Pokovuje viditelnou vrstvu ve flexibilní desce s plošnými spoji

Při kontrole holé flexibilní obvodové desky , můžete si všimnout světlých kovových povrchů. Tyto lesklé oblasti často vytvářejí běžnou mylnou představu o vnější struktuře desky. Můžete předpokládat, že pokovení pokrývá celý exteriér. Ne, pokovování obecně není primární viditelná vrstva. Dominantní viditelnou vrstvou je ve skutečnosti krycí vrstva, kterou je typicky polyimidový film. Pokovování slouží jako povrchová úprava a objevuje se pouze na specifických, selektivně exponovaných místech.

Pochopení přesného vztahu mezi měděnou základnou, krycí vrstvou a povrchovým pokovením je pro inženýry a nákupní týmy zásadní. Specifikace nesprávného pokovovacího materiálu nebo exponované oblasti může vést k mikropraskání během ohýbání. Může také snížit výtěžnost sestavy nebo způsobit předčasné selhání pole. V této příručce prozkoumáme anatomii ohebných obvodů. Dozvíte se, proč je pokovování aplikováno selektivně, jak vyhodnotit možnosti povrchové úpravy a způsoby, jak specifikovat pokovení ve vaší sestavě.

Klíčové věci

• Primární viditelnou izolační vrstvou na většině flexibilních obvodů je polyimidová krycí vrstva, nikoli pokovení.

• Povrchové pokovování (jako ENIG, Hard Gold nebo Tin) se selektivně aplikuje pouze na exponované plošky, prokovy a prsty konektoru, aby byla zajištěna pájitelnost a zabráněno oxidaci.

• Aplikace pokovování přes dynamické ohybové oblasti zvyšuje tuhost a riziko mechanického selhání.

• Výběr správné povrchové úpravy pro flexibilní desky s plošnými spoji vyžadují vyváženou životnost, kompatibilitu konektorů a teplotní omezení montáže.

Anatomie FPC: Coverlay vs. Surface Plating

Abyste pochopili, co vlastně vidíte na holém flex obvodu, musíte se podívat na jeho základní vrstvy. Každá vrstva slouží odlišnému mechanickému a elektrickému účelu.

Základní měď

Výrobci leptají vodivé stopy z pevné měděné fólie. Obvykle se setkáte se dvěma druhy mědi. Válceně žíhaná (RA) měď se vyznačuje protáhlou strukturou zrna. Díky tomu je ideální pro dynamické ohýbání. Elektrolyticky nanášená (ED) měď má vertikální strukturu zrna. Více vyhovuje aplikacím se statickou flexí. Bez ohledu na typ je holá měď vysoce citlivá na oxidaci. Pokud zůstane nechráněná, vlhkost prostředí a vzduch rychle degradují měď. To zhoršuje vodivost a ničí pájitelnost.

Coverlay (skutečně viditelná vrstva)

Protože holá měď snadno degraduje, výrobci ji musí chránit. Aplikují krycí vrstvu, aby zakryli stopy. Krycí vrstva funguje jako flexibilní ekvivalent pájecí masky tuhé desky. Obvykle se skládá z polyimidového (PI) filmu spojeného akrylovým nebo epoxidovým lepidlem. Když se podíváte na flex obvod, tato polyimidová vrstva je to, co primárně vidíte. Pokrývá více než 90 % povrchu desky. Krycí vrstva poskytuje kritickou elektrickou izolaci. Poskytuje také robustní fyzickou ochranu proti poškrábání, prachu a vlhkosti.

Povrchové pokovování (odkrytá kovová vrstva)

Součástky nemůžete pájet přímo přes polyimidový kryt. Výrobci musí záměrně otevírat 'okna' v krycí fólii. Odhalují měděnou základnu na podložkách součástek, kontaktech konektoru ZIF (Zero Insertion Force) a testovacích bodech. Povrchové pokovení je konečná chemická nebo elektrolytická úprava aplikovaná výhradně na tato exponovaná místa. Chrání lokalizovanou měď před oxidací a zároveň zajišťuje spolehlivý povrch pro pájení nebo mechanický kontakt. Pokovování není univerzální nátěr. Jedná se o vysoce cílenou metalickou úpravu.

