برد مدار چاپی فلکس صلب: چگونه ناحیه اتصال بین برد مدار چاپی فلکس صلب را به درستی طراحی کنیم؟

بردهای مدار چاپی انعطاف پذیر سختارائه راه حل های منحصر به فرد برای دستگاه های الکترونیکی مدرن با اشکال و اندازه های متنوع آنها.

برخی از بردهای مدار چاپی منعطف سفت و سخت (مانند بردهای مدار چاپی مورد استفاده در دستگاه‌های سمعک) به دلیل اندازه کوچک، بسیار چالش برانگیز هستند. با این حال، صرف نظر از اندازه، طراحی منطقه انتقال بین تخته فلکس و تخته سخت بر قابلیت اطمینان ساخت و استفاده بعدی تأثیر می گذارد. منطقه انتقال تحت فشارهای مکانیکی و حرارتی قرار می گیرد که از هر دو فرآیند تولید و مونتاژ و همچنین سناریوهای مختلف استفاده در زندگی روزمره ناشی می شود. بنابراین، هنگام طراحی، لازم است که از خطرات احتمالی ناشی از طراحی ضعیف کاملاً آگاه باشید.

طبق استاندارد IPC-6013، ناحیه انتقال برد مدار چاپی انعطاف پذیر سخت به عنوان ناحیه ای با عرض 3 میلی متر در محور لبه برد سخت تعریف می شود (شکل 1 را ببینید).

(شکل 1: منطقه انتقالی صفحه مشترک برد مدار چاپی منعطف صلب (منبع: دستورالعمل‌های طراحی صفحه مشترک برد مدار چاپی انعطاف‌پذیر NCAB))

چالش های منحصر به فرد در فرآیند تولید
فرآیند تولید تخته صلب فلکس متفاوت از برد معمولی است. پس از تکمیل لمینت در ناحیه تخته فلکس، تمام مواد تحت لمینیت نهایی قرار می گیرند تا تخته فلکس به ناحیه تخته سخت بچسبد. قبل از پرس دوم، شیم‌ها در پشته قرار می‌گیرند تا از جریان یافتن رزین به ناحیه تخته نرم جلوگیری شود و سپس شیم‌های ناحیه تخته چاپ شده Felix از طریق فرآیند فرز برداشته می‌شوند.

شکل 1 همچنین برخی از عیوب قابل قبول در منطقه انتقال را فهرست می کند، که ممکن است اثرات نامطلوبی بر عملکرد نهایی تخته صلب انعطاف پذیر داشته باشد، اگر هر ویژگی عملکردی در منطقه انتقال مستقر شود.

در اینجا برخی از عیوب رایج و تأثیرات آنها آورده شده است:
کرک و هالو
در محل اتصال تخته سخت و تخته فلکس، لایه لایه شدن مواد، ترک خوردگی رزین یا شکستگی فویل مس عمدتاً به دلیل تخته سخت ضخیم و تخته فلکس نازک رخ می دهد که پس از لمینیت ساختار پلکانی را تشکیل می دهد. در طول خمش یا چرخه حرارتی، تنش در نزدیکی خط انتقال متمرکز می شود.

حفره های لمینیت
شکاف های چند لایه در منطقه انتقال قابل قبول است. تخته های سخت فلکس معمولا از مواد FR4 و پلی آمید تشکیل شده اند. پیش آماده سازی تخته های سفت و سخت معمولی برای جاری شدن و چسباندن لایه های مس در عین جلوگیری از شکاف های بین لایه ای استفاده می شود. پیش آغشته سازی FR4 تخته صلب فلکس دارای ویژگی های "جریان کم" یا "بدون جریان" است که از جریان یافتن رزین به ناحیه تخته فلکس جلوگیری می کند، بنابراین ممکن است شکاف های لمینیت در ناحیه انتقال وجود داشته باشد.

