برد مدار انعطاف پذیر را فرو می برد

آیا تا به حال به این فکر کرده اید که وقتی مایع با یک مدار فعال تماس می گیرد چه اتفاقی می افتد؟ فرو بردن a برد مدار انعطاف پذیر در سیالات یا قرار دادن آن در معرض رطوبت شدید، آسیب پذیری حیاتی را برجسته می کند. رطوبت به عنوان یک تخریب کننده بی صدا در الکترونیک مدرن عمل می کند. بسترهای پلی آمید دارای پایداری حرارتی باورنکردنی هستند. آنها همچنین مقاومت شیمیایی بسیار خوبی در برابر حلال های خشن صنعتی ارائه می دهند. با این حال، هندلینگ ضعیف در هنگام مونتاژ به راحتی منجر به خرابی های فاجعه بار در میدان می شود. بخار آب محبوس شده در لایه های داخلی به سرعت تحت گرمای شدید منبسط می شود. این گسترش خشونت آمیز ساختارهای ظریف داخلی را از هم می پاشد. انتقال از پلتفرم های سفت و سخت سنتی به طرح های انعطاف پذیر مستلزم رعایت دقیق قوانین طراحی برای تولید (DFM) است. شما باید درک کنید که چگونه عوامل استرس زای محیطی با خواص مواد خاص تعامل دارند. این راهنمای جامع واقعیت های اساسی تولید را تجزیه می کند. ما به شما کمک می کنیم تا طرح های سازه ای خود را به طور موثر واجد شرایط کنید. دقیقاً یاد خواهید گرفت که چگونه از لایه برداری شدید جلوگیری کنید. ما به شما نشان خواهیم داد که چگونه از شکستگی ردپای دینامیکی به طور کامل جلوگیری کنید.

خوراکی های کلیدی

• رطوبت یک قاتل خاموش است: پلی‌آمید بسیار مرطوب‌کننده است. شکست در پخت تخته ها قبل از مونتاژ، لایه لایه شدن مجدد جریان را تضمین می کند.

• TCO هزینه های اولیه را جبران می کند: در حالی که هزینه های نمونه اولیه 5 تا 10 برابر بیشتر از تخته های سفت و سخت است، حذف سیم کشی و اتصالات مکانیکی هزینه های کلی مونتاژ و نقاط خرابی را به شدت کاهش می دهد.

• محدودیت‌های مکانیکی طراحی را دیکته می‌کنند: خم‌های دینامیکی به شعاع حداقل ۱۰۰ برابر ضخامت تخته و پرهیز شدید از ردپای I-beaming نیاز دارند.

• انعطاف‌پذیری صلب نیاز به برنامه‌ریزی انتقال دارد: حفاری از طریق چسب‌های اکریلیک با CTE بالا در نواحی انتقال، سوراخ‌های روکش‌شده (PTH) را بدون فرآیندهای تولید «برش‌شده» خاص پاره می‌کند.

1. مشکل رطوبت: آیا قرار گرفتن در معرض مایع یا رطوبت تخته شما را از بین می برد؟

'غوطه ور کردن' تخته به طور مستقیم در مایعات، ضعف ماده اصلی را آشکار می کند. قرار دادن آن در محیط های با رطوبت بالا دقیقاً همان مکانیسم خرابی را ایجاد می کند. مواد پلی آمیدی فوق العاده بادوام اما بسیار رطوبت گیر هستند. آنها رطوبت هوای اطراف را به سرعت جذب می کنند. تماس مایع این ورود را به میزان قابل توجهی تسریع می کند. رطوبت محبوس شده در مراحل نهایی مونتاژ بسیار خطرناک می شود.

خطر لایه برداری مجدد جریان فوق العاده شدید است. گرمای شدید ناشی از لحیم کاری مجدد به طور ناگهانی به رطوبت محبوس شده برخورد می کند. لحیم کاری تهاجمی دستی دقیقا همان شوک حرارتی را ایجاد می کند. آب پنهان فورا به بخار در حال انبساط تبدیل می شود. این تبخیر سریع فشار اتمسفر داخلی بسیار زیادی ایجاد می کند. فشار باعث ایجاد تاول های قابل مشاهده در سراسر بستر می شود. منجر به لایه برداری شدید لایه می شود. تخته اساساً از داخل جدا می شود. اتصال برق را فوراً از دست می دهید.

