Pevné ohebné desky plošných spojůposkytují jedinečná řešení pro moderní elektronická zařízení s jejich rozmanitými tvary a velikostmi.
Některé pevné ohebné desky s plošnými spoji (jako jsou desky s plošnými spoji používané v zařízeních pro nedoslýchavé) jsou extrémně náročné na výrobu kvůli jejich malé velikosti. Bez ohledu na velikost však konstrukce přechodové zóny mezi flex Board a tvrdou deskou ovlivňuje spolehlivost následné výroby a použití. Přechodová zóna je vystavena mechanickému a tepelnému namáhání, které pocházejí jak z výrobních a montážních procesů, tak z různých scénářů použití v každodenním životě. Při projektování je proto nutné si plně uvědomit případná rizika, která špatný návrh přináší.
Podle standardu IPC-6013 je přechodová zóna tuhé ohebné desky s plošnými spoji definována jako plocha o šířce 3 mm se středem na ose hrany tvrdé desky (viz obrázek 1).
(Obrázek 1: Přechodová zóna společné desky s pevnými ohebnými deskami s plošnými spoji (Zdroj: Pokyny pro návrh spojovacích desek s pevnými ohebnými deskami NCAB))
Jedinečné výzvy ve výrobním procesu
Výrobní proces flex tuhé desky se liší od procesu výroby konvenční tuhé desky. Po dokončení laminace v oblasti flex desky projdou všechny materiály finální laminací, aby se flex deska spojila s oblastí tvrdé desky. Před druhým lisováním budou do stohu umístěny podložky, aby se zabránilo zatékání pryskyřice do oblasti měkké desky, a poté budou podložky v oblasti desky s plošnými spoji Felix odstraněny procesem frézování.
Obrázek 1 také uvádí některé přijatelné vady v přechodové zóně, které mohou mít nepříznivé účinky na konečný výkon ohebné tuhé desky, pokud jsou v přechodové zóně rozmístěny jakékoli funkční prvky.
Zde jsou některé běžné závady a jejich dopady:
Craking a Halo
Na styku sololitu a flex desky dochází k delaminaci materiálu, praskání pryskyřice nebo lomu měděné fólie hlavně díky silné sololitu a tenké flex desce, které po laminaci tvoří stupňovitou strukturu. Během ohybu nebo tepelného cyklování se napětí koncentruje v blízkosti přechodové čáry.
Laminační mezery
Laminované mezery v přechodové zóně jsou přijatelné. Flex tuhé desky jsou obvykle složeny z materiálu FR4 a polyimidu. Předimpregnovaný laminát z běžných tuhých desek se používá k zatékání a lepení měděných vrstev a zároveň zabraňuje vzniku mezer mezi vrstvami. Prepreg FR4 ohebné tuhé desky má charakteristiky „nízkého toku“ nebo „bez toku“, které zabraňují zatékání pryskyřice do oblasti ohebné desky, takže v oblasti přechodu mohou být laminační mezery.
Přetečení pryskyřice (Squeezeout)
Ačkoli továrny na výrobu desek plošných spojů používají k výrobě pružných pevných desek netekoucí PP, někdy pryskyřice adhezivního materiálu stále přetéká z okraje tvrdé desky a vstupuje do přechodové oblasti. Pro požadavek-jednorázové instalace Flex to nemusí být problém. Avšak v důsledku aplikace Dynamic Flex mohou ostré hrany vytvrzené pryskyřice poškodit flex desku.
Vyčnívající pevný dielektrický materiál
Při frézování oblasti ohebné desky může dojít k mírnému vyčnívání dielektrické vrstvy tvrdé desky v důsledku laminovaných dutin nebo přetečení pryskyřice. Tato vada nemá vliv na výkon a je přijatelná podle normy IPC-6013.
Deformace mědi
Kvůli nestabilitě materiálu v přechodové zóně jsou měděné prvky náchylné k deformaci a mohou dokonce vykazovat praskliny nebo delaminaci. To proto, že měď může bránit plnění pryskyřicí, což má za následek nedostatek pryskyřice. Navíc může být ovlivněna i přesnost vyrovnání mezivrstvy.
Krycí vrstva vyčnívající
Umístění materiálu krycí fólie do přechodové oblasti může také způsobit problémy. Provedení krycí fólie není vhodné k lepeníFR4materiálu, a pokud se rozšíří do přechodové oblasti, může způsobit delaminaci kvůli špatnému lepení.
