Sztywne, elastyczne płytki drukowanedostarczają unikalnych rozwiązań dla nowoczesnych urządzeń elektronicznych o różnorodnych kształtach i rozmiarach.
Produkcja niektórych sztywnych, giętkich płytek drukowanych (takich jak płytki drukowane stosowane w aparatach słuchowych) jest niezwykle trudna w produkcji ze względu na ich małe rozmiary. Niezależnie jednak od rozmiaru, konstrukcja strefy przejściowej pomiędzy płytą flex Board a płytą twardą wpływa na niezawodność późniejszej produkcji i użytkowania. Strefa przejściowa poddawana jest naprężeniom mechanicznym i termicznym, które wynikają zarówno z procesów produkcyjnych, montażowych, jak i różnych scenariuszy użytkowania w życiu codziennym. Dlatego przy projektowaniu należy mieć pełną świadomość potencjalnych zagrożeń, jakie niesie ze sobą zły projekt.
Zgodnie z normą IPC-6013 strefę przejściową sztywnej, elastycznej płytki drukowanej definiuje się jako obszar o szerokości 3 mm wyśrodkowany na osi krawędzi twardej płyty (patrz rysunek 1).
(Rysunek 1: Strefa przejściowa płytki łączącej sztywnej giętkiej płytki drukowanej (Źródło: Wytyczne projektowe sztywnej giętkiej płytki drukowanej NCAB))
Wyjątkowe wyzwania w procesie produkcyjnym
Proces produkcji elastycznej sztywnej płyty różni się od konwencjonalnej sztywnej płyty. Po zakończeniu laminowania w obszarze płyty elastycznej wszystkie materiały zostaną poddane ostatecznemu laminowaniu w celu połączenia płyty elastycznej z obszarem płyty twardej. Przed drugim prasowaniem w stosie zostaną umieszczone podkładki zapobiegające przedostawaniu się żywicy do obszaru miękkiej płyty, a następnie podkładki w obszarze płyty drukowanej Felix zostaną usunięte w procesie frezowania.
Na rysunku 1 wymieniono także pewne dopuszczalne defekty w strefie przejściowej, które mogą mieć niekorzystny wpływ na ostateczną wydajność elastycznej sztywnej płyty, jeśli w strefie przejściowej zostaną zastosowane jakiekolwiek funkcje funkcjonalne.
Oto kilka typowych usterek i ich skutków:
Pękanie i halo
Na styku płyty pilśniowej i płyty elastycznej dochodzi do rozwarstwienia materiału, pękania żywicy lub pękania folii miedzianej, głównie z powodu grubej płyty pilśniowej i cienkiej płyty elastycznej, które po laminowaniu tworzą schodkową strukturę. Podczas zginania lub cykli termicznych naprężenia skupiają się w pobliżu linii przejściowej.
Pustki po laminowaniu
Dopuszczalne są szczeliny laminowane w strefie przejściowej. Płyty sztywne Flex składają się zwykle z materiału FR4 i poliimidu. Prepreg zwykłych sztywnych płyt służy do płynięcia i łączenia warstw miedzi, zapobiegając jednocześnie powstawaniu szczelin międzywarstwowych. Prepreg FR4 sztywnej płyty elastycznej ma właściwości „niskiego przepływu” lub „braku przepływu”, które zapobiegają przedostawaniu się żywicy do obszaru płyty elastycznej, przez co w obszarze przejściowym mogą występować szczeliny laminacyjne.
Przepełnienie żywicy (Squeezeout)
Chociaż fabryki płytek drukowanych używają niepłynnego PP do produkcji sztywnych płyt elastycznych, czasami żywica materiału klejącego nadal wypływa z krawędzi twardej płyty i przedostaje się do obszaru przejściowego. W przypadku wymagania-jednorazowej instalacji elastycznej może to nie stanowić problemu; Jednak w wyniku zastosowania Dynamic Flex ostre krawędzie utwardzonej żywicy mogą uszkodzić płytę flex.
Wystający sztywny materiał dielektryczny
Podczas frezowania obszaru płyty elastycznej może wystąpić lekkie wysunięcie warstwy dielektrycznej płyty twardej z powodu pustych przestrzeni laminowanych lub przelewania się żywicy. Wada ta nie wpływa na wydajność i jest akceptowalna zgodnie z normą IPC-6013.
Odkształcenie miedzi
Ze względu na niestabilność materiału w strefie przejściowej elementy miedziane są podatne na odkształcenia, a nawet mogą wykazywać pęknięcia lub rozwarstwienia. Dzieje się tak dlatego, że miedź może utrudniać napełnianie żywicą, co skutkuje niewystarczającą ilością żywicy. Ponadto może to mieć wpływ na dokładność wyrównania międzywarstwowego.
