لایه قابل مشاهده را در برد مدار چاپی انعطاف پذیر آبکاری می کند

هنگام بازرسی لخت برد مدار انعطاف پذیر ، ممکن است متوجه سطوح فلزی روشن شوید. این مناطق براق اغلب یک تصور غلط رایج در مورد ساختار بیرونی تخته ایجاد می کنند. ممکن است فرض کنید که آبکاری کل نمای بیرونی را می پوشاند. نه، آبکاری به طور کلی لایه قابل مشاهده اولیه نیست. لایه قابل مشاهده غالب در واقع پوشش است که معمولاً یک فیلم پلی آمیدی است. آبکاری به عنوان پوشش سطح عمل می کند و فقط در مناطق خاص و انتخابی در معرض دید ظاهر می شود.

درک رابطه دقیق بین پایه مسی، پوشش و آبکاری سطح برای مهندسان و تیم های تدارکات بسیار مهم است. مشخص کردن مواد آبکاری اشتباه یا ناحیه در معرض آن می تواند منجر به ایجاد ترک خوردگی در حین خمش شود. همچنین می تواند بازده مونتاژ را کاهش دهد یا باعث خرابی زودرس میدان شود. در این راهنما، آناتومی مدارهای فلکس را بررسی خواهیم کرد. شما یاد خواهید گرفت که چرا آبکاری به صورت انتخابی اعمال می شود، چگونه گزینه های پرداخت سطح را ارزیابی کنید، و راه هایی برای تعیین آبکاری در استک آپ خود.

خوراکی های کلیدی

• لایه عایق قابل مشاهده اولیه در اکثر مدارهای انعطاف پذیر پوشش پلی آمید است نه آبکاری.

• آبکاری سطحی (مانند ENIG، طلای سخت یا قلع) به طور انتخابی فقط بر روی لنت های در معرض، ویا و انگشتان رابط اعمال می شود تا از لحیم کاری اطمینان حاصل شود و از اکسیداسیون جلوگیری شود.

• اعمال آبکاری در نواحی خمشی دینامیکی استحکام و خطر شکست مکانیکی را افزایش می دهد.

• انتخاب سطح مناسب برای بردهای مدار چاپی منعطف نیاز به تعادل عمر مفید، سازگاری کانکتور و محدودیت دمای مونتاژ دارند.

آناتومی FPC: پوشش در مقابل آبکاری سطح

برای درک آنچه در واقع در یک مدار فلکس برهنه می بینید، باید به لایه های پایه آن نگاه کنید. هر لایه یک هدف مکانیکی و الکتریکی مجزا را انجام می دهد.

مس پایه

سازندگان آثار رسانا را از یک فویل مسی جامد حکاکی می کنند. شما معمولا با دو نوع مس مواجه خواهید شد. مس نورد آنیل شده (RA) دارای ساختار دانه ای دراز است. این آن را برای خمش دینامیکی ایده آل می کند. مس با رسوب الکتریکی (ED) ساختار دانه ای عمودی دارد. برای برنامه های انعطاف پذیر استاتیک بهتر مناسب است. صرف نظر از نوع، مس لخت به شدت مستعد اکسیداسیون است. در صورت محافظت نشدن، رطوبت محیط و هوا به سرعت مس را تخریب می کند. این امر رسانایی را کاهش می دهد و لحیم کاری را خراب می کند.

پوشش (لایه واقعی قابل مشاهده)

از آنجایی که مس لخت به راحتی تجزیه می شود، تولیدکنندگان باید از آن محافظت کنند. آنها یک پوشش برای محافظت از آثار اعمال می کنند. پوشش به عنوان معادل انعطاف پذیر ماسک لحیم کاری تخته سفت و سخت عمل می کند. معمولاً از یک فیلم پلی آمید (PI) تشکیل شده است که توسط یک چسب اکریلیک یا اپوکسی به هم متصل شده است. وقتی به مدار فلکس نگاه می کنید، این لایه پلی آمید همان چیزی است که در درجه اول می بینید. بیش از 90 درصد از سطح تخته را پوشش می دهد. پوشش عایق الکتریکی حیاتی را فراهم می کند. همچنین محافظت فیزیکی قوی در برابر خراش، گرد و غبار و رطوبت ارائه می دهد.