سرریز رزین (Squeezeout)
اگرچه کارخانه های PCB از PP غیر روان برای تولید تخته های انعطاف پذیر استفاده می کنند، گاهی اوقات رزین مواد چسبنده هنوز از لبه تخته سخت سرریز می شود و وارد ناحیه انتقال می شود. برای یک بار{1}}نصب Flex، ممکن است مشکلی نباشد. با این حال، به دلیل استفاده از Dynamic Flex، لبه های تیز رزین پخت ممکن است به برد فلکس آسیب برساند.

مواد دی الکتریک سفت و سخت بیرون زده
هنگام آسیاب کردن ناحیه تخته فلکس، ممکن است به دلیل حفره های چند لایه یا سرریز رزین، بیرون زدگی جزئی لایه دی الکتریک تخته سخت ایجاد شود. این عیب تاثیری بر عملکرد ندارد و طبق استاندارد IPC-6013 قابل قبول است.

تغییر شکل مس
به دلیل ناپایداری مواد در منطقه انتقال، ویژگی های مس مستعد تغییر شکل هستند و حتی ممکن است ترک یا لایه لایه شدن را نشان دهند. این به این دلیل است که مس ممکن است مانع پر شدن رزین شود و در نتیجه رزین کافی نباشد. علاوه بر این، دقت تراز بین لایه ها نیز ممکن است تحت تأثیر قرار گیرد.

روکش بیرون زده
قرار دادن مواد فیلم پوششی در ناحیه انتقال نیز ممکن است مشکلاتی ایجاد کند. طراحی فیلم پوششی برای چسباندن با آن مناسب نیستFR4ماده، و اگر به ناحیه انتقال گسترش یابد، ممکن است به دلیل عملکرد ضعیف اتصال، لایه لایه شدن را ایجاد کند.

طراحی ویژگی در منطقه انتقال: خطرات و ملاحظات
یک سوال کلیدی این است: تا چه اندازه ویژگی‌های عملکردی می‌توانند بدون تأثیر بر عملکرد محصول یا ایجاد استرس بیش از حد مواد تا منطقه انتقال گسترش پیدا کنند؟ پاسخ این است: تمدید تقریباً غیرممکن است. همانطور که در شکل 2 نشان داده شده است، اگرچه از نظر فنی طراحی و ساخت ویژگی ها در منطقه انتقال و حتی ناحیه تخته فلکس امکان پذیر است، اما این یک رویکرد بالغ نیست. بنابراین، ارتباط نزدیک با تامین کننده PCB شما بسیار مهم است. تیم فنی تامین‌کننده PCB باید مقادیر حدی هر قابلیت فرآیند را درک کند و براساس قابلیت‌ها و مشخصات کارخانه، محدوده فضای موجود در منطقه انتقال را به شما اطلاع خواهد داد.

(شکل 2: قابلیت ساخت پیشرفته (منبع: رهنمودهای طراحی برد مدار چاپی انعطاف پذیر سخت NCAB))

در شکل 2، مقادیر توصیه شده در سمت چپ، کمترین خطر را دارند. در صورت استفاده از مشخصات ستون "پیشرفته" در سمت راست، باید احتیاط بیشتری کرد تا اطمینان حاصل شود که همه ذینفعان خطرات احتمالی را به طور کامل درک می کنند.

گرایش به کوچک سازی و بهبود قابلیت های تولید
با به‌روزرسانی و تکرار مداوم فناوری مدار، راه‌حل‌های جدید و فرآیندهای تولید برای پاسخگویی به تقاضاهای جدید دائماً در حال ظهور محصولات امروزی به ظهور می‌رسند. روند کوچک‌سازی فرآیند تخته چسب سخت نرم را مجبور می‌کند تا دائماً از محدودیت‌های فرآیند عبور کند. NCAB همیشه کاوش در نوآوری و{2}}فناوری های پیشرفته در طراحی PCB را تشویق می کند، مشروط بر اینکه الزامات برنامه را برآورده کند و همه ذینفعان از خطرات احتمالی آگاه باشند.

