بردهای مدار چاپی انعطاف پذیر سفت و سختبه دلیل توانایی آنها در ارائه پشتیبانی مکانیکی پایدار در مناطق صلب و اتصالات خمشی انعطاف پذیر در مناطق انعطاف پذیر، به طور گسترده در لوازم الکترونیکی مصرفی، الکترونیک خودرو، هوافضا و سایر زمینه ها استفاده می شود. از اتصال صفحه نمایش تاشو گوشی های هوشمند گرفته تا سیم کشی پیچیده داخل محفظه موتور خودرو، بردهای مدار چاپی انعطاف پذیر سفت و سخت نقش مهمی ایفا می کنند. در فرآیند طراحی و ساخت، کنترل شعاع خمشی یک عنصر اصلی برای اطمینان از عملکرد و قابلیت اطمینان محصول است. شعاع خمش نامناسب می تواند باعث ایجاد یک سری مشکلات جدی مانند ترک خوردگی ورق مسی، لایه برداری لایه دی الکتریک، قطع شدن مدار و غیره شود که می تواند منجر به خرابی کل عملکرد محصول الکترونیکی شود.
1، ساختار برد مدار چاپی انعطاف پذیر و اصل خمش
1. ترکیب سازه
یک برد مدار چاپی انعطاف‌پذیر صلب شامل یک ناحیه صلب، یک ناحیه انعطاف‌پذیر و یک منطقه انتقال بین این دو است. مواد پایه سفت و سخت مانند FR-4 معمولاً در مناطق صلب استفاده می‌شوند و فویل‌های مسی چند لایه و لایه‌های دی الکتریک، درست مانند برد مدار چاپی چند لایه سنتی، روی هم قرار می‌گیرند تا پایه محکمی برای نصب قطعات فراهم کنند. ناحیه انعطاف پذیر از پلی آمید به عنوان بستر ساخته شده است که با فویل مسی و فیلم پوششی ترکیب شده است و به تخته قابلیت خمش را می دهد. منطقه انتقال یک بخش کلیدی برای دستیابی به ارتباط صاف بین استحکام و انعطاف پذیری است. از طریق فرآیندهای لمینیت خاص، تداوم اتصالات الکتریکی و خواص مکانیکی بین مناطق مختلف تضمین می شود.
2. اصل خمش
هنگامی که ناحیه انعطاف پذیر برد مدار چاپی انعطاف پذیر سخت خم می شود، ماده داخلی تحت فشار فشاری و ماده خارجی تحت فشار کششی قرار می گیرد. با افزایش درجه خمش، تنش به طور مداوم جمع می شود. استرسی که مواد می توانند تحمل کنند محدودیتی دارد و زمانی که از این حد فراتر رفت، می تواند باعث آسیب مادی شود. هرچه شعاع خمش کوچکتر باشد، اختلاف تنش بین دو طرف داخلی و خارجی ماده بیشتر می شود و خطر آسیب بیشتر می شود. برای مثال، در دستگاه‌های پوشیدنی، بردهای مدار چاپی انعطاف‌پذیر سخت باید مرتباً خم شوند. اگر شعاع خمش به درستی طراحی نشده باشد، ممکن است در مدت زمان کوتاهی شکستگی فویل مسی رخ دهد و باعث اختلال در عملکرد دستگاه شود.
2، عوامل کلیدی موثر بر شعاع خمش
1. مشخصات مواد
فویل مسی
فویل مس به عنوان لایه رسانای اصلی به دلیل ضخامت تاثیر بسزایی در عملکرد خمشی آن دارد. فویل مس ضخیم (35 میکرومتر یا ضخیم‌تر) تنش کششی بیشتری ایجاد می‌کند و به دلیل استحکام زیاد در هنگام خم شدن مستعد ترک خوردن است. ساختار فویل مسی چند لایه ضخامت کل ناحیه انعطاف پذیر را افزایش می دهد و در نتیجه شعاع خمش مورد نیاز را افزایش می دهد. برای مثال، تخته‌های مدار چاپی منعطف صلب فویل مسی ضخیم که در برخی مدارهای قدرت استفاده می‌شوند، در مقایسه با بردهایی با ضخامت فویل مسی معمولی، به شعاع خمش بزرگتری برای اطمینان از قابلیت اطمینان نیاز دارند.