Návrh prvků v přechodové zóně: rizika a úvahy
Klíčová otázka zní: jak daleko se mohou funkční prvky rozšířit do přechodové zóny, aniž by to ovlivnilo výkon produktu nebo způsobilo nadměrné namáhání materiálu? Odpověď zní: prodloužit je téměř nemožné. Jak je znázorněno na obrázku 2, ačkoli je technicky proveditelné navrhnout a vyrobit prvky v přechodové zóně a dokonce i v oblasti ohebné desky, nejedná se o vyspělý přístup. Proto je klíčová úzká komunikace s vaším dodavatelem PCB. Technický tým dodavatele desek plošných spojů by měl rozumět mezním hodnotám každé procesní schopnosti a bude vás informovat o dostupném prostoru v přechodové oblasti na základě možností a specifikací továrny.
(Obrázek 2: Advanced Manufacturing Capability (Zdroj: Pokyny pro návrh desek s tištěnými spoji pro pevné ohebné desky NCAB))
Na obrázku 2 mají doporučené hodnoty uvedené vlevo nejnižší riziko. Používáte-li specifikace ve sloupci „Pokročilé“ napravo, je třeba věnovat zvláštní pozornost tomu, aby všechny zúčastněné strany plně chápaly potenciální rizika.
Trend k miniaturizaci a zlepšování výrobních schopností
S neustálou aktualizací a iterací technologie obvodů se stále objevují nová řešení a výrobní procesy, které splňují neustále se objevující nové požadavky na dnešní produkty. Trend miniaturizace nutí proces měkkých tvrdých lepicích desek neustále překonávat procesní limity. Společnost NCAB vždy podporuje zkoumání inovací a špičkových{2}}technologií v návrhu desek plošných spojů za předpokladu, že splňují požadavky aplikací a všechny zúčastněné strany si jsou vědomy možných rizik.
Některé továrny na desky plošných spojů mohou podporovat výrobu pevných pružných desek plošných spojů s malými přechodovými oblastmi, ale přesto se doporučuje, abyste na nich prováděli přísné kontroly kvality. Zároveň je třeba věnovat pozornost:
Neumisťujte klíčové funkční prvky do přechodových oblastí
Komunikujte s dodavateli, abyste porozuměli jejich výrobním schopnostem a přijatelnému rozsahu rizik
Vyvažujte inovace a spolehlivost podle požadavků aplikace a zajistěte, aby byl design jak špičkový-tak i praktický
Inženýrská praxe návrhu přechodových zón desek s tištěnými spoji Rigid Flex
1. Hodnocení rizik a komunikace ve fázi návrhu
Včasná spolupráce s dodavateli: Během raných fází návrhu by měla být navázána komunikace s inženýrským týmem dodavatele. Specifikace přechodových oblastí (jako je šířka, výběr materiálu) se mohou lišit v závislosti na výrobních možnostech výrobce a někteří dodavatelé mohou podporovat menší přechodové oblasti (např. 3 mm pod normou IPC 6013), ale to vyžaduje jasné dohody o sdílení rizik.
Simulace a analýza napětí: Zaveďte do návrhu nástroje FEA (Finite Element Analysis) pro simulaci rozložení napětí v přechodové zóně při mechanickém ohybu a tepelném cyklování, což může pomoci identifikovat potenciální slabá místa, zejména v aplikacích dynamického ohýbání. Například směr rozmístění kabeláže v přechodové oblasti by neměl být co nejvíce kolmý k ose ohybu, aby se zabránilo riziku zlomení.
2. Výběr materiálu a optimalizace přechodové zóny
Vyvážení charakteristik PP s nízkým průtokem/bez průtoku: V kritických projektech se doporučuje projednat s dodavateli, zda lze použít řešení se smíšeným materiálem, jako je použití specifických lepidel v přechodových oblastech pro vyvážení kontroly toku pryskyřice a pevnosti mezivrstvového spojení.
