Les circuit imprimé flex rigide, comme leur nom l’indique, sont des cartes de circuits imprimés spécialisées formées en combinant des cartes de circuits imprimés rigides avec des cartes de circuits imprimés flexibles grâce à des processus de fabrication spécifiques.
Cette combinaison permet non seulement de conserver la haute résistance, la grande fiabilité et les avantages du routage multicouche des cartes de circuits imprimés rigides, mais aussi de doter la carte de caractéristiques de flexibilité et de pliabilité dans des zones spécifiques.
La partie « rigide » : elle utilise généralement des matériaux similaires à ceux des circuit imprimé conventionnels (tels que le FR-4), assurant l’intégrité structurelle pour le montage des composants électroniques primaires nécessitant un support stable (par exemple, les puces, les connecteurs, les grands condensateurs).
La partie « flexible » : elle utilise généralement des substrats flexibles comme le polyimide (PI), qui se caractérise par sa légèreté, sa finesse, sa flexibilité et sa pliabilité. Cette partie relie différentes zones rigides ou facilite le routage tridimensionnel au sein de l’appareil.
L’intégration est essentielle : des adhésifs et des procédés de laminage spécialisés fusionnent de manière transparente et fiable les sections rigides et flexibles en une structure monolithique interconnectée, éliminant ainsi le besoin de connecteurs et de câbles supplémentaires.
Les matériaux de base des circuit imprimé flex rigide comprennent le substrat rigide FR4 (stratifié époxy renforcé de fibre de verre) et le substrat flexible polyimide (PI). Le FR4 offre un support mécanique robuste et une isolation électrique fiable, tandis que le PI confère une flexibilité exceptionnelle et une résistance aux températures élevées. Ces matériaux sont étroitement liés grâce à des procédés tels que le laminage par compression, ce qui permet d’obtenir une carte rigide-flexible aux performances uniques.
FCCL (Flexible Copper Clad Laminate)
Composition du matériau de base
Le matériau de base du FCCL est constitué d’un film de polyimide (PI) ou de polyester (PET) combiné à une feuille de cuivre (y compris une feuille de cuivre électrolytique et une feuille de cuivre laminée).
Classification
FCCL collé : la feuille de cuivre est collée au substrat à l’aide d’un adhésif (tel que de la résine époxy). Ce type offre des coûts relativement plus bas, mais présente des limites en termes d’épaisseur et de flexibilité.
FCCL sans adhésif : la feuille de cuivre est liée chimiquement directement au substrat. Il permet d’obtenir des profils plus fins (par exemple, jusqu’à 12,5 μm) et une flexibilité supérieure, ce qui le rend très adapté aux conceptions à haute densité telles que les produits à écran pliable.
Types courants de matériaux de base
Polyimide (PI)
Avantages : possède une résistance exceptionnelle aux températures élevées, capable de supporter 260 °C pendant une utilisation prolongée et même 400 °C pendant de courtes durées ; présente une résistance exceptionnelle à la déchirure ; offre des propriétés d’isolation électrique supérieures ; conserve une grande stabilité dimensionnelle avec un taux d’absorption d’humidité compris entre 0,2 et 0,4 %.
Inconvénients : coût relativement élevé, représentant 30 à 40 % des dépenses liées aux FCCL ; nécessite une attention particulière en raison du risque de dilatation dimensionnelle en cas d’absorption d’humidité.
Applications : couramment utilisé dans les cartes mères de téléphones mobiles, l’électronique automobile et le secteur aérospatial (par exemple, la série Kapton® HN).
Facteurs clés à prendre en compte pour le choix d’un adhésif
Adhésifs thermodurcissables (par exemple, résines époxy) : offrent une résistance aux températures élevées et une forte adhérence, adaptés aux processus de soudage par refusion.
Adhésifs thermoplastiques (par exemple, polyester) : offrent une bonne flexibilité mais une résistance à la température limitée (inférieure à 120 °C), principalement utilisés pour des applications de protection temporaire.
Polyester (PET)
Avantages : faible coût, environ un tiers à un cinquième du coût du PI ; bonne flexibilité ; bonne résistance à l’eau.
Inconvénients : faible résistance aux températures élevées avec un point de fusion de 250 °C et une tolérance à la température à court terme n’atteignant que 150 °C ; tendance au rétrécissement lors du chauffage, avec un taux de rétrécissement compris entre 1 et 2 %.
Domaines d’application : principalement utilisé dans l’électronique grand public (par exemple, les commutateurs à membrane) et les capteurs à faible coût.
