de flexió", alhora que ajusta la selecció del substrat i l'estructura en combinació amb els escenaris d'aplicació (flexió estàtica/dinàmica, alta freqüència/corrent elevat).

El procés de fabricació de PCB flexibles és un dels camps més delicats i complexos de la fabricació electrònica. La principal dificultat rau en el treball amb materials extremadament prims, tous, deformables i susceptibles al medi ambient. La figura següent resumeix clarament el flux del procés principal i els punts clau de control a cada enllaç:
A continuació, proporcionarem una interpretació detallada dels detalls del procés i els punts de control de cada enllaç:

I. Explicació detallada del flux del procés de fabricació principal
▶ Fase u: Formació del circuit de la capa interna
• Tall i neteja: Talleu el substrat PI en forma de rotlle i la làmina de coure. S'ha de dur a terme en un ambient de temperatura i humitat constants. Després de tallar, netegeu immediatament per eliminar les taques d'oli i les partícules.
• Aplicació de pel·lícula seca/recobriment de fotoresina: apliqueu una sola capa de resina fotosensible (pel·lícula seca) sobre la làmina de coure.
• Exposició i revelat: En exposar la pel·lícula amb un patró de línies a la llum ultraviolada i després revelar-la, es protegeix el patró de línies requerit i la resina no exposada s'esbandeix.
• Gravat: utilitzeu solucions químiques (com ara clorur de coure àcid) per gravar el coure no protegit i formar circuits de coure fins. Aquí, els requisits de control del factor de gravat (grau de gravat lateral) són extremadament alts per garantir la precisió de les línies fines.
• Eliminació i neteja de la pel·lícula: Traieu la capa resistent que protegeix el circuit per obtenir el patró del circuit interior exposat.

▶ Fase dos: Laminació del recobriment
• Tractament superficial: Es realitza un microgravat o tractament químic al circuit de coure per millorar l'adhesió amb la capa de recobriment.
• Alineació i laminació del recobriment: aquesta és la dificultat clau. Alineeu la pel·lícula de recobriment PI (amb una obertura per exposar el pad de soldadura) o la tinta de recobriment fotosensible líquida amb el circuit interior mitjançant un sistema d'alineació òptica precís i, a continuació, realitzeu el curat per premsat en calent. És essencial assegurar-se que no hi hagi bombolles, ni arrugues i que l'alineació sigui precisa.

▶ Fase tres: Perforació i metal·lització de forats
• Perforació: A causa de la suavitat del material, s'ha d'utilitzar un equip de perforació amb alta velocitat de rotació i baixa velocitat d'avanç, juntament amb cobertes i coixinets especialment dissenyats, per evitar rebaves a l'obertura del forat, caps de claus o esquinçaments de material.
• Pretractament de les parets del forat i recobriment de coure electrolític: Les parets del forat dels materials flexibles són llises i no propenses a l'adhesió. Primer, s'ha de treure la brutícia de perforació i activar-la amb una solució de plasma o permanganat de potassi, i després s'ha de dipositar una capa fina de coure químic a la paret del forat per proporcionar un substrat conductor per al posterior recobriment electrolític.

▶ Fase quatre: Circuit exterior i processament final
• Transferència del patró de la capa exterior: De manera similar a la capa interior, mitjançant passos com l'aplicació de la pel·lícula, l'exposició, el revelat, la galvanització del patró, l'engruiximent dels forats i circuits de coure i el gravat, es formen els circuits de la capa exterior i les connexions de forats passants.
• Màscara de soldadura i tractament superficial: apliqueu tinta de màscara de soldadura flexible per protegir el circuit i exposar els coixinets. Els coixinets se sotmeten a un tractament superficial, com ara níquel-or químic, OSP o or dur electrodeposat (per a dits d'or), per complir els requisits de soldadura o contacte.
• Processament de la forma: La forma final es talla mitjançant punxonadores de precisió o fresadores CNC. Els paràmetres de folgança del motlle i de la fresa s'han de controlar estrictament per evitar la delaminació i les rebaves.
• Proves elèctriques i inspecció final: Realitzar proves elèctriques de circuit obert i curtcircuit al 100% (proves de sonda volant que s'utilitzen habitualment). I dur a terme una inspecció visual estricta, mesures dimensionals i comprovacions puntuals de fiabilitat (com ara proves de flexió, proves de soldadura).