برای جلوگیری از این امر باید از یک رویه عملیاتی استاندارد (SOP) سختگیرانه پیروی کنید. توصیه می کنیم قوانین دقیق قبل از پخت را در سراسر مرکز خود اجرا کنید.

• تخته های فلکس خالص استاندارد را دقیقاً 2 ساعت قبل از قرار دادن قطعات در دمای 225 تا 250 درجه فارنهایت بپزید.

• برای اطمینان از حذف مطلق رطوبت در اعماق لایه‌ها، ترکیب‌های انعطاف‌پذیر سفت و سخت را به مدت ۴ تا ۶ ساعت بپزید.

• در صورت تاخیر در مونتاژ، تخته های پخته شده را بلافاصله در کابینت های خشک کن نگهداری کنید.

پس از پخت، وارد یک پنجره مونتاژ دو ساعته شدید. شما باید فرآیند Surface Mount Technology (SMT) را در این بازه زمانی محدود تکمیل کنید. تخته ها بلافاصله پس از خنک شدن شروع به جذب مجدد رطوبت محیط خواهند کرد. اگر این پنجره مهم را از دست دادید، باید کل چرخه پخت را تکرار کنید. هرگز از این قانون اساسی اجرای نادیده نگیرید. نادیده گرفتن آن، شکست های گسترده تولید را تضمین می کند.

2. ارزیابی بردهای مدار چاپی انعطاف پذیر: پیچیدگی اولیه در مقابل قابلیت اطمینان سیستم

تیم های مهندسی اغلب پیچیدگی فیزیکی محض ساخت فلکس را دست کم می گیرند. اجرای نمونه اولیه دسته‌ای کوچک به فرآیندهای تراز نوری بسیار تخصصی نیاز دارد. شما نمی توانید آنها را مانند مجموعه های استاندارد سفت و سخت FR-4 رفتار کنید. حمل و نقل مواد نیاز به دقت استثنایی در هر مرحله تولید دارد. فیلم های خام سست هستند و پردازش آنها از طریق خطوط شیمیایی خودکار دشوار است.

به جای تمرکز صرفاً بر معیارهای ساخت اولیه، دوام مکانیکی بلند مدت را ارزیابی کنید. مجموعه های تخته سفت و سخت سنتی بسیاری از نقاط خرابی سیستمی را پنهان می کنند. مسیریابی سیم دستی خطای انسانی شدیدی را در هنگام مونتاژ کارخانه ایجاد می کند. اتصالات مکانیکی به طور قابل پیش بینی تحت ارتعاش فیزیکی ثابت شل می شوند. منبع یابی کابل های اتصال چندگانه، خطرات زنجیره تامین شما را افزایش می دهد.

بردهای مدار چاپی انعطاف پذیر به طور کامل جایگزین این نقاط ضعف مکانیکی می شوند. آنها مهارهای سیم پیچیده را در یک لایه قابل اعتماد یکپارچه می کنند. این ادغام هوشمند دوام طولانی مدت بالاتر را در محیط های با لرزش بالا تضمین می کند. هوافضا و تجهیزات پزشکی به شدت بر این تکنیک ادغام دقیق متکی هستند.

شما می توانید راه حل های عملی را بر اساس الزامات حرکت فیزیکی دسته بندی کنید:

• Pure Flex: شما باید از این به طور خاص برای حرکت پویا و تکراری استفاده کنید. چرخه های خمش مداوم را بدون زحمت کنترل می کند. چاپگرها و بازوهای رباتیک منحصراً از این دسته استفاده می کنند.

• Rigid-Flex: این سازش ساختاری بهینه را برای الکترونیک متراکم فراهم می کند. از بخش های سفت و سخت FR-4 برای پشتیبانی ایمن از قطعات سنگین و چند پین استفاده می کند. به طور همزمان، از لایه های انعطاف پذیر به عنوان سیم کشی سه بعدی یکپارچه بین مناطق صلب استفاده می کند. این بهترین مطلق هر دو جهان را ارائه می دهد.

