Quels défis se posent lors de la soudure des matériaux de cartes de circuits imprimés flexibles ?

Les circuits imprimés flexibles (FPC) sont désormais considérés comme essentiels dans divers secteurs de la fabrication électronique en raison de leur faible poids, de leur compacité et de leur flexibilité sans dommage pour les circuits. C’est la raison pour laquelle ils sont largement adoptés dans les dispositifs portables, les équipements médicaux, l’électronique automobile et d’autres appareils électroniques grand public. Toutefois, le soudage des matériaux FPC présente un défi bien différent de celui du soudage des cartes de circuits imprimés rigides traditionnelles. Afin de garantir la fiabilité et les performances des produits, les fabricants doivent mettre en œuvre des procédés spécialisés et appliquer des techniques de manipulation adaptées.

Sensibilité thermique des matériaux flexibles

Les problèmes auxquels les cartes de circuits imprimés flexibles sont le plus souvent confrontées pendant la soudure sont liés à une exposition à un niveau élevé de chaleur. En effet, la plupart du temps, les cartes flexibles utilisent du polyimide ou du polyester comme matériau de substrat, matériaux qui sont généralement plus fins et plus sensibles à la chaleur que le matériau FR-4 très courant dans les cartes rigides.

Par exemple, une chaleur excessive peut provoquer divers problèmes lors de la soudure, tels que :

• Déformation plastique du substrat
• Décollement des couches de la carte
• Détérioration des matériaux adhésifs
• Gauchissement du circuit flexible

Comme les cartes de circuits imprimés flexibles ne sont pas aussi solides ni aussi épaisses que les cartes traditionnelles, elles ne parviennent pas à dissiper efficacement la chaleur. Par conséquent, un contrôle précis de la température devient absolument indispensable.

Pour ce faire, des entreprises telles que King Field s’appuient sur des profils de reflow finement ajustés ainsi que sur des systèmes de surveillance de la température, qui empêchent la surchauffe du produit tout en permettant la formation de bonnes liaisons de soudure.

Instabilité mécanique pendant la soudure

Outre la chaleur, la faiblesse mécanique pose un problème lors de la soudure des matériaux de cartes de circuits imprimés flexibles. Alors que les cartes rigides restent plates tout au long du processus d’assemblage et sont très faciles à souder, les cartes flexibles, quant à elles, peuvent se plier, se tordre ou même se déplacer hors de leur position initiale pendant la soudure.

Différents problèmes peuvent alors survenir en production :

• Désalignement des composants
• Soudures inégales
• Difficulté d’assemblage automatisé
• Précision réduite de la soudure

L’utilisation de cartes porteuses ou de renforts (stiffeners) pendant l’assemblage constitue probablement la méthode la plus courante employée par les fabricants pour résoudre ce problème. Ainsi, pendant la soudure, la carte de circuits imprimés flexible est maintenue à plat, ce qui permet un positionnement précis des composants et des liaisons soudées cohérentes.

En outre, King Field utilise des outils et des dispositifs spéciaux, conçus pour maintenir les circuits flexibles en place pendant la soudure, sans nuire à la fiabilité de l’assemblage.

Contraintes subies par les composants et fiabilité des joints de soudure

L'une des principales préoccupations liées à certains ensembles de circuits imprimés flexibles utilisant la fonction de pliage dans leur fonctionnement est la contrainte mécanique exercée sur les joints de soudure, car ces zones sont soumises à des cycles répétés de flexion des composants soudés sur le circuit imprimé. Il s'agit d'une préoccupation réelle lors de la soudure d'ensembles de circuits imprimés flexibles conçus pour des environnements dynamiques ou changeants, tels que les dispositifs électroniques portables ou les systèmes automobiles.

Voici ce que peut provoquer un pliage continu sur les joints de soudure :

• Microfissuration des joints de soudure
• Perte de composants
• Discontinuité électrique

Le fabricant, par exemple King Field, examine très attentivement la conception des joints de soudure et la disposition des composants, deux facteurs permettant de réduire la contrainte appliquée aux joints de soudure tout en garantissant leur fiabilité dans le temps.

Oxydation superficielle et contamination

Un autre problème auquel peuvent être confrontés les matériaux de circuits imprimés flexibles lors de la soudure est l’oxydation superficielle. Ces circuits imprimés flexibles présentent différentes finitions de surface telles que :

• ENIG (nickel électroless et or par immersion)
• OSP (préservatif organique de soudabilité)
• Étain ou argent par immersion

Une contamination pendant la manipulation ou le stockage entraînera une réduction de leur soudabilité.

Un mouillage inadéquat peut conduire à une soudure très faible, susceptible de provoquer des courts-circuits, des connexions incomplètes et des joints de soudure fragiles.