Proč se pokovování používá selektivně (inženýrská a nákladová realita)

Možná se divíte, proč jednoduše nepokovujeme celou měděnou vrstvu před nanesením krycí vrstvy. Univerzální nanášení povrchových úprav napříč a flexibilní obvodová deska zavádí přísné mechanické a elektrické postihy.

Rizika mechanické pružnosti

Pokovovací kovy mají jiné fyzikální vlastnosti než základní měď. Kovy jako nikl a zlato jsou ze své podstaty křehké. Válcovaná a žíhaná měď se krásně ohýbá. Při stejném namáhání se zlomí nikl. Pokud provedete plné trasování, zničíte dynamický poloměr ohybu desky. Když ohnete plně pokovenou stopu, tuhá niklová podkladová vrstva praskne. Tyto mikrotrhliny se šíří dolů do měděné základny. Nakonec se stopa úplně rozbije, což vede ke katastrofálním otevřeným okruhům.

Efektivita nákladů

Drahé kovy zvyšují náklady na povrchovou úpravu. Procesy jako ENIG (Electroless Nickel Immersion Gold) nebo Hard Gold využívají nákladné prvky. Palladium a zlato mají vysoké náklady na suroviny. Selektivní pokovování omezuje tyto drahé kovy pouze na funkční kontaktní body. Tím, že ponecháte pokovení lokalizované na podložkách a konektorových prstech, optimalizujete výrobní náklady. Aplikace zlata přes nefunkční stopové oblasti plýtvá kapitálem.

Integrita a impedance signálu

Nepřetržité pokovování mění fyzické rozměry vašich vodivých stop. To narušuje návrhy s řízenou impedancí. Když všude aplikujete pokovování, tři proměnné se nepředvídatelně změní:

1. Tloušťka stopy: Pokovení přidává měděné čáře vertikální výšku.

2. Geometrie stopy: Chemické pokovování může změnit tvar průřezu stopy.

3. Dielektrická vzdálenost: Mezera mezi povrchem stopy a referenční rovinou se posune.

Omezením pokovování na součástkové podložky zůstanou vaše stopy vysokorychlostního signálu jednotné. Zachovají si přesné rozměry mědi definované během počátečního procesu leptání.

Vyhodnocování možností povrchového pokovení pro flexibilní desky s plošnými spoji

Ne všechny povrchové úpravy slouží stejnému účelu. Povrchovou úpravu musíte vybrat na základě prostředí sestavy, potřeb skladovatelnosti a mechanických rozhraní.

Bezproudové niklové imerzní zlato (ENIG)

ENIG je jednou z nejoblíbenějších povrchových úprav v oboru. Na měď se nanese vrstva niklu, po níž následuje tenká vrstva imerzního zlata.

• Nejlepší pro: Součástky s jemnou roztečí, rovné povrchy a spolehlivou pájitelnost. Zlato zabraňuje oxidaci, zatímco nikl působí jako bariérová vrstva.

• Omezení: Niklová podkladová vrstva je tuhá. ENIG musíte přísně držet mimo zóny ohybu. Pokud otvor krycí vrstvy zasahuje do oblasti skládání, nikl se při ohýbání zlomí.

Tvrdé zlato

Tvrdé zlato využívá elektrolytický proces k nanášení silnější a tvrdší zlaté slitiny. Obsahuje stopové prvky jako kobalt pro zvýšení trvanlivosti.

• Nejlepší pro: prsty konektoru ZIF, posuvné kontakty a oblasti vyžadující vysokou fyzickou odolnost proti opotřebení. Přežije stovky cyklů vkládání.

• Omezení: Je drahý a extrémně křehký. Potřebujete konkrétní pravidla návrhu, abyste zajistili, že oblast ohybu zůstane fyzicky oddělena od tvrdých zlatých prstů.

Imerzní cín & Imerzní stříbro

Tyto povrchové úpravy nanášejí tenkou vrstvu cínu nebo stříbra přímo na odkryté měděné podložky.

• Nejlepší pro: Velkoobjemové aplikace citlivé na náklady. Nabízejí vynikající rovinné povrchy pro jemné pájení.