آبکاری سطحی (لایه فلزی در معرض دید)

شما نمی توانید قطعات را مستقیماً از طریق پوشش پلی آمید لحیم کنید. تولیدکنندگان باید به عمد 'پنجره ها' را در پوشش باز کنند. آنها مس پایه را در پدهای اجزاء، کنتاکت های کانکتور نیروی درج صفر (ZIF) و نقاط آزمایش قرار می دهند. آبکاری سطح نهایی نهایی شیمیایی یا الکترولیتی است که به طور انحصاری برای این مناطق در معرض استفاده قرار می گیرد. از مس موضعی در برابر اکسیداسیون محافظت می کند و در عین حال سطح قابل اعتمادی را برای لحیم کاری یا تماس مکانیکی تضمین می کند. آبکاری یک پوشش جهانی نیست. این یک روکش فلزی بسیار هدفمند است.

چرا آبکاری به طور انتخابی اعمال می شود (واقعیت های مهندسی و هزینه)

ممکن است تعجب کنید که چرا ما قبل از اعمال روکش به سادگی کل لایه مس را روکش نمی کنیم. اعمال پوشش های سطحی به صورت جهانی در سراسر a برد مدار انعطاف پذیر جریمه های مکانیکی و الکتریکی شدیدی را وارد می کند.

ریسک های انعطاف پذیری مکانیکی

فلزات آبکاری دارای خواص فیزیکی متفاوتی نسبت به مس پایه هستند. فلزاتی مانند نیکل و طلا ذاتا شکننده هستند. مسی که نورد آنیل شده است به زیبایی خم می شود. نیکل تحت همین استرس شکسته می شود. اگر ردیابی کامل را بسازید، شعاع خمشی پویا تخته را از بین می‌برید. هنگامی که یک اثر کاملاً آبکاری شده را خم می کنید، لایه زیرین نیکل سفت ترک می خورد. این ریز ترک‌ها در پایه مسی منتشر می‌شوند. در نهایت، رد به طور کامل می شکند و منجر به مدارهای باز فاجعه بار می شود.

کارایی هزینه

فلزات گرانبها هزینه های پرداخت سطح را افزایش می دهند. فرآیندهایی مانند ENIG (طلای غوطه‌وری نیکل بدون الکترو) یا طلای سخت از عناصر پرهزینه استفاده می‌کنند. پالادیوم و طلا هزینه مواد اولیه بالایی دارند. آبکاری انتخابی این فلزات گران قیمت را فقط به نقاط تماس عملکردی محدود می کند. با موضعی نگه داشتن آبکاری روی پدها و انگشتان رابط، هزینه های تولید را بهینه می کنید. استفاده از طلا در مناطق ردیابی غیرعملکردی باعث هدر رفتن سرمایه می شود.

یکپارچگی و امپدانس سیگنال

آبکاری مداوم ابعاد فیزیکی آثار رسانای شما را تغییر می دهد. این امر طراحی های امپدانس کنترل شده را مختل می کند. وقتی آبکاری را در همه جا اعمال می کنید، سه متغیر به طور غیرقابل پیش بینی تغییر می کنند:

1. ضخامت ردیابی: آبکاری ارتفاع عمودی را به خط مسی اضافه می کند.

2. هندسه ردیابی: آبکاری شیمیایی می تواند شکل مقطع ردیابی را تغییر دهد.

3. فاصله دی الکتریک: شکاف بین سطح ردیابی و صفحه مرجع جابجا می شود.

با محدود کردن آبکاری به پدهای اجزاء، ردیابی سیگنال پرسرعت شما یکنواخت باقی می ماند. آنها ابعاد دقیق مسی را که در طول فرآیند اچ اولیه تعریف شده است، حفظ می کنند.