Hraniční úprava mezi krycí fólií a oblastí tvrdé desky: Rozšíření krycí fólie (Coverlay) do oblasti přechodu může způsobit problémy s delaminací. V praktických případech může nastat situace, kdy se pružná plocha desky plošných spojů odloupne v důsledku nevhodného provedení krycí fólie. Při návrhu se doporučuje zajistit bezpečnou vzdálenost alespoň 0,5 mm mezi okrajem krycí fólie a hranicí plochy tvrdé desky a před výrobou potvrdit přesnost obrábění dodavatele.
3. Klíčové body kontroly kvality během výrobního procesu
Přijatelná kritéria pro defekty přechodové zóny: Přestože norma IPC{1}}6013 umožňuje určitý stupeň defektů v přechodové zóně (jako jsou laminované dutiny, přetečení pryskyřice), doporučuje se, aby si zákazníci během přejímky vyžádali od dodavatelů podrobné zprávy o analýze řezů, zejména u vysoce spolehlivých produktů (jako jsou lékařské nebo letecké aplikace), které mohou pomoci identifikovat potenciální rizika dlouhodobého selhání.
Přesné řízení procesu frézování: Při frézování oblasti měkké desky přesnost obrábění přímo ovlivňuje dielektrický výstupek nebo problém s ostrou hranou pryskyřice v oblasti přechodu. V naší praxi jsme se setkali s problémem poškození plochy měkké desky způsobené odchylkou frézování, který byl nakonec vyřešen úpravou parametrů frézování (jako je rychlost a rychlost posuvu) s dodavatelem. Doporučuje se provádět v raných fázích výroby zkušební výrobu v malém- měřítku, aby se ověřila stabilita procesu.
4. Přizpůsobení aplikačních scénářů návrhu přechodové zóny
Rozlišení mezi-jednorázovým ohýbáním a dynamickým ohýbáním: V praxi jsme zjistili, že mnoho zákazníků tyto dva scénáře použití jasně nerozlišuje, což vede k příliš konzervativním nebo agresivním návrhům. Například oblast jednorázového ohybu- může vhodně přijmout přetečení pryskyřice, zatímco dynamické ohýbání vyžaduje přísnou kontrolu jakýchkoli ostrých hran v oblasti přechodu.
Výzvy v rámci trendu miniaturizace: Se zvyšující se poptávkou po pevných pružných deskách plošných spojů v důsledku miniaturizace zařízení (jako jsou nositelná zařízení, naslouchátka) se designový prostor přechodových oblastí dále stlačuje. Doporučuje se, aby zákazníci upřednostňovali optimalizaci stohu, jako je snížení tloušťky oblasti tvrdé desky nebo úprava polohy flexibilní desky, aby se uvolnilo více místa v přechodové oblasti, a zároveň ověřovali návrh pomocí testování spolehlivosti (jako je testování cyklu ohybu).
5. Běžné způsoby poruch v přechodových zónách
Například rozbití stopy mědi, delaminace mezivrstvy nebo snížená dielektrická pevnost. Tyto problémy často souvisí s nedostatečným zohledněním faktorů prostředí (jako jsou cykly teploty a vlhkosti) během fáze návrhu. Zákazníkům se doporučuje, aby v pozdější fázi vývoje produktu provedli test zrychleného stárnutí, aby simulovali stres za skutečných podmínek používání.
Uzavřená spolupráce od návrhu až po výrobu
Manipulace s přechodovými oblastmi v pevných pružných deskách s plošnými spoji zahrnuje spolupráci mezi návrhem, výrobou a aplikačními scénáři. Vždy doporučujeme:
Výhledový design: Během fáze návrhu plně zvažte mechanické a tepelné namáhání v přechodové zóně a optimalizujte řešení pomocí simulačních nástrojů a zpětné vazby od dodavatele.
Řízení výroby: Úzce spolupracujte s dodavateli, abyste zajistili, že výrobní procesy (jako je frézování a laminování) splňují očekávání návrhu, a provádějte ověřování kvality v kritických uzlech.
Přizpůsobení scénáře aplikace: Upravte strategie návrhu na základě požadavků aplikace produktu (jednorázové{0}}ohýbání nebo dynamické ohýbání), abyste zajistili rovnováhu mezi výkonem a spolehlivostí.
Pokud máte nějaké požadavky týkající se pevných flex desek plošných spojů, neváhejte nás kontaktovat a my vám poskytneme technickou podporu.
Desky plošných spojů Rigid Flex flex plošné spoje fr4 pcb