• Omezení: Trpí krátkou dobou skladovatelnosti. Oba jsou náchylné k poškození při manipulaci a zašpinění. Před montáží je musíte skladovat ve vysoce kontrolovaném vakuově uzavřeném prostředí.

Ochranný prostředek na organickou pájitelnost (OSP)

OSP je organická sloučenina na vodní bázi. Selektivně se váže na měď a vytváří mikroskopickou ochrannou vrstvu.

• Nejlepší pro: Velmi levné pájení bez olova. Udržuje podložky dokonale ploché bez přidání jakékoli kovové tloušťky.

• Omezení: Nabízí nulovou ochranu proti fyzickému opotřebení. OSP rychle degraduje po prvním tepelném cyklu. Špatně se hodí pro víceprůchodové přetavovací sestavy.

Srovnávací tabulka povrchové úpravy

Průchozí pokovování (PTH) vs. pokovování s povrchovou úpravou

Inženýři často zaměňují povrchové pokovení s pokovením s průchozími otvory. Zatímco oba zahrnují nanášení kovu, plní zcela odlišné konstrukční role v a flexibilních desek plošných spojů . design

Rozlišení dvou procesů

Konstrukční pokovení spojuje různé vrstvy desky. Výrobci ukládají měď dovnitř provrtanou otvory. Tím se vytvoří elektrická kontinuita mezi horní a spodní vrstvou. Tuto technologii nazýváme Plated Through-Hole (PTH). Povrchová ochranná vrstva je jiná. Jedná se o konečnou úpravu nanesenou na podložky a PTH prstence k ochraně mědi před oxidací. PTH staví strukturu obvodu. Povrchové úpravy chrání rozhraní.

PTH v deskách Flex

Prostřednictvím pokovování na flexibilních substrátech představuje jedinečné výrobní výzvy. Flex desky spoléhají na akrylová nebo polyimidová lepidla. Tato lepidla vykazují vysoký koeficient tepelné roztažnosti (CTE). Při přetavení sestavy se deska zahřeje. Lepidla rychle expandují podél osy Z. Toto rozšíření táhne měděný válec uvnitř průchozího otvoru. Pokud je měděné pokovení příliš tenké, hlaveň praskne. Zvládání tohoto napětí v ose Z vyžaduje vysoce kontrolované elektrolytické nanášení mědi.

Doporučené postupy kontroly pravidel návrhu (DRC).

Musíte pečlivě umístit průchody, abyste zabránili zlomení dlahy. Při rozvržení dodržujte tato konkrétní pravidla:

• Vyhněte se ohybovým zónám: Nikdy neumísťujte prokovy do dynamických nebo statických ohybových oblastí. Ohyb namáhá tuhý měděný válec a způsobuje okamžité selhání.

• Využijte tuhé sekce: Umístěte prokovy do oblastí podepřených výztuhami, kdykoli je to možné. Výztuhy omezují pohyb a chrání integritu PTH.

• Zvětšení prstencových prstenců: Ohebné materiály se během výroby smršťují a roztahují. Použijte větší prstencové kroužky pro kompenzaci posunů soutisku mezi vrstvami.

Specifikace a nákup: Jak definovat pokovování ve vašem stohu

Rozhodnutí o pokovování nemůžete nechat náhodě. Nejednoznačné výrobní soubory vedou k nízké výtěžnosti sestavy. V poznámkách k výrobě musíte explicitně definovat povrchové úpravy a otvory krycí vrstvy.

Definování otvorů krycí vrstvy

Musíte zadat správné tolerance pro registraci krycí vrstvy. Krycí vrstva je před laminováním na desku vrtána, děrována nebo řezána laserem. Někdy dochází k posunům zarovnání. Pokud krycí vrstva nadměrně překrývá podložku součásti, vytvoří masku. Pokovovací chemikálie se nemohou dostat k zachycené mědi. To má za následek 'přeskočit pokovování'. Bez pokovování se holá měď oxiduje. Během montáže pájka odmítá smáčet na zoxidovanou měď a vytváří vadné spoje. Vždy navrhujte otvory pro krycí vrstvu větší než spodní měděná podložka. Standardní vůle je typicky 0,05 mm až 0,10 mm na stranu.