II. Quatre dimensions de control bàsiques que recorren tot el procés
▶ Control de tensió
• Objectiu: Des de l'obertura fins al bobinatge, tots els rodets transportadors i les mans mecàniques han d'aconseguir una tensió mínima o fins i tot una transmissió de tensió zero.
• El motiu és que qualsevol estirament excessiu provocarà una deformació permanent del material, una alineació inexacta dels gràfics, desviacions dimensionals i fins i tot microesquerdes.

▶ Neteja i control a prova de pols
• Objectiu: Els processos clau (exposició, laminació, recobriment) s'han de dur a terme en un entorn amb un nivell de neteja de 1.000 o superior.
• El motiu és que les petites partícules de pols que cauen sobre la pel·lícula o el material poden causar defectes com ara osques al circuit, curtcircuits o circuits oberts.

▶ Control de temperatura i humitat
• Objectiu: Mantenir una temperatura i humitat constants durant tot el taller (per exemple, 22 ± 2 °C, 50 ± 5 % HR). Tots els materials higroscòpics (PI, pel·lícules de recobriment) s'han de coure estrictament abans del seu ús.
• Motiu: Després que el material absorbeixi humitat, pot experimentar esquerdes a la placa, delaminació i bombolles durant els processos d'alta temperatura. Els canvis d'humitat també poden causar lleugeres variacions en les dimensions del material, cosa que afecta la precisió de l'alineació.

▶ Gestió de l'estrès
• Objectiu: Equilibrar la tensió de cada capa de material en el disseny i el procés.
• Mesures: Dissenyeu estructures apilades simètriques; adopteu un procés de refredament lent després de la laminació. S'ha de dur a terme una cocció per alliberar tensions quan sigui necessari. Eviteu que el tauler acabat es deformi i s'arrissi.

De cara al 2026, l'aplicació de PCB flexibles (FPCS) i plaques rígides-flexibles serà més extensa i profunda. Les principals forces impulsores del seu creixement provenen de la innovació en les formes dels equips, la demanda de millora del rendiment i l'explosió dels mercats emergents. Les següents són prediccions i tendències per a diverses àrees d'aplicació clau:

1. Electrònica de consum: el nucli de la revolució de la forma
• Dispositius de pantalla plegables/arrossegables/estirants: Les PCBS flexibles continuaran servint com a "xarxa neuronal" per a frontisses i pantalles. El 2026, les formes de telèfons plegables seran més diverses (com ara triples i enrotllables), i els requisits de fiabilitat de flexió, primesa i lleugeresa, i integritat del senyal dels FPCS assoliran nous nivells.
• Dispositius de realitat augmentada/realitat virtual: Buscant la màxima lleugeresa i ergonomia, les PCB flexibles són la clau per aconseguir un cablejat d'alta densitat i la integració de sensors en cascos prims i lleugers i ulleres intel·ligents.
• Nous dispositius portàtils i "pell electrònica": Els braçalets/rellotges intel·ligents integraran més sensors de salut (com ara el control continu de la glucosa en sang), i les PCB flexibles serviran com a suport per adaptar-se a la pell i aconseguir un ús còmode. Els "tatuatges electrònics" o pegats flexibles utilitzats per al control de la salut començaran a entrar al mercat de consum.

2. Electrònica de l'automòbil: els "vasos sanguinis" de la intel·ligència i l'electrificació
• Cabines i pantalles intel·ligents: Les pantalles d'automoció de grans dimensions, de forma irregular i ajustables en alçada (com ara les pantalles corbes d'amplada completa) utilitzaran àmpliament panells rígids-flexibles i FPCS per aconseguir un cablejat complex i una alta fiabilitat.
• Sistemes avançats d'assistència al conductor i conducció autònoma: Un nombre creixent de càmeres, radars d'ones mil·limètriques i sensors lidar al voltant de la carrosseria del vehicle requereixen FPCS lleugers que puguin adaptar-se a les corbes complexes de la carrosseria del vehicle per a la transmissió de senyals d'alta velocitat.
• Sistema de gestió de bateries: Dins de les bateries dels vehicles de nova energia, la substitució dels cablejats tradicionals per FPC s'ha convertit en una tendència clara. El 2026, la taxa de penetració d'aplicacions de FPC en BMS augmentarà significativament, ja que permetrà un control de voltatge/temperatura més precís, una major integració i una producció automatitzada.