3. محدودیت های ساختاری اصلی: جلوگیری از شکستگی های ردیابی و شکستگی های مس

یک طرح فیزیکی تنها زمانی قابل دوام است که از چرخه خمش مورد نظر خود جان سالم به در ببرد. تنش مکانیکی مداوم به طور اساسی خواص مواد را تغییر می دهد. به مرور زمان آثار مس را سخت می کند. این اثر متداول پردازش فلز منجر به خستگی پویا می شود. در نهایت، مس سخت شده به طور کامل تحت کشش می‌شکند. شما بلافاصله ردیابی سیگنال را از دست می دهید.

شما باید به واقعیت های اجرای دقیق احترام بگذارید. قوانین مسیریابی بقای نهایی مدار شما را مشخص می کند.

• استاندارد شعاع خم: خمیدگی استاتیک فقط یک بار در طول نصب رخ می دهد. آنها به شعاع خمشی بیشتر از 10 برابر ضخامت تخته نیاز دارند. خم های پویا حرکت مداوم را تجربه می کنند. آنها به شعاع بیش از 100 برابر ضخامت نیاز دارند. شما باید مناطق خمشی پویا را فقط به یک یا دو لایه مسی محدود کنید. افزودن لایه های بیشتر سفتی را به صورت تصاعدی افزایش می دهد.

• هندسه ردیابی: هرگز آثار را مستقیماً روی لایه های مجاور همپوشانی نکنید. این یک جلوه 'I-beaming' ایجاد می کند که سختی منطقه ای را چند برابر می کند. به جای آن باید ردپاها را در کنار هم قرار دهید. علاوه بر این، ردپاها باید به آرامی به شکل قطره های اشک در هنگام وارد شدن به پدهای سفت و سخت تبدیل شوند. این شکل سیال نقاط تمرکز تنش خشن را که معمولاً شکستگی ها شروع می شود حذف می کند.

پرداخت های سطحی خطرات مکانیکی پنهان را ایجاد می کند. در نواحی خمشی فعال باید از ENIG (طلای غوطه‌وری نیکل بدون الکترو) اجتناب کنید. لایه نیکل ذاتاً شکننده است. شکستگی های ریز در نیکل تحت تنش متوسط ​​ایجاد می شود. این شکستگی های کوچک به سرعت به سمت پایین منتشر می شوند. آنها مس نرم زیرین را پاره می کنند. این خرابی فاجعه بار اغلب در نزدیکی کانکتورهای ZIF (نیروی درج صفر) اتفاق می افتد. به جای آن باید طلای سخت یا OSP (محافظ کننده لحیم کاری ارگانیک) را در مناطق پویا مشخص کنید.

4. Stack-Up and Layering Evaluation: Curing Delamination در منبع

لایه لایه شدن از چیزی بیشتر از ورود رطوبت محیط ناشی می شود. اغلب ناشی از عدم تطابق حجمی و مکانیکی در مرحله لایه‌کاری فشار بالا است. تولیدکنندگان چندین لایه را با استفاده از حرارت و فشار شدید به هم فشار می دهند.

باید مراقب اثر «فیلم ضخیم بهار برگشتی» باشید. تعیین بیش از حد ضخامت پوشش پلی‌آمید شما استرس داخلی زیادی ایجاد می‌کند. پلی آمید به طور طبیعی سعی می کند وقتی گرم می شود به حالت کاملاً صاف برگردد. اگر فیلم بیش از حد ضخیم باشد، این نیروی ذاتی فنر پشتی عظیم می شود. به معنای واقعی کلمه چسب خشک شده را از آثار ظریف مسی شما پاره می کند.

فرمول های چسب به مس خاص خود را تأیید کنید. سازنده انتخابی شما باید از نسبت های حجمی دقیق پیروی کند. چسب باید جریان داشته باشد و هر شکاف میکروسکوپی بین آثار را پر کند.