Wystająca nakładka
Umieszczenie materiału folii pokrywającej w obszarze przejściowym może również powodować problemy. Konstrukcja folii wierzchniej nie nadaje się do klejeniaFR4materiału i jeśli rozciąga się na obszar przejściowy, może powodować rozwarstwienie z powodu słabej przyczepności.
Projekt funkcji w strefie przejściowej: ryzyko i rozważania
Kluczowym pytaniem jest: jak daleko cechy funkcjonalne mogą sięgać do strefy przejściowej, nie wpływając na działanie produktu ani nie powodując nadmiernych naprężeń materiałowych? Odpowiedź brzmi: przedłużenie jest prawie niemożliwe. Jak pokazano na rysunku 2, chociaż zaprojektowanie i wykonanie elementów w strefie przejściowej, a nawet w obszarze płyty elastycznej jest technicznie wykonalne, nie jest to dojrzałe podejście. Dlatego kluczowa jest ścisła komunikacja z dostawcą płytek drukowanych. Zespół techniczny dostawcy PCB powinien znać wartości graniczne możliwości każdego procesu i poinformuje Cię o dostępnym zakresie przestrzeni w obszarze przejściowym w oparciu o możliwości i specyfikacje fabryki.
(Rysunek 2: Zaawansowane możliwości produkcyjne (źródło: Wytyczne projektowe NCAB dotyczące sztywnych i giętkich płytek drukowanych))
Na rysunku 2 zalecane wartości wymienione po lewej stronie wiążą się z najniższym ryzykiem. W przypadku korzystania ze specyfikacji w kolumnie „Zaawansowane” po prawej stronie należy zachować szczególną ostrożność, aby wszyscy interesariusze w pełni zrozumieli potencjalne ryzyko.
Trend w kierunku miniaturyzacji i doskonalenia możliwości produkcyjnych
Dzięki ciągłej aktualizacji i iteracji technologii obwodów wciąż pojawiają się nowe rozwiązania i procesy produkcyjne, aby sprostać stale pojawiającym się nowym wymaganiom współczesnych produktów. Trend miniaturyzacji wymusza na procesie produkcji płyt miękkich i twardych ciągłe przekraczanie ograniczeń procesu. NCAB zawsze zachęca do odkrywania innowacji i-najnowocześniejszych technologii w projektowaniu płytek PCB, pod warunkiem, że spełnia to wymagania aplikacji, a wszyscy interesariusze są świadomi potencjalnego ryzyka.
Niektóre fabryki płytek PCB mogą wspierać produkcję sztywnych, giętkich płytek drukowanych z małymi obszarami przejściowymi, ale nadal zaleca się przeprowadzanie na nich rygorystycznych kontroli jakości. Jednocześnie należy zwrócić uwagę na:
Unikaj umieszczania kluczowych elementów funkcjonalnych w obszarach przejściowych
Komunikuj się z dostawcami, aby poznać ich możliwości produkcyjne i akceptowalne zakresy ryzyka
Zrównoważ innowację i niezawodność zgodnie z wymaganiami aplikacji, zapewniając, że projekt jest zarówno nowatorski, jak i praktyczny
Praktyka inżynieryjna projektowania stref przejściowych na sztywnych, elastycznych płytkach drukowanych
1. Ocena ryzyka i komunikacja na etapie projektowania
Wczesna współpraca z dostawcami: Należy nawiązać komunikację z zespołem inżynierów dostawcy już na wczesnych etapach projektowania. Specyfikacje obszarów przejściowych (takie jak szerokość, dobór materiału) mogą się różnić w zależności od możliwości produkcyjnych producenta, a niektórzy dostawcy mogą obsługiwać mniejsze obszary przejściowe (takie jak 3 mm poniżej normy IPC 6013), ale wymaga to wyraźnych umów dotyczących podziału ryzyka.
Symulacja i analiza naprężeń: Wprowadź do projektu narzędzia FEA (analiza elementów skończonych), aby symulować rozkład naprężeń w strefie przejściowej pod wpływem zginania mechanicznego i cykli termicznych, co może pomóc w identyfikacji potencjalnych słabych punktów, szczególnie w zastosowaniach zginania dynamicznego. Na przykład kierunek ułożenia okablowania w obszarze przejściowym powinien w miarę możliwości unikać prostopadłości do osi zgięcia, aby uniknąć ryzyka pęknięcia.
2. Dobór materiału i optymalizacja strefy przejściowej
Równoważenie właściwości PP o niskim i braku płynięcia: W przypadku kluczowych projektów zaleca się omówienie z dostawcami, czy można zastosować rozwiązanie z materiałów mieszanych, np. użycie specjalnych klejów w obszarach przejściowych, aby zrównoważyć kontrolę przepływu żywicy i siłę wiązania międzywarstwowego.