Les fabricants ont mis en œuvre rigoureusement, avant la soudure, des procédures strictes de contrôle environnemental et de nettoyage. Par exemple, King Field applique des procédures de contrôle qualité afin d’assurer, tout au long de la production, des surfaces propres sur les cartes de circuits imprimés flexibles destinées à la soudure.

Manipulation et risque de dommages

En raison de leur finesse et de leur fragilité comparées à celles des cartes rigides, les cartes de circuits imprimés flexibles peuvent être endommagées très facilement, même involontairement, lors de la soudure. En effet, une mauvaise manipulation peut entraîner :

• Des plis ou des fissures dans le substrat
• Des dommages aux pistes de cuivre
• Une dégradation des pastilles de soudure

Des procédures de manipulation strictes sont obligatoires, notamment lors de la soudure, et doivent être suivies par les opérateurs et les techniciens. En outre, les robots faisant partie de la chaîne de production peuvent être reconfigurés afin de tenir également compte de la nature fragile des circuits flexibles.

Des procédures de manipulation clairement définies et une formation adéquate des opérateurs constituent les caractéristiques principales du processus de fabrication des PCB flexibles chez King Field.

Structures multicouches complexes

À l’ère du progrès électronique, de nombreux PCB flexibles multicouches sont conçus pour intégrer davantage de fonctionnalités ; toutefois, la soudure de PCB flexibles multicouches constitue également l’un des nouveaux défis associés à ces circuits après soudure :

• Répartition inégale de la chaleur
• Risque accru de délaminage de la carte
• Contraintes internes entre les couches.

Comme la structure multicouche est en soi très complexe, un contrôle rigoureux des procédés ainsi que les meilleurs matériaux sont absolument indispensables afin de préserver l’intégrité structurelle de la carte.

Ne sera pas affecté pendant la soudure.

Dès ses débuts, King Field n’a pas seulement consacré d’importants efforts à maîtriser les matériaux et les procédés de fabrication des circuits imprimés flexibles, mais a également toujours insisté sur l’amélioration continue de ses méthodes afin de maximiser la fiabilité des procédés de soudure pour les conceptions complexes de circuits imprimés flexibles.

Limitations de conception affectant la soudure

En réalité, la soudure correcte des ensembles de circuits imprimés flexibles ne constitue pas simplement une étape procédurale ; elle commence en fait par une conception adéquate. Seule une approche de conception correcte permet de rendre le travail de l’ingénieur en soudure à la fois simple et confortable.

Choix de la taille et de l’espacement des pastilles

Routage de la piste à proximité de la zone destinée à être pliée

Déplacement du positionnement des composants hors des zones flexibles

Utilisation d’un renfort pour le(s) composant(s) volumineux

Que l’ingénieur intervienne manuellement ou non, la prise en compte de ces facteurs au stade de la conception détermine la qualité de la soudure obtenue ainsi que la durabilité globale du produit.

Les fabricants King Field sont réputés auprès de leurs clients pour former une équipe excellente qui collabore étroitement avec le client afin de garantir que la disposition des circuits imprimés flexibles soit réalisée de manière à faciliter des procédés de soudage efficaces et fiables.

Conclusion

Les circuits imprimés flexibles sont un type de carte de circuit imprimé susceptible de transformer radicalement l’apparence et le fonctionnement des dispositifs électroniques. Ils permettent de concevoir des appareils nettement plus compacts et hautement flexibles. Toutefois, les techniques de soudage adaptées aux matériaux des circuits imprimés flexibles ont été développées de façon très différente de celles utilisées pour les cartes rigides, ce qui pose un ensemble de problèmes distincts, exigeant des compétences spécialisées, une manipulation soignée et un contrôle rigoureux des procédés. Les principaux problèmes sont la sensibilité thermique du matériau, son instabilité mécanique, la fiabilité des joints de soudure, la contamination de surface, les risques liés à la manipulation, la complexité des structures multicouches et les limitations de conception. En complément de la recherche de fabricants experts, des équipements de production modernes et les meilleures méthodes de soudage sont également nécessaires pour surmonter ces difficultés.

King Field possède une connaissance exceptionnelle de la production et de l'assemblage de circuits flexibles. Par conséquent, elle est non seulement capable de fournir des solutions de PCB flexibles de haute qualité, mais peut également accompagner ses clients à chaque étape de leur parcours au sein de l’industrie électronique en constante évolution. L’entreprise s’est toujours conformée aux normes de qualité les plus exigeantes tout en développant intensivement l’innovation produit, ce qui lui permet systématiquement de livrer des projets fiables de PCB flexibles, associés à une durabilité à long terme.

Dans les années à venir, jusqu’à ce que l’électronique flexible ne soit de plus en plus développée, il sera essentiel pour les fabricants de matériaux de PCB flexibles de maîtriser aussi bien l’art que la science du brasage de ces matériaux, s’ils souhaitent produire les meilleurs nouveaux produits électroniques.