از این نمودار پایه استاندارد برای مرجع مهندسی استفاده کنید:

چسب ناکافی باعث ایجاد حفره های ریز خطرناک بین آثار تنگ می شود. این حفره های خالی با گذشت زمان گسترش می یابند و مدار را خراب می کنند.

یکپارچگی سیگنال اغلب به طور مستقیم با انعطاف فیزیکی مبارزه می کند. صفحات زمین مسی جامد محافظ EMI عالی را ارائه می دهند. با این حال، انعطاف پذیری مکانیکی را کاملا از بین می برند. به جای آن باید هواپیماهای زمینی هچ شده را ارزیابی کنید. یک شبکه هچ شده امپدانس کنترل شده مورد نیاز شما را کاملاً حفظ می کند. این محافظ الکتریکی لازم را بدون به خطر انداختن انعطاف پذیری مکانیکی به دست می آورد. هنگام گذراندن تست EMI، برد را نرم نگه می دارید.

5. پیمایش مناطق انتقالی انعطاف پذیر صلب

مرز فیزیکی بین مواد انعطاف پذیر و صلب نیاز به مهندسی فوق العاده دقیق دارد. ما به این منطقه انتقال می گوییم. این نشان دهنده بحرانی ترین نقطه شکست در تولید پیشرفته است. در اینجا باید رفتارهای مادی متفاوت را مدیریت کنید.

تهدید پارگی از طریق سوراخ (PTH) قابل توجه است. لایه های فلکس از چسب های اکریلیک ویژه برای اتصال فیلم های پلی آمیدی استفاده می کنند. این چسب ها دارای ضریب انبساط حرارتی محور Z (CTE) بسیار بالایی هستند. وقتی گرم می شوند به شدت متورم می شوند. حفاری مستقیم از طریق این لایه چسب اکریلیک یک بمب ساعتی حرارتی ایجاد می کند. در طول لحیم کاری مجدد، چسب به شدت به سمت بالا منبسط می شود. این انبساط حرارتی شدید، سوراخ مسی اندود شده را به طور کامل از هم جدا می کند. بشکه وایا را به نصف می شکند.

شما باید راه حل های تولیدی خاصی را از فروشندگان انتخابی خود بخواهید. تصور نکنید که آنها این اصلاحات را به طور خودکار اعمال می کنند.

1. نیاز به فرآیند 'Cut-back Coverlayer': این تکنیک کاملاً از استانداردهای صنعتی IPC 2223 5.2.2.2 پیروی می کند. پوشش انعطاف پذیر باید فقط 0.050 اینچ (1.27 میلی متر) در ناحیه سفت و سخت FR-4 گسترش یابد. نباید به طور کامل از تخته سفت عبور کند.

2. اعمال سختگیرانه از طریق مناطق دور نگه داشتن: همه گذرگاه ها را حداقل 20 مایل دورتر از خط انتقال انعطاف پذیر صلب قرار دهید. آنها را محکم در مواد ثابت FR-4 قرار دهید.

3. بررسی انباشته‌های متقارن: این را در اوایل مرحله مسیریابی بررسی کنید. لایه های انعطاف پذیر را کاملاً در مرکز پشته خود قرار دهید. چیدمان نامتقارن باعث تاب برداشتن شدید تخته در طول چرخه های گرمایش تولید می شود. تاب برداشتن فرآیندهای تراز و مونتاژ نوری بعدی را خراب می کند.

6. منطق فهرست نهایی: واجد شرایط بودن شریک تولیدی شما

ساخت این مدارهای تخصصی نیاز به تلرانس های بسیار محکمی دارد. بررسی های تخصصی DFM برای موفقیت کاملاً الزامی است. شما باید یک شریک ساخت را بر اساس فرآیند بررسی مهندسی فعال آنها انتخاب کنید. یک شریک عالی قبل از بریدن هر ماده ای نقص های فیزیکی را تشخیص می دهد.