ارزیابی گزینه های آبکاری سطحی برای تخته های مدار چاپی انعطاف پذیر

تمام پوشش های سطحی به یک هدف عمل نمی کنند. شما باید بر اساس محیط مونتاژ، نیازهای ماندگاری و رابط های مکانیکی، یک پایان را انتخاب کنید.

طلای غوطه‌وری نیکل الکترولس (ENIG)

ENIG یکی از محبوب ترین پرداخت ها در صنعت است. لایه‌ای از نیکل روی مس و به دنبال آن یک لایه نازک از طلای غوطه‌وری می‌ریزد.

• بهترین برای: اجزای ریز گام، سطوح صاف و لحیم کاری قابل اعتماد. طلا از اکسیداسیون جلوگیری می کند، در حالی که نیکل به عنوان یک لایه مانع عمل می کند.

• محدودیت ها: لایه زیرین نیکل سفت است. شما باید ENIG را به شدت از مناطق خمیده دور نگه دارید. اگر دهانه پوشش تا یک ناحیه تاشو گسترش یابد، نیکل در حین خمش شکسته می شود.

طلای سخت

طلای سخت از فرآیند الکترولیتی برای رسوب دادن آلیاژ طلای ضخیم تر و سخت تر استفاده می کند. حاوی عناصر کمیاب مانند کبالت برای افزایش دوام است.

• بهترین گزینه برای: انگشتان رابط ZIF، کنتاکت های کشویی و مناطقی که به مقاومت فیزیکی بالایی نیاز دارند. از صدها چرخه درج زنده می ماند.

• محدودیت ها: گران و بسیار شکننده است. شما به قوانین طراحی خاصی نیاز دارید تا اطمینان حاصل کنید که ناحیه خم به طور فیزیکی از انگشتان طلای سخت جدا می شود.

قلع غوطه وری و نقره ای غوطه ور

این پوشش‌ها یک لایه نازک قلع یا نقره را مستقیماً روی پدهای مسی در معرض قرار می‌دهند.

• بهترین برای: برنامه های کاربردی با حجم بالا و حساس به هزینه. آنها سطوح مسطح عالی را برای لحیم کاری ریز ارائه می دهند.

• محدودیت ها: آنها از عمر مفید کوتاه رنج می برند. هر دو مستعد آسیب دیدن و کدر شدن هستند. قبل از مونتاژ باید آنها را در محیط های کاملاً کنترل شده و مهر و موم شده با خلاء نگهداری کنید.

نگهدارنده لحیم کاری ارگانیک (OSP)

OSP یک ترکیب آلی مبتنی بر آب است. به طور انتخابی به مس می چسبد و یک لایه محافظ میکروسکوپی تشکیل می دهد.

• بهترین برای: لحیم کاری بسیار کم هزینه و بدون سرب. این لنت ها را کاملا صاف و بدون افزودن ضخامت فلزی نگه می دارد.

• محدودیت ها: محافظت صفر در برابر سایش فیزیکی ارائه می دهد. OSP پس از اولین چرخه حرارتی به سرعت تخریب می شود. برای مجموعه‌های جریان مجدد چند پاسی مناسب نیست.

نمودار مقایسه پایان سطح

آبکاری از طریق سوراخ (PTH) در مقابل آبکاری سطحی

مهندسان اغلب آبکاری سطح را با آبکاری از طریق سوراخ اشتباه می گیرند. در حالی که هر دو شامل رسوب فلز هستند، نقش‌های ساختاری کاملاً متفاوتی در الف دارند بردهای مدار چاپی انعطاف پذیر طراحی

افتراق دو فرآیند

آبکاری ساختاری لایه های مختلف تخته را به هم متصل می کند. تولیدکنندگان مس را از طریق سوراخ‌هایی در داخل حفر می‌کنند. این امر تداوم الکتریکی را بین لایه های بالا و پایین برقرار می کند. ما به این فناوری Plated Through-Hole (PTH) می گوییم. آبکاری محافظ سطح متفاوت است. این پوشش نهایی است که روی پدها و حلقه های حلقوی PTH برای محافظت از مس در برابر اکسیداسیون اعمال می شود. PTH ساختار مدار را می سازد. پوشش های سطحی از رابط محافظت می کنند.