Couverture
Fonction
Sert principalement à protéger les circuits, à assurer l’isolation et à améliorer la résistance mécanique.
Critères de sélection des matériaux
Couverture PI : compatible avec les substrats PI, offre une résistance aux températures élevées et à la corrosion, convient aux applications exigeant une fiabilité à long terme.
Couverture époxy (FR4) : coût inférieur, mais flexibilité et résistance aux températures élevées relativement moins bonnes, principalement utilisée dans les zones de cartes rigides.
Adhésif acrylique : offre une excellente transparence, convient aux modules d’affichage (par exemple, connexions d’écrans OLED).
Caractéristiques des circuit imprimé flex rigide
Avantages :
1) Convient aux structures pliables telles que les téléphones pliables et les téléphones à clapet.
2) Élimine les connecteurs entre les cartes flexibles et rigides, améliorant ainsi la fiabilité des connexions.
3) Permet de répondre aux exigences d’assemblage 3D.
4) Simplifie les processus d’assemblage en réduisant le nombre de composants et les étapes.
5) Facilite la miniaturisation des produits grâce à des matériaux plus fins.
Inconvénients :
1) Coût actuellement plus élevé.
2) Fournisseurs limités, en particulier pour les circuits rigides-flexibles HDI.
3) Expérience de conception moins établie.
Principaux domaines d’application des circuit imprimé flex rigide
Électronique grand public
Les circuit imprimé flex rigide sont largement utilisées dans les smartphones, les tablettes et les appareils portables. Dans les smartphones, elles relient des composants essentiels tels que les appareils photo, permettant ainsi des conceptions compactes et des performances améliorées. Dans les appareils à écran pliable, leurs propriétés de flexibilité sont essentielles pour le déploiement d’écrans flexibles, ce qui favorise l’avancement de la technologie des écrans pliables.
Électronique automobile
Dans l’électronique automobile, les circuit imprimé flex rigide jouent un rôle essentiel, en particulier dans les véhicules à énergie nouvelle. Elles sont largement utilisées dans des composants essentiels tels que les écrans embarqués, les capteurs et les systèmes de gestion des batteries, garantissant un fonctionnement stable dans des environnements exigeants. En outre, elles sont largement intégrées dans les modules ADAS et de contrôle des véhicules électriques, améliorant ainsi la sécurité et l’intelligence automobile.
Dispositifs médicaux
Les circuit imprimé flex rigide trouvent de nombreuses applications dans les équipements médicaux tels que les endoscopes, les stimulateurs cardiaques et les appareils de diagnostic portables. Leur haute précision et leur fiabilité garantissent un fonctionnement sûr et stable, permettant par exemple une transmission et une manipulation précises des images dans les endoscopes, ce qui améliore la précision et l’efficacité du diagnostic.
Automatisation industrielle
Dans le domaine de l’automatisation industrielle, les circuit imprimé flex rigide jouent un rôle central, en particulier dans la robotique industrielle et les modules de contrôle des capteurs. Leur intégration à haute densité et leurs propriétés mécaniques exceptionnelles protègent efficacement les équipements industriels contre les environnements complexes et difficiles. De plus, dans les systèmes d’automatisation industrielle, ces cartes sont utilisées dans les contrôleurs logiques programmables (PLC), améliorant considérablement les niveaux d’automatisation et l’efficacité opérationnelle.
Aérospatiale
Dans les applications aérospatiales, les circuit imprimé flex rigide occupent une place centrale, notamment dans les équipements de communication par satellite et les systèmes de contrôle de vol. Leur conception légère et leur fiabilité exceptionnelle garantissent un fonctionnement stable des équipements aérospatiaux dans des conditions extrêmes. Par exemple, dans les dispositifs de communication par satellite, les circuit imprimé flex rigide assurent les tâches critiques de transmission de signaux à haut débit et de traitement des données, améliorant ainsi considérablement l’efficacité et la sécurité de l’exécution des missions.
Internet des objets (IoT)
Les circuit imprimé flex rigide trouvent de nombreuses applications dans les appareils IoT, notamment dans les systèmes domotiques et les équipements informatiques de pointe. Leur intégration haute densité et leur excellente intégrité du signal garantissent un fonctionnement efficace des appareils et une transmission stable des données. Dans les maisons intelligentes, par exemple, elles permettent un contrôle intelligent et une transmission des données, améliorant ainsi les capacités d’automatisation et l’expérience utilisateur.