برخی از کارخانه‌های PCB می‌توانند از تولید بردهای مدار چاپی انعطاف‌پذیر سخت با نواحی انتقالی کوچک پشتیبانی کنند، اما همچنان توصیه می‌شود که بازرسی‌های کیفی دقیقی را روی آنها انجام دهید. در عین حال باید به موارد زیر توجه کرد:

از قرار دادن ویژگی های عملکردی کلیدی در مناطق انتقالی خودداری کنید
برای درک توانایی های تولید و محدوده ریسک قابل قبول با تامین کنندگان ارتباط برقرار کنید
تعادل بین نوآوری و قابلیت اطمینان مطابق با الزامات برنامه، اطمینان از اینکه طراحی هم پیشرفته و هم کاربردی است
تمرین مهندسی طراحی منطقه انتقال تخته مدار چاپی انعطاف پذیر سخت
1. ارزیابی ریسک و ارتباط در مرحله طراحی
همکاری اولیه با تامین کنندگان: در مراحل اولیه طراحی باید با تیم مهندسی تامین کننده ارتباط برقرار کرد. مشخصات نواحی انتقالی (مانند عرض، انتخاب مواد) ممکن است بسته به قابلیت‌های تولید سازنده متفاوت باشد، و برخی از تامین‌کنندگان ممکن است از مناطق انتقال کوچک‌تر (مانند 3 میلی‌متر زیر استاندارد IPC 6013) پشتیبانی کنند، اما این امر مستلزم توافق‌نامه‌های اشتراک ریسک واضح است.

شبیه سازی و تجزیه و تحلیل تنش: ابزار FEA (تحلیل المان محدود) را در طراحی برای شبیه سازی توزیع تنش در ناحیه انتقال تحت خمش مکانیکی و چرخه حرارتی معرفی کنید، که می تواند به شناسایی نقاط ضعف بالقوه، به ویژه در کاربردهای خمشی دینامیکی کمک کند. برای مثال، جهت چیدمان سیم کشی در ناحیه انتقال باید تا حد امکان از عمود بودن بر محور خمشی اجتناب کند تا از خطر شکستگی جلوگیری شود.

2. انتخاب مواد و بهینه سازی منطقه انتقال
متعادل کردن ویژگی‌های PP جریان کم/بدون جریان: در پروژه‌های حیاتی، توصیه می‌شود با تأمین‌کنندگان در مورد اینکه آیا می‌توان از یک محلول مواد مخلوط استفاده کرد، مانند استفاده از چسب‌های خاص در مناطق انتقالی برای متعادل کردن کنترل جریان رزین و استحکام پیوند بین لایه‌ها، بحث کرد.

درمان مرزی بین لایه پوششی و ناحیه تخته سخت: گسترش لایه پوششی (Coverlay) تا ناحیه انتقال ممکن است باعث ایجاد مشکلات لایه لایه شود. در موارد عملی، ممکن است شرایطی وجود داشته باشد که ناحیه برد مدار چاپی انعطاف پذیر به دلیل طراحی نامناسب لایه پوشش جدا شود. توصیه می شود در طول طراحی از فاصله ایمن حداقل 0.5 میلی متر بین لبه فیلم پوشش و مرز ناحیه تخته سخت اطمینان حاصل کنید و قبل از ساخت، دقت ماشینکاری تامین کننده را تأیید کنید.

3. نکات کلیدی کنترل کیفیت در طول فرآیند تولید
معیارهای قابل قبول برای عیوب منطقه انتقال: اگرچه استاندارد IPC-6013 درجه معینی از عیوب را در منطقه انتقال (مانند فضاهای خالی چند لایه، سرریز رزین) مجاز می‌کند، توصیه می‌شود که مشتریان در هنگام پذیرش، گزارش‌های تجزیه و تحلیل دقیق برش را از تأمین‌کنندگان درخواست کنند، به‌ویژه برای محصولات با قابلیت اطمینان بالا (مانند کاربردهای بالقوه پزشکی یا هواپیمایی که می‌توانند به شناسایی برنامه‌های بالقوه خطر در طولانی مدت کمک کنند).