بستر
ضخامت لایه لایه PI که معمولاً در مناطق انعطاف پذیر استفاده می شود، عامل کلیدی تعیین کننده عملکرد خمشی آن است. زیرلایه های نازک (25 میکرومتر یا کمتر) برای طرح های با شعاع خمشی کوچک مناسب هستند، اما استحکام مکانیکی آنها ضعیف است و خمش طولانی مدت مستعد شکست خستگی است. بسترهای ضخیم (50 میکرومتر یا بالاتر) استحکام مکانیکی بالایی دارند، اما عملکرد خمشی ضعیفی دارند و به شعاع خمشی بزرگتری نیاز دارند. در سیم‌کشی داخلی گوشی‌های هوشمند که فضای بسیار زیادی را طلب می‌کنند، بسترهای PI نازک اغلب برای دستیابی به خمش با شعاع خمشی کوچک و برآورده کردن الزامات چیدمان فضای فشرده استفاده می‌شوند.
فیلم پوششی
ضخامت و خواص مواد لایه پوششی بر توزیع تنش در طول خمش تأثیر می گذارد. فیلم پوشش نازک می تواند عملکرد خمشی نواحی انعطاف پذیر را بهبود بخشد، اما مقاومت در برابر سایش و عملکرد عایق ممکن است کاهش یابد. لایه پوششی ضخیم سفتی خمشی را افزایش می‌دهد و به شعاع خمشی بزرگتری نیاز دارد. در برد مدار چاپی انعطاف‌پذیر صلب که برای اتصال سنسورهای خودرو استفاده می‌شود، برای اطمینان از قابلیت اطمینان طولانی‌مدت در محیط‌های پیچیده، یک فیلم پوششی کمی ضخیم‌تر و عملکرد بالا انتخاب می‌شود و بر این اساس، طراحی شعاع خمشی باید افزایش یابد.
2. ساختار هیئت مدیره
تعداد لایه ها
هرچه لایه های بیشتری در قسمت انعطاف پذیر وجود داشته باشد، ضخامت کل بیشتر و عملکرد خمشی ضعیف تر است. انباشته شدن بیش از حد می تواند استرس داخلی را افزایش دهد و آن را بیشتر در معرض مشکلات در هنگام خم شدن قرار دهد. بنابراین، در طراحی، تعداد لایه های انعطاف پذیر باید تا حد امکان به حداقل برسد تا عملکرد خمشی بهبود یابد.
انباشته شدن متقارن
تقارن سازه های چند لایه در مناطق انعطاف پذیر بسیار مهم است. ساختارهای نامتقارن، مانند ضخامت ورق مسی یا عدم تقارن ضخامت بستر، می توانند تمرکز تنش را در حین خمش ایجاد کنند و خطر ترک خوردگی یا لایه لایه شدن را تا حد زیادی افزایش دهند. تنها با اطمینان از انباشته شدن متقارن می توان تنش را به طور یکنواخت توزیع کرد و عملکرد خمشی خوب را تضمین کرد.
3، استانداردهای کنترل شعاع خمشی و روش های محاسبه
1. استانداردهای صنعت
استانداردهای صنعتی مانند IPC-2223 راهنمایی در مورد شعاع خمش بردهای مدار چاپی انعطاف پذیر سخت ارائه می دهد. به طور کلی، شعاع خمشی توصیه شده 10 تا 15 برابر ضخامت تخته انعطاف پذیر است تا از ترک خوردن و شکست مکانیکی جلوگیری شود. اما سناریوهای کاربردی مختلف الزامات مختلفی برای قابلیت اطمینان دارند و استانداردها نیز ممکن است متفاوت باشند. در زمینه هایی با الزامات قابلیت اطمینان بالا مانند هوافضا، استانداردهای شعاع خمشی اغلب دقیق تر هستند.
2. محاسبه فرمول تجربی
خم شدن منفرد
بر اساس تجربه عملی گسترده، فرمول محاسبه حداقل شعاع خمش در یک خمش منفرد این است: Rmin1=k1 × T، که در آن Rmin1 حداقل شعاع خمش در طول یک خمش منفرد، T کل ضخامت قطعه انعطاف‌پذیر، و k1 ضریب خمش منفرد است، که معمولاً از 6 تا 2 میلی‌متر ضخامت، برای مثال ضخامت 10 قابل انعطاف است. وقتی k1 برابر 8 گرفته شود، Rmin1=8 × 0.2=1.6mm.
خم شدن مکرر
برای سناریوهای کاربردی که به خمش مکرر نیاز دارند، فرمول محاسبه حداقل شعاع خمش برای خمش مکرر این است: Rmin2=k2 × T. Rmin2 حداقل شعاع خمشی برای خمش مکرر است، و k2 ضریب خمش مکرر است، معمولاً بین 12 تا 20. اگر ضخامت کل قطعه هنوز k2 و 50 میلی‌متر تنظیم شود. Rmin{10}} × 0.2=3mm.
