Substraatvoorbehandeling: Zorgt voor een sterkere hechting tussen koperfolie en substraat
Terwijl het substraat en de koperfolie van gewone stijve PCB's stevig aan elkaar hechten, heeft het PI-substraat van FPC's een glad oppervlak, waardoor een speciale behandeling nodig is om een stevige hechting van de koperfolie te garanderen. Tijdens de voorbehandeling worden kleine putjes in de PI-film geëtst met behulp van een chemische oplossing (zoals natriumhydroxide), gevolgd door een hechtingspromotor (vergelijkbaar met "lijm") en ten slotte heet persen om de koperfolie aan het substraat te hechten. Uit experimenten in een FPC-fabriek blijkt dat de hechting van voorbehandelde koperfolie 0,8 N/mm kan bereiken, tweemaal zo hoog als die van onbehandelde folie, waardoor deze minder snel loslaat tijdens het buigen.
Nauwkeurige controle van de temperatuur en tijd van de voorbehandeling is cruciaal. Een te hoge temperatuur (boven 120 graden) kan vervorming van het PI-substraat veroorzaken, terwijl een onvoldoende temperatuur tot slechte behandelingsprestaties leidt. Een productielijn stabiliseerde de voorbehandelingstemperatuur gedurende 3 minuten op 100 ± 2 graden, waardoor de consistentie van de hechting van koperfolie werd verbeterd tot meer dan 95%.
Circuitfabricage: circuits etsen op een "elastische film"
De fabricage van circuits voor FPC's is vergelijkbaar met die van stijve PCB's, waarbij fotolithografie en etsen betrokken zijn, maar het is een grotere uitdaging. Omdat het PI-substraat uitzet en samentrekt door hitte, is tijdens de belichting vacuümadsorptie nodig om het substraat vlak te fixeren en circuitvervorming te voorkomen. Een FPC met hoge-dichtheid (0,1 mm lijnafstand) met behulp van een zeer-precieze belichtingsmachine met een vacuümadsorptieplatform zorgde voor controle van de lijnafwijking binnen ±10 μm, een verbetering van 60% ten opzichte van de ±25 μm van gewone belichtingsmachines.
Tijdens het etsen wordt een zure oplossing (zoals ijzerchloride) gebruikt om overtollig koperfolie te verwijderen, waarbij de benodigde lijnen behouden blijven. De etssnelheid voor FPC's is 30% langzamer dan voor stijve PCB's, omdat te snel etsen bramen aan de lijnranden kan veroorzaken. Een bepaalde FPC heeft een regelafstand van 0,08 mm. Door de etssnelheid te verlagen (van 1 m/min naar 0,7 m/min), werd de ruwheid van de lijnrand teruggebracht van 5 μm naar 2 μm, waardoor kortsluiting tussen aangrenzende lijnen werd voorkomen.
Lamineren van omslagfilm: de lijnen een "beschermend pak" geven
Het lamineren van omslagfilms is een kritisch proces dat uniek is voor FPC's. Eerst wordt een laag thermohardende lijm op de afdekfolie aangebracht. Vervolgens wordt de afdekfilm uitgelijnd met de lijnen door positioneringsgaten en ten slotte wordt deze samengeperst met behulp van een hete pers (temperatuur 160 graden, druk 0,5 MPa, tijd 30 seconden). Bij het lamineren moeten luchtbellen worden vermeden, anders worden de lijnen vochtig en oxideren ze. Eén FPC-fabrikant maakt gebruik van een 'stapsgewijze laminering'-methode: eerst wordt bij lage{9}}temperatuur voor-persen (100 graden) lucht verwijderd, waarna lamineren bij hoge-temperatuur de belsnelheid verlaagt van 5% naar 0,5%.
De dikte van de afdekfolie is erg belangrijk. Dunne afdekfilms (25μm) bieden een betere flexibiliteit maar iets minder bescherming; dikkere afdekfilms (50 μm) bieden sterke bescherming, maar verhogen de spanning bij buigen. Smartwatch FPC's gebruiken doorgaans 35 μm dikke afdekfilms om een evenwicht te vinden tussen flexibiliteit en bescherming.
Ponsen en vormen: snijden in de gewenste vorm
FPC's moeten in specifieke vormen worden gesneden, afhankelijk van de structuur van het apparaat, meestal met behulp van stansen of lasersnijden. Stansen is geschikt voor massaproductie met een nauwkeurigheid van ±0,1 mm. Stansen wordt bijvoorbeeld gebruikt voor de massaproductie van FPC's voor mobiele telefoons, waarbij een efficiëntie van 50 stuks per minuut wordt bereikt. Lasersnijden is geschikt voor kleine batches of complexe vormen, met een nauwkeurigheid van ±0,05 mm. Onregelmatig gevormde FPC's voor medische apparaten worden bijvoorbeeld laser-gesneden zodat ze perfect passen bij de gebogen structuur van het apparaat.
De snijranden moeten glad en braamvrij zijn; anders zal het buigen de afdekfolie scheuren. De lasersnijparameters van een bepaalde FPC werden geoptimaliseerd (vermogen 10 W, snelheid 50 mm/s), wat resulteerde in een randruwheid Ra van minder dan of gelijk aan 1 μm, een verbetering van 67% ten opzichte van de niet-geoptimaliseerde 3 μm.
Oppervlaktebehandeling: Zowel soldeerbaarheid als oxidatieweerstand zijn vereist.
FPC-soldeerverbindingen vereisen oppervlaktebehandeling, gewoonlijk onderdompeling van goud en vertinnen. Immersiegoudlagen zijn dun (0,05-0,1 μm), hebben geen invloed op de flexibiliteit en zijn geschikt voor soldeerverbindingen met fijne- steek (bijvoorbeeld chips met een steek van 0,3 mm). Vertinnenlagen zijn iets dikker (1-3 μm), goedkoper, maar kunnen bij het buigen tinnen snorharen (fijne tinkristallen) produceren. De baktemperatuur na het vertinnen (125 graden, 2 uur) moet worden gecontroleerd om de groei van de tinwhisker te onderdrukken. Een bepaalde FPC-sensor voor auto's werd vertind en na het bakken werd de lengte van de tinwhisker gecontroleerd tot minder dan 5 μm, wat voldeed aan de elektronische veiligheidsnormen voor auto's.
Versterkingsproces: een stijve plaat toevoegen aan kritieke gebieden
Hoewel FPC flexibel is, vereisen de gebieden waar componenten worden gesoldeerd een zekere mate van stijfheid; anders zal er tijdens het solderen vervorming optreden. Daarom wordt een verstevigingsplaat (materialen kunnen PI, staalplaat of epoxyharsplaat zijn), 0,1-0,5 mm dik, met behulp van lijm aan de achterkant van de FPC bevestigd. De positionele afwijking van de verstevigingsplaat mag niet groter zijn dan ±0,1 mm, anders worden de soldeerverbindingen geblokkeerd. In één slimme armband steeg het soldeerrendement na het bevestigen van een 0,3 mm dikke PI-versterkingsplaat op de soldeerverbindingen van de batterij van 90% naar 99%.