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Les circuits imprimés flexibles (PCB flexibles) peuvent être pliés pour s'adapter à des espaces étroits ou dynamiques. Ils sont constitués d'une couche de cuivre placée sur un film de substrat flexible afin de miniaturiser l'appareil. On les retrouve couramment dans les appareils photo, les smartphones et les dispositifs médicaux. Leurs propriétés de pliage offrent une grande flexibilité de conception tout en assurant la fiabilité de la transmission des signaux.
Les circuits imprimés flexibles permettent de réduire la taille et le poids des appareils, rendant les produits plus fins et plus légers, et améliorant ainsi le confort et la durabilité des dispositifs portables. Ils réduisent les câbles et connecteurs, simplifient les processus d'assemblage et augmentent l'efficacité de production. Les PCB flexibles résistent aux mouvements et contraintes, et sont largement utilisés dans les véhicules électriques, les drones, les maisons intelligentes et d'autres domaines, contribuant ainsi à l'avancement des technologies de fabrication.
Le contenu suivant couvre les principaux types, structures, avantages et inconvénients des circuits imprimés flexibles, et les compare avec les circuits imprimés rigides.
Un circuit imprimé flexible est une carte électronique fine utilisant un film flexible comme substrat, intégrant des pistes en cuivre pour la transmission de puissance et de signaux. Le substrat peut être plié, cintré ou adapté pour s'ajuster aux contraintes d'espace. circuit imprimé flexible la carte est un choix idéal lorsque les cartes rigides ne peuvent satisfaire les contraintes d'espace ou les exigences dynamiques.
Contrairement aux cartes PCB rigides, qui utilisent un substrat rigide, les cartes flexibles peuvent être pliées pour s'adapter au mouvement des appareils ou aux espaces compacts, réduire l'utilisation de connecteurs et de câbles, diminuer le poids et simplifier le montage.
Les PCB flexibles utilisent souvent de l'imide ou un film polyester comme substrat. La feuille de cuivre est collée au substrat à l'aide d'un adhésif, et le coverlay protège les pistes et préserve la capacité de flexion. Les renforts sont utilisés pour soutenir localement les composants, tandis que les coverlays améliorent l'isolation et la résistance. Le nombre de couches et l'épaisseur sont adaptés en fonction des exigences de l'application afin d'équilibrer flexibilité et durabilité. Ils ont une large gamme d'applications, telles que les caméras, les téléphones portables, les dispositifs portables, les capteurs, les scanners médicaux, les lunettes intelligentes et les drones. L'industrie automobile les utilise pour les tableaux de bord et les capteurs ; l'aérospatiale les utilise pour leur légèreté et leur flexibilité ; ils sont également adaptés aux robots possédant des parties mobiles.
Caractéristique |
Capacité |
| Substrat |
Polyimide Polyester PTFE |
| Nombre de couches | 1 à 12 couches |
| Épaisseur du substrat | 12 à 125 μm |
| Épaisseur du cuivre | 12/18/35/70 μm |
| Coverlay | PI+Adhésif~25~50 μm |
| Épaisseur de couche unique | 0,08 à 0,2 mm |
| Épaisseur multicouche | ≥0,15 mm |
| Largeur minimale de ligne | 3~5 mil (0,075~0,127 mm) |
| Distance minimale entre les lignes | 3~5 mil (0,075~0,127 mm) |
| Ouverture Mécanique Minimum | 0,15~0,2 mm |
| Ouverture Laser Minimum | 0,1 mm |
| Masque de soudure | ≥3 mil (0,075 mm) |
| Dégagement du Coverlay | ≥3 mil (0,075 mm) |
| Finition de surface | ENIG, OSP, Étain/Argent par Immersion |
| Résistance à la chaleur | 260℃/20s |
| Dk | 3,2 à 3,5 (@ 1 MHz) |
| DF | ≤0.02 |
| Flex Life | ≥ 100 000 fois |
| Tolérance dimensionnelle |
± 0,1 mm (contour) ± 10 % (épaisseur) |
| Emballage du produit fini |
Mousse Coussin d'air Sacs anti-statiques |
Les circuits imprimés flexibles existent en de nombreuses variétés et sont largement utilisés dans les composants et appareils électroniques. Voici quelques présentations spécifiques :
Les circuits en cuivre sont disposés sur une seule face du substrat. Le film de polyimide transporte le signal, et le film de protection offre une isolation et permet d'identifier les zones de pliage. La structure est ultra-mince et peu coûteuse, adaptée aux circuits basiques. Les applications typiques incluent le câblage des capteurs, les bandes lumineuses à LED, et les connexions de signaux élémentaires. Généralement, un pliage unique ou une configuration droite est requis afin de réduire l'encombrement du câblage et le poids. Fabrication simple, adaptée à la production en petites séries. L'inconvénient est que la capacité de câblage est limitée, un câblage complexe nécessite des ponts ou des fils externes, le routage en monocouche doit éviter les croisements, et la plaque de renforcement augmente l'épaisseur.