3. Assistència mèdica i sanitària: Aprofundiment des del diagnòstic fins al tractament
• Dispositius implantables i ingeribles: Dispositius microimplantables utilitzats per a la monitorització cardíaca, l'estimulació nerviosa, etc., els requisits finals de miniaturització i biocompatibilitat dels quals han de dependre de circuits combinats flexibles/rígids-flexibles altament integrats.
• Dispositius mèdics portàtils d'alta gamma: Els pegats de monitorització contínua de signes vitals de grau hospitalari es generalitzaran més, i les PCB flexibles són el nucli per garantir la comoditat, la precisió i la connectivitat sense fil.

4. Comunicació i informàtica: la pedra angular de la millora del rendiment
• Dispositius 5G-Advanced/6G i d'ones mil·limètriques: La comunicació d'alta freqüència requereix una pèrdua de senyal extremadament baixa. Els circuits flexibles que utilitzen nous substrats com ara polímers de cristall líquid es convertiran en la solució preferida per a mòduls d'antenes d'ona mil·limètrica i connectors d'alta velocitat en telèfons mòbils i estacions base.
• Empaquetatge avançat i interconnexió de xips: En el camp dels semiconductors, la tecnologia FPC s'aplicarà més àmpliament a la interconnexió a nivell de xip, com ara la capa interposadora en encapsulats 2.5D/3D o la capa de recablejat en encapsulats en fan-out, per millorar la potència de càlcul.

5. Robots i interacció home-màquina
• Robots biònics i col·laboratius: S'integraran sensors i circuits flexibles als "dits" i a la "pell" del robot, dotant-lo d'un tacte més sensible i de capacitats d'agafada adaptatives.
• La integració d'electrònica flexible i components estructurals: El FPC s'integrarà encara més amb components estructurals per formar "electrònica estructural", és a dir, que la carcassa del producte en si forma part del circuit, aconseguint un estalvi d'espai i una integració funcional màxims.
• Resum: Tendències principals el 2026.
• Integració tecnològica: El FPC ja no és simplement un "cable de connexió", sinó que s'integra amb dispositius funcionals com ara sensors, antenes, pel·lícules de dissipació de calor i components emissors de llum, convertint-se en un "mòdul de sistema multifuncional".
• Innovació de materials: La recerca de freqüències més altes, una major resistència a la calor i un millor rendiment de flexió continuarà impulsant la popularització de substrats d'alta gamma com ara LCP i PI modificat.
• Penetració de mercat: Amb l'optimització de costos i la maduració del procés, el FPC penetrarà ràpidament des dels models de gamma alta fins a l'electrònica de consum de gamma mitjana i els models de vehicles convencionals.

※ En conclusió, el 2026, les PCBS flexibles es convertiran en una tecnologia fonamental i transformadora que definirà la forma de la propera generació de productes electrònics, millorarà el rendiment del sistema i potenciarà els escenaris intel·ligents emergents.

La placa de circuit imprès flexible (FPC) és una revolució silenciosa en la tecnologia d'interconnexió electrònica. No només és un material que fa que els dispositius electrònics siguin "més suaus" i "més prims", sinó també una tecnologia fonamental que impulsa la innovació de productes, millora el rendiment del sistema i dóna lloc a nous escenaris d'aplicació. El seu desenvolupament futur continuarà seguint la direcció de "més prim i lleuger, més fiable, amb una freqüència i velocitat més altes i una major integració", profundament integrat en cada node electrònic clau de la societat intel·ligent, i la seva importància augmentarà dia a dia.