PTH در بردهای فلکس

از طریق آبکاری در بسترهای منعطف، چالش‌های تولید منحصربه‌فردی را معرفی می‌کند. تخته های فلکس بر چسب های اکریلیک یا پلی آمید متکی هستند. این چسب ها دارای ضریب انبساط حرارتی (CTE) بالایی هستند. در طول جریان مجدد مونتاژ، برد گرم می شود. چسب ها به سرعت در امتداد محور Z گسترش می یابند. این انبساط بشکه مسی را در داخل سوراخ ورودی می کشد. اگر آبکاری مس بیش از حد نازک باشد، بشکه پاره می شود. مدیریت این تنش محور Z نیاز به رسوب الکترولیتی مس بسیار کنترل شده دارد.

بهترین روش‌های بررسی قوانین طراحی (DRC).

برای جلوگیری از شکستگی حفره‌های آبکاری شده باید ویزها را با دقت قرار دهید. این قوانین خاص را در طول طرح بندی خود دنبال کنید:

• از مناطق خمشی اجتناب کنید: هرگز دریچه ها را در نواحی خمشی پویا یا استاتیک قرار ندهید. خمش بشکه مسی سفت و سخت را تحت فشار قرار می دهد و باعث شکست فوری می شود.

• از بخش‌های سفت‌شده استفاده کنید: هر زمان که امکان دارد، گذرگاه‌ها را در مناطقی که توسط سفت‌کننده‌ها پشتیبانی می‌شوند، قرار دهید. سفت کننده ها حرکت را محدود می کنند و از یکپارچگی PTH محافظت می کنند.

• افزایش حلقه های حلقوی: مواد فلکس در طول تولید منقبض و کشیده می شوند. از حلقه های حلقوی بزرگتر برای جبران جابه جایی های ثبت بین لایه ها استفاده کنید.

مشخصات و تدارکات: چگونه آبکاری را در استک آپ خود تعریف کنید

شما نمی توانید تصمیمات مربوط به آبکاری را به شانس بسپارید. فایل های تولید مبهم منجر به بازده مونتاژ ضعیف می شود. شما باید پوشش سطح و دهانه پوشش را به صراحت در یادداشت های ساخت خود تعریف کنید.

تعریف بازشوهای پوششی

شما باید تلورانس های مناسب را برای ثبت پوشش مشخص کنید. روکش قبل از اینکه روی تخته لمینت شود سوراخ شده، پانچ شده یا برش لیزری می شود. گاهی اوقات، جابجایی تراز اتفاق می افتد. اگر روکش بیش از حد روی پد جزء همپوشانی داشته باشد، ماسک ایجاد می کند. مواد شیمیایی آبکاری نمی توانند به مس محبوس شده برسند. این منجر به 'پرش آبکاری' می شود. بدون آبکاری، مس لخت اکسید می شود. در حین مونتاژ، لحیم کاری از خیس شدن به مس اکسید شده خودداری می کند و اتصالات معیوب ایجاد می کند. همیشه دهانه های روکش را بزرگتر از پد مسی زیرین طراحی کنید. فاصله استاندارد معمولاً 0.05 تا 0.10 میلی متر در هر طرف است.

همراستایی پایان با استراتژی اسمبلی

پرداخت انتخابی شما باید با قابلیت های سازنده قراردادی (CM) شما مطابقت داشته باشد. قبل از نهایی کردن استک آپ، نمایه های جریان مجدد آنها را تأیید کنید. اگر CM شما از چندین سیکل حرارتی تهاجمی استفاده کند، OSP از کار می افتد. لایه ارگانیک در اولین پاس می سوزد. عبورهای بعدی مس لخت را در معرض اکسیداسیون قرار می دهد. در سناریوهای چند پاسی، ENIG بسیار انعطاف پذیرتر است. علاوه بر این، اطمینان حاصل کنید که پوشش با انواع شار مورد استفاده در دستگاه های لحیم کاری موجی یا انتخابی آنها سازگار است.