4، اقدامات بهینه سازی برای شعاع خمش
1. بهینه سازی سیم کشی
از چرخش با زاویه راست اجتناب کنید
در مناطق منحنی، خطوط سیگنال باید از چرخش با زاویه راست اجتناب کنند و از روش سیم کشی انتقال منحنی استفاده کنند. در زوایای قائم، تمرکز تنش رخ می دهد، در حالی که انتقال دایره ای می تواند به طور موثر تنش را پراکنده کند و خطر ترک خوردن ورق مس را کاهش دهد.
سیم کشی توزیع شده
از متمرکز کردن خطوط سیگنال متعدد در مناطق منحنی برای کاهش استرس موضعی خودداری کنید. برنامه ریزی معقول سیم کشی برای توزیع یکنواخت سیگنال ها می تواند به بهبود قابلیت اطمینان خمشی کمک کند.
عرض خط و فاصله را تنظیم کنید
عرض خط در ناحیه منحنی باید به طور مناسب باز شود (معمولاً 1.5 برابر عرض خط معمولی)، و فاصله خطوط باید افزایش یابد تا از اتصال کوتاه یا ترک در حین خمش جلوگیری شود و عملکرد الکتریکی پایدار تضمین شود.
2. بهینه سازی طراحی لایه ای
تعداد لایه ها را کاهش دهید
تعداد لایه های انعطاف پذیر را ساده کنید، ضخامت کل را کاهش دهید، عملکرد خمشی را بهبود بخشید و تولید تنش داخلی را کاهش دهید.
از انباشته شدن متقارن اطمینان حاصل کنید
از انباشته شدن متقارن فویل مسی و فیلم پوششی برای توزیع یکنواخت تنش در حین خم شدن و جلوگیری از مشکلات مختلف ناشی از تمرکز تنش کاملاً اطمینان حاصل کنید.
3. بهینه سازی فیلم پوشش
مواد شکل پذیری بالا را انتخاب کنید
استفاده از پلی آمید با انعطاف پذیری بالا و سایر مواد لایه پوششی برای افزایش عملکرد خمشی نواحی انعطاف پذیر و بهبود دوام تخته.
طراحی مناسب پنجره
طراحی پنجره باید روی لایه پوششی در ناحیه منحنی اعمال شود تا تمرکز تنش کاهش یابد، اما باید اطمینان حاصل شود که پنجره بر عملکرد عایق الکتریکی تأثیر نمی گذارد.
4. بهینه سازی طراحی منطقه خمشی
یک منطقه بافر منحنی تنظیم کنید
مناطق بافر را در اطراف ناحیه منحنی طراحی کنید تا از سیم کشی بیش از حد سیگنال و گذرگاه در این ناحیه جلوگیری کنید و تداخل استرس را کاهش دهید.
جهت خمش را به وضوح مشخص کنید
جهت خمش بخش انعطاف پذیر را به وضوح تعریف کنید، از توزیع تنش پیچیده اجتناب کنید و فرآیند خمش پایدار و قابل اطمینان را تضمین کنید.
5. از طریق مدیریت استرس سوراخ
تعداد سوراخ های عبوری را کاهش دهید
از طریق سوراخ‌ها در نواحی منحنی، تنش موضعی افزایش می‌یابد و برای کاهش نقاط تمرکز تنش، باید تا حد امکان گیرش سوراخ‌ها را به حداقل رساند.
اتخاذ فناوری پیشرفته از طریق{0}}حفره
با استفاده از فرآیند پر کردن سوراخ‌ها یا سوراخ‌های کور مدفون شده، می‌توان پایداری سوراخ‌های عبوری را در حین خمش افزایش داد تا از ترک خوردن جلوگیری شود.
استاندارد برای کنترل شعاع خمش بردهای مدار چاپی انعطاف پذیر سخت برای اطمینان از عملکرد و قابلیت اطمینان آنها بسیار مهم است. با درک عمیق خواص مواد و عوامل ساختار لایه که بر شعاع خمش تأثیر می‌گذارند، محاسبه دقیق شعاع خمش با استفاده از استانداردهای صنعتی و فرمول‌های تجربی و انجام یک سری اقدامات مؤثر مانند بهینه‌سازی سیم‌کشی و بهینه‌سازی انباشتگی، می‌توان عملکرد خمشی بردهای مدار چاپی انعطاف‌پذیر صلب را به میزان قابل توجهی بهبود بخشید.