Les circuits en cuivre sont disposés sur les deux faces du substrat, et l'interconnexion entre couches est réalisée par des trous métallisés ou des microvia. La densité d'interconnexion est plus élevée pour une taille identique, et les deux faces sont protégées par un film recouvrant. Cela permet de conserver un faible poids et une épaisseur réduite, adaptés à la gestion de signaux de complexité moyenne. Les applications typiques incluent les scanners de codes-barres, les câblages de caméras et les panneaux d'éclairage LED par arrière-plan. L'avantage réside dans la séparation des lignes d'alimentation et des lignes de signal, offrant une plus grande flexibilité de câblage. L'inconvénient est que le procédé de fabrication (perçage, électrolyse) est plus complexe, entraînant un coût supérieur à celui des cartes unilatérales. Le point clé de conception est d'éviter de placer des trous métallisés dans les zones de pliage ; il convient de suivre les règles de conception des zones pliables fournies par le fabricant (telles que largeur et espacement des pistes) afin d'assurer une fiabilité à long terme.
Contient trois couches de conducteurs en cuivre ou plus, séparées par des couches d'isolation flexibles. La couche intérieure peut être configurée avec une couche d'alimentation et une couche de masse afin de réduire le bruit. L'interconnexion par trous aveugles ou enterrés permet d'économiser de l'espace. Protection globale par film recouvrant. Adapté aux circuits haute vitesse, modules RF et connexions de modules de caméra miniature. L'avantage est que l'alimentation, la masse et les signaux sont intégrés dans une structure mince, offrant une bonne intégrité du signal et une forte résistance à l'EMI. L'inconvénient est un coût de fabrication élevé et un procédé complexe. Le point clé de la conception est que le nombre de couches détermine l'épaisseur et le procédé ; les signaux importants sont disposés sur les couches internes ; l'augmentation du nombre de couches nécessite un accroissement du rayon de courbure minimal, et il est nécessaire d'équilibrer fiabilité et flexibilité.
Tous les designs flexibles sont basés sur des substrats flexibles. Les cartes flexibles statiques sont utilisées dans des scénarios où un seul montage et pliage sont nécessaires (comme les caméras et les téléphones portables), avec un coût réduit. Les cartes flexibles dynamiques sont utilisées dans des endroits nécessitant un pliage répétitif (comme les charnières et les écrans pliables). Cela nécessite une conception spécifique pour résister à des milliers de cycles de pliage : réduire la contrainte du fil de cuivre et définir une ligne neutre de pliage. Le choix des matériaux (substrat, film de protection, épaisseur du cuivre) dépend des exigences de pliage et du budget.
PCB flexible avec plaque de renfort, la plaque de renfort (matériau : FR4, polyimide, tôle métallique) est fixée à une zone spécifique du circuit flexible à l'aide d'un adhésif. Sa fonction est de supporter des composants plus lourds (comme les connecteurs, les puces), d'augmenter la planéité et la résistance locales, et d'empêcher les soudures de se fissurer en cas de flexion. Elle est utilisée sur les pistes de connecteur, sous les composants, sur les bords des cartes et aux points de test. Ses critères de conception résident dans le fait que la zone destinée à la plaque de renfort doit être réservée afin de ne pas affecter la zone de flexion adjacente, que l'adhérence doit être solide et résistante à la chaleur, que la zone de transition du film de protection doit être lisse, et que l'épaississement localisé doit prendre en compte les ajustements relatifs à l'assemblage et au procédé de soudage.