Obróbka graniczna pomiędzy folią kryjącą a obszarem twardej płyty: Rozciągnięcie folii kryjącej (Coverlay) do obszaru przejściowego może powodować problemy z rozwarstwianiem. W praktycznych przypadkach może dojść do sytuacji, w której elastyczny obszar płytki drukowanej odklei się na skutek nieprawidłowego zaprojektowania folii wierzchniej. Zaleca się, aby podczas projektowania zachować bezpieczną odległość co najmniej 0,5 mm pomiędzy krawędzią folii wierzchniej a granicą obszaru twardej płyty, a przed produkcją potwierdzić dokładność obróbki u dostawcy.
3. Kluczowe punkty kontroli jakości w procesie produkcyjnym
Akceptowalne kryteria defektów w strefie przejściowej: chociaż norma IPC-6013 dopuszcza pewien stopień defektów w strefie przejściowej (takich jak puste przestrzenie laminowane, przepełnienie żywicy), zaleca się, aby klienci podczas odbioru żądali od dostawców szczegółowych raportów z analizy plasterków, zwłaszcza w przypadku produktów o wysokiej niezawodności (takich jak zastosowania medyczne lub lotnicze), co może pomóc w zidentyfikowaniu potencjalnego długoterminowego ryzyka awarii.
Precyzyjna kontrola procesu frezowania: Podczas frezowania obszaru miękkiej płyty dokładność obróbki bezpośrednio wpływa na występ dielektryczny lub problem ostrych krawędzi żywicy w obszarze przejściowym. W naszej praktyce napotkaliśmy problem uszkodzeń powierzchni miękkiej płyty spowodowany odchyleniami w procesie frezowania, który ostatecznie został rozwiązany poprzez dostosowanie parametrów frezowania (takich jak prędkość i posuw) u dostawcy. Zaleca się przeprowadzanie produkcji próbnej na małą-skalę na wczesnych etapach produkcji w celu sprawdzenia stabilności procesu.
4. Dopasowanie scenariuszy zastosowań do projektu strefy przejściowej
Rozróżnienie między zginaniem jednorazowym- a zginaniem dynamicznym: w praktyce odkryliśmy, że wielu klientów nie rozróżnia wyraźnie tych dwóch scenariuszy zastosowań, co skutkuje zbyt konserwatywnymi lub agresywnymi projektami. Na przykład jednorazowy-obszar zginania może odpowiednio przyjąć nadmiar żywicy, podczas gdy dynamiczne zginanie wymaga ścisłej kontroli wszelkich ostrych krawędzi w obszarze przejściowym.
Wyzwania związane z trendem miniaturyzacji: Wraz ze wzrostem zapotrzebowania na sztywne, elastyczne płytki drukowane z powodu miniaturyzacji urządzeń (takich jak urządzenia do noszenia, aparaty słuchowe) przestrzeń projektowa obszarów przejściowych ulega dalszemu skompresowaniu. Zaleca się, aby klienci priorytetowo traktowali optymalizację stosu, taką jak zmniejszenie grubości obszaru płyty twardej lub dostosowanie położenia płyty elastycznej, aby zwolnić więcej miejsca w obszarze przejściowym, jednocześnie weryfikując projekt poprzez testy niezawodności (takie jak test cyklu zginania).
5. Typowe tryby awarii w strefach przejściowych
Na przykład pęknięcie śladów miedzi, rozwarstwienie międzywarstwowe lub zmniejszona wytrzymałość dielektryczna. Problemy te są często związane z niewystarczającym uwzględnieniem czynników środowiskowych (takich jak cykliczne zmiany temperatury i wilgotności) na etapie projektowania. Zaleca się, aby klienci przeprowadzali test przyspieszonego starzenia na późniejszym etapie rozwoju produktu w celu symulacji naprężeń w rzeczywistych warunkach użytkowania.
Współpraca w zamkniętej pętli od projektu po produkcję
Obsługa obszarów przejściowych w sztywnych, giętkich płytkach drukowanych wymaga współpracy między scenariuszami projektowania, produkcji i zastosowań. Zawsze polecamy:
Projekt przyszłościowy: w fazie projektowania należy w pełni uwzględnić naprężenia mechaniczne i termiczne w strefie przejściowej oraz skorzystać z narzędzi symulacyjnych i informacji zwrotnych od dostawców, aby zoptymalizować rozwiązanie.
Kontrola produkcji: Ściśle współpracuj z dostawcami, aby upewnić się, że procesy produkcyjne (takie jak frezowanie i laminowanie) spełniają oczekiwania projektowe i przeprowadzaj weryfikację jakości w krytycznych węzłach.
Dostosowanie scenariusza zastosowania: dostosuj strategie projektowania w oparciu o wymagania aplikacji produktu (-zginanie jednorazowe lub zginanie dynamiczne), aby zapewnić równowagę między wydajnością i niezawodnością.
Jeśli masz jakiekolwiek wymagania dotyczące sztywnych, giętkich płytek drukowanych, skontaktuj się z nami, a my zapewnimy Ci wsparcie techniczne.
Sztywne, elastyczne płytki drukowane, elastyczne płytki drukowane fr4 pcb