انطباق و تأیید فروشنده

هنگام انتخاب سازنده، مطابقت آنها با استانداردهای صنعت را ارزیابی کنید. شما باید به دنبال پایبندی دقیق به قابلیت های IPC-6013 باشید. این استاندارد بر مشخصات صلاحیت و عملکرد سیم کشی چاپی انعطاف پذیر حاکم است. سوالات خاصی در مورد کنترل های شیمیایی آنها بپرسید.

به عنوان مثال، کنترل آنها بر ضخامت نیکل در فرآیندهای ENIG را تأیید کنید. اگر فروشنده به خوبی حمام غوطه وری طلا را مدیریت کند، می تواند باعث خوردگی بیش از حد نیکل زیرین شود. ما به این سندروم 'بالک سیاه' می گوییم. در کاربردهای فلکس، لنت سیاه منجر به شکستگی های شکننده لحیم کاری فاجعه بار می شود. یک فروشنده قابل اعتماد گزارش های ریز مقطعی را ارائه می دهد که ثابت می کند ضخامت آبکاری آنها در محدوده تحمل IPC محکم باقی می ماند.

نتیجه گیری

آبکاری یک لایه کاربردی و بسیار موضعی است که صرفاً برای اتصال و لحیم کاری طراحی شده است. پوشش قابل مشاهده، حفاظت ساختاری و محیطی را که اکثر تخته را پوشش می دهد، فراهم می کند. درک این تمایز به شما کمک می کند تا انتخاب های مواد بهتری داشته باشید.

همیشه قبل از انتخاب روکش سطح، شعاع خمش، نواحی تاشو و انواع رابط مورد نیاز خود را نهایی کنید. روکش های سفت و سخت مانند ENIG و طلای سخت را از مناطق تنش پویا دور نگه دارید تا از ترک خوردگی ریز جلوگیری کنید. انتخاب های آبکاری خود را با پروفیل های حرارتی سازنده خود هماهنگ کنید تا از بازده مونتاژ بالا اطمینان حاصل کنید.

وقتی صحبت از انباشته مواد می شود حدس نزنید. فایل‌های Gerber و الزامات stackup خود را برای بررسی جامع طراحی برای تولید (DFM) به شریک تولیدی خود ارسال کنید. بررسی کامل DFM تضمین می کند که مشخصات آبکاری شما کاملاً با اهداف بلندمدت اطمینان شما مطابقت دارد.

سوالات متداول

س: آیا می توانید کل سطح یک برد مدار انعطاف پذیر را بپوشانید؟

پاسخ: از نظر فنی امکان پذیر است اما بسیار ناامید است. فلزات آبکاری مانند نیکل و طلا سفت و سخت هستند. پوشش کل سطح باعث از دست دادن شدید انعطاف پذیری می شود. تخته سفت می شود و خطر ترک خوردن شدید در هنگام خم شدن را افزایش می دهد. همچنین بدون افزودن ارزش عملکردی، هزینه های گزاف مواد را متحمل می شود.

س: چرا انتهای رابط برد فلکس من با پدهای کامپوننت متفاوت به نظر می رسد؟

A: مناطق مختلف عملکردهای متفاوتی را انجام می دهند. انتهای رابط، که به عنوان انگشت شناخته می شود، معمولاً به طلای سخت نیاز دارد. این آلیاژ ضخیم دوام عالی را برای چرخه های مکرر درج در سوکت های ZIF فراهم می کند. لنت های اجزاء به جای مقاومت در برابر سایش فیزیکی به لحیم کاری مطلوب نیاز دارند، بنابراین معمولاً پوشش های ENIG یا OSP را دریافت می کنند.

س: آیا ضخامت آبکاری بر شعاع خمش تأثیر می گذارد؟

ج: بله. آبکاری ضخیم تر به طور قابل توجهی شعاع خمش مجاز را محدود می کند. لایه های سفت، به ویژه لایه های زیرین نیکل ضخیم در پرداخت های ENIG، نمی توانند مانند مس پایه کشیده شوند. آبکاری سنگین برد را به برنامه های ساده 'نصب برای نصب' محدود می کند تا سناریوهای خمش پویا پیوسته.