کنترل دقیق فرآیند آسیاب: هنگام آسیاب کردن ناحیه تخته نرم، دقت ماشینکاری مستقیماً بر بیرون زدگی دی الکتریک یا مشکل لبه تیز رزین در ناحیه انتقال تأثیر می گذارد. در عمل ما با مشکل آسیب ناحیه تخته نرم ناشی از انحراف فرز مواجه شده ایم که در نهایت با تنظیم پارامترهای فرز (مانند سرعت و نرخ تغذیه) با تامین کننده حل شد. توصیه می‌شود در مراحل اولیه ساخت، تولید آزمایشی در مقیاس کوچک-برای تأیید پایداری فرآیند انجام شود.

4. تطبیق سناریوهای برنامه با طراحی منطقه انتقال
تمایز بین خم شدن یکباره و خمش پویا: در عمل، متوجه شدیم که بسیاری از مشتریان به وضوح بین این دو سناریو کاربردی تمایز قائل نمی‌شوند که منجر به طراحی‌های بیش از حد محافظه کارانه یا تهاجمی می‌شود. به عنوان مثال، ناحیه خمش یک‌باره می‌تواند سرریز رزین را به‌طور مناسب بپذیرد، در حالی که خمش دینامیکی به کنترل دقیق هر لبه تیز در ناحیه انتقال نیاز دارد.

چالش‌های موجود در روند کوچک‌سازی: با افزایش تقاضا برای بردهای مدار چاپی انعطاف‌پذیر سخت به دلیل کوچک‌سازی دستگاه (مانند دستگاه‌های پوشیدنی، سمعک)، فضای طراحی مناطق انتقالی بیشتر فشرده می‌شود. توصیه می‌شود که مشتریان بهینه‌سازی پشته را اولویت‌بندی کنند، مانند کاهش ضخامت ناحیه تخته سخت یا تنظیم موقعیت تخته انعطاف‌پذیر، تا فضای بیشتری در ناحیه انتقال آزاد شود، در حالی که طراحی را از طریق آزمایش قابلیت اطمینان تأیید می‌کنند (مانند آزمایش چرخه خمشی).

5. حالت های رایج شکست در مناطق انتقال
به عنوان مثال، شکستگی رد مس، لایه لایه شدن بین لایه ها، یا کاهش استحکام دی الکتریک. این مسائل اغلب به عدم توجه کافی به عوامل محیطی (مانند چرخه دما و رطوبت) در مرحله طراحی مربوط می شود. توصیه می شود که مشتریان تست پیری تسریع شده را در مرحله بعدی توسعه محصول انجام دهند تا استرس را در شرایط استفاده واقعی شبیه سازی کنند.

همکاری حلقه بسته از طراحی تا ساخت
مدیریت مناطق انتقال در بردهای مدار چاپی انعطاف پذیر سفت و سخت شامل همکاری بین طراحی، ساخت و سناریوهای کاربردی است. ما همیشه توصیه می کنیم:

طراحی آینده‌نگر: تنش‌های مکانیکی و حرارتی در ناحیه انتقال را در مرحله طراحی کاملاً در نظر بگیرید و از ابزارهای شبیه‌سازی و بازخورد تأمین‌کننده برای بهینه‌سازی راه‌حل استفاده کنید.
کنترل ساخت: برای اطمینان از اینکه فرآیندهای تولید (مانند آسیاب و لمینیت) انتظارات طراحی را برآورده می کند و تأیید کیفیت را در گره های حیاتی انجام می دهد، از نزدیک با تأمین کنندگان کار کنید.
انطباق سناریوی برنامه: استراتژی های طراحی را بر اساس الزامات برنامه کاربردی محصول ({0}}خم شدن یکباره یا خمش پویا) تنظیم کنید تا از تعادل بین عملکرد و قابلیت اطمینان اطمینان حاصل کنید.
اگر نیازی به مدارهای چاپی فلکس سخت دارید، لطفاً با ما تماس بگیرید و ما پشتیبانی فنی را برای شما ارائه خواهیم کرد.

برد مدار چاپی ریجید فلکس برد چاپی فلکس fr4 pcb