Intégrer la zone rigide et la zone flexible en une seule structure. La couche flexible est pressée dans la partie rigide pendant la fabrication. Son avantage est qu'aucun câble supplémentaire n'est nécessaire pour relier la zone rigide ; un support rigide local est fourni, les connexions flexibles sont conservées, le poids est réduit, l'espace est économisé et le montage est simplifié. Principalement utilisée dans l'aérospatiale, les implants médicaux et l'équipement militaire. Les exigences spécifiques sont une technologie de laminage et d'alignement de haute précision. Les points clés de conception sont de définir l'ajustage mécanique et les chemins de pliage dès le début ; des outils de CAO capables de prendre en charge la conception de structures hybrides sont nécessaires.
Le cœur est constitué d'un film de substrat flexible (tel que du polyimide). La feuille de cuivre est laminée dessus pour former le circuit. Un adhésif assure la fixation de la couche de cuivre au substrat. Le film de protection est utilisé comme couche extérieure pour offrir une protection contre l'humidité et l'usure, et prolonger la durée de vie en flexion.
Le rayon de courbure mesure la capacité maximale de courbure des circuits flexibles. La règle courante est la suivante : « rayon de courbure ≈ épaisseur du circuit × 10 ». Par exemple : un circuit d'une épaisseur de 0,1 mm a un rayon de courbure minimal de 1 mm.
Un rayon plus petit (comme épaisseur × 5) est autorisé pour une courbure unique.
Si la courbure est répétée, le rayon minimal doit être strictement respecté, faute de quoi il pourrait provoquer une rupture due à la fatigue du matériau. Le matériau influence les performances. Le polyimide résiste à la chaleur et aux courbures répétées, tandis que le polyester, moins coûteux, convient mieux aux applications statiques. Plus la feuille de cuivre est mince, meilleure est la flexibilité.
La fonction principale est d'assurer l'aplomb local et le support mécanique des pastilles (connecteurs, composants, points de test). Éviter que les soudures ne se fissurent sous l'effet des contraintes de courbure. Des adhésifs résistants à la chaleur sont nécessaires pour un collage solide.
Matériaux utilisés : FR4 (coût faible), polyimide (bon appariement thermique), feuille d'aluminium (haute résistance). Les renforts nécessitent une découpe précise et un traitement des bords (comme l'enroulement avec du ruban/film de protection) afin d'éviter l'écaillage.
Planification du câblage : Déterminer dès que possible la largeur des pistes (influence la capacité de conduction et la rigidité) et l'espacement (éviter les courts-circuits lors du pliage). Les pistes dans la zone pliée doivent présenter des courbes fluides.
Traitement de la zone pliée : Éviter les lignes de signaux clés et les trous métalliques. Les réseaux importants sont disposés dans des zones stables.
Placement des composants : Les placer en priorité dans les zones non pliées. S'ils sont proches de la zone pliée, envisager l'utilisation de connecteurs flexibles ou de prises ZIF.
Outils de conception : Utiliser des outils de CAO compatibles avec la conception flexible, disposant de fonctions de modélisation en 3D, d'analyse des contraintes et de simulation de pliage, facilitant ainsi la collaboration avec la conception mécanique.
La technologie des circuits imprimés flexibles étend les possibilités de conception grâce à des économies d'espace, une réduction du poids et une simplification du montage. Choisissez parmi les modèles à simple face, double face, multicouches ou hybrides rigides-flex selon vos besoins. Assurez sa fiabilité dans les applications dynamiques grâce à un choix judicieux des matériaux, un tracé des pistes optimisé et une conception adaptée au pliage.
Des fabricants tels que PCBasic offrent leur expertise, un prototypage rapide et un soutien pour la production en série. Choisir le bon type de carte flexible permet de développer efficacement des appareils électroniques fins et légers, équipés de parties mobiles, tout en garantissant leur fiabilité.
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