Sladění Finish se strategií montáže

Vámi zvolená povrchová úprava musí odpovídat možnostem smluvního výrobce (CM). Před dokončením stohování ověřte jejich profily přeformátování. Pokud váš CM používá více agresivních tepelných cyklů, OSP selže. Organická vrstva se spálí během prvního průchodu. Následné průchody vystaví holou měď oxidaci. Ve víceprůchodových scénářích je ENIG mnohem odolnější. Kromě toho se ujistěte, že povrchová úprava je kompatibilní s typy tavidel používaných v jejich vlnových nebo selektivních pájecích strojích.

Soulad a ověření dodavatele

Při výběru výrobce vyhodnoťte jeho soulad s průmyslovými standardy. Měli byste hledat přísné dodržování možností IPC-6013. Tato norma upravuje kvalifikační a výkonnostní specifikace pro flexibilní tištěné vodiče. Zeptejte se na konkrétní otázky týkající se jejich chemických kontrol.

Ověřte například jejich kontrolu nad tloušťkou niklu v procesech ENIG. Pokud prodejce špatně spravuje zlatou ponornou lázeň, může to způsobit hyperkorozi podkladového niklu. Říkáme tomu syndrom 'black pad'. V flex aplikacích vede černá podložka ke katastrofálním křehkým zlomeninám pájených spojů. Důvěryhodný prodejce poskytne zprávy o průřezu mikrořezů, které prokazují, že jejich tloušťka pokovení zůstává v přísných tolerancích IPC.

Závěr

Pokovování je funkční, vysoce lokalizovaná vrstva určená čistě pro konektivitu a pájení. Viditelná krycí vrstva poskytuje konstrukční ochranu a ochranu životního prostředí pokrývající většinu desky. Pochopení tohoto rozdílu vám pomůže lépe si vybrat materiál.

Před výběrem povrchové úpravy vždy dokončete požadovaný poloměr ohybu, oblasti skládání a typy konektorů. Pevné povrchové úpravy jako ENIG a Hard Gold udržujte daleko od dynamických napěťových zón, abyste zabránili vzniku mikrotrhlin. Srovnejte své volby pokovení s tepelnými profily vašeho výrobce, abyste zajistili vysoké výnosy montáže.

Nehádejte, pokud jde o nahromadění materiálu. Odešlete své soubory Gerber a požadavky na stohování svému výrobnímu partnerovi za účelem komplexního přezkoumání návrhu pro výrobu (DFM). Důkladná kontrola DFM zajišťuje, že vaše specifikace pokovování dokonale odpovídají vašim dlouhodobým cílům spolehlivosti.

FAQ

Otázka: Můžete pokrýt celý povrch flexibilní obvodové desky?

Odpověď: Je to technicky možné, ale velmi se to nedoporučuje. Kovy jako nikl a zlato jsou tuhé. Potažení celého povrchu způsobuje extrémní ztrátu pružnosti. Deska ztuhne, což zvyšuje riziko vážného praskání stopy při ohýbání. To také způsobuje neúměrné materiálové náklady bez přidané funkční hodnoty.

Otázka: Proč se konce konektorů mé ohebné desky liší od podložek součástek?

Odpověď: Různé oblasti plní různé funkce. Konce konektorů, známé jako prsty, obvykle vyžadují tvrdé zlato. Tato silná slitina poskytuje vynikající odolnost pro opakované cykly vkládání do patic ZIF. Součástkové destičky vyžadují spíše optimální pájitelnost než fyzickou odolnost proti opotřebení, takže obvykle dostávají povrchovou úpravu ENIG nebo OSP.

Otázka: Ovlivňuje tloušťka pokovení poloměr ohybu?

A: Ano. Silnější oplechování výrazně omezuje povolený poloměr ohybu. Tuhé vrstvy, zejména silné niklové podkladové vrstvy v povrchových úpravách ENIG, se nemohou roztahovat jako základní měď. Silné pokovování omezuje desku na jednoduché aplikace 'flex-to-install' spíše než na scénáře kontinuálního dynamického ohýbání.