در طول تعامل اولیه خود به دنبال پرچم قرمز فروشنده خاص باشید. آیا آنها چک قوانین طراحی (DRC) را می‌پذیرند که صرفاً برای تخته‌های سفت و سخت ساخته شده‌اند؟ اگر چنین است، فوراً دور شوید. آنها باید به قوانین سفارشی و انعطاف پذیر نیاز داشته باشند. حداقل عرض ردیابی و فاصله مسی در اینجا بسیار متفاوت عمل می کنند. فاصله مته به مس به حداقل 8 میل نیاز دارد. پلی آمید از نظر فیزیکی در طی فرآیندهای تولید شیمیایی منقبض می شود. این انقباض باعث می شود که فاصله های تنگ تر بسیار ناامن و غیرقابل پیش بینی باشد.

یک پرچم قرمز عظیم دیگر شامل پشتیبانی مکانیکی اجزا است. فروشندگان باید به طور فعال سفت کننده های موضعی را در زیر آی سی های سنگین یا متراکم توصیه کنند. ما به این اضافه کردن «انعطاف سخت مردان فقیر» می گوییم. می توانید از صفحات ساده FR-4 یا فولاد ضد زنگ استفاده کنید. قرار دادن این زیر قطعات سنگین از فشار ساختاری جلوگیری می کند. این شکستگی اتصال لحیم کاری را در حین کار معمول متوقف می کند.

قبل از سفارش هر چیزی اقدامات مرحله بعدی خاصی را انجام دهید. داده های جامع تولید خود را با دقت آماده کنید. اطمینان حاصل کنید که لایحه مواد شما (BOM) شامل تعیین کننده های مرجع دقیق است. علامت های قطبی دقیق اجزا را مستقیماً به نقشه های مونتاژ خود اضافه کنید. الزامات امپدانس مورد نظر خود را به وضوح در یادداشت های ساخت مشخص کنید. فقط در این صورت باید درخواست ممیزی رسمی DFM کنید.

نتیجه گیری

ادغام یک مدرن برد مدار انعطاف پذیر اساسا بسته بندی محصول را تغییر می دهد. در صورت اجرای صحیح قابلیت اطمینان سیستم را به میزان قابل توجهی افزایش می دهد. با این حال، شما باید محدودیت های سخت مکانیکی تنش را رعایت کنید. حساسیت به رطوبت مستلزم کنترل دقیق پخت تسهیلات است. فیزیک ناحیه انتقالی نیازمند تکنیک های برش دقیق و از طریق قرار دادن مناسب است.

• استراتژی طراحی خود را صرفاً بر روی قابلیت اطمینان مادام العمر و دوام فیزیکی متمرکز کنید.

• اتصالات مکانیکی آسیب پذیر را حذف کنید تا جریان مونتاژ خود را ساده کنید.

• سیم کشی سیستم خود را در یک لایه منعطف و منسجم یکپارچه کنید.

• برای جلوگیری از خستگی مس، قوانین استاندارد خمش و ردیابی مسیر را به شدت دنبال کنید.

همیشه یک شریک ساختگی با تجربه را زودتر درگیر کنید. فوراً بررسی جامع DFM و جمع‌آوری مواد را درخواست کنید. طرح مسی خود را تنها پس از تایید محدودیت های مکانیکی خود نهایی کنید. این رویکرد پیشگیرانه عملکرد قوی و بدون شکست را در این زمینه تضمین می کند.

سوالات متداول

س: آیا بردهای مدار انعطاف پذیر می توانند دمای بسیار بالا را تحمل کنند؟

ج: بله. مواد پایه پلی آمید ذاتاً گرمای شدید را بسیار بهتر از استاندارد FR-4 تحمل می کنند. آنها ویژگی های اتلاف حرارتی برتر را ارائه می دهند. برای دستیابی به حداکثر عملکرد حرارتی، باید از لمینت های بدون چسب استفاده کنید. این ورقه های خاص از حباب های داخلی و لایه برداری در هنگام افزایش دمای شدید جلوگیری می کنند.

س: تفاوت بین پوشش و ماسک لحیم کاری در FPC چیست؟

پاسخ: روکش یک لایه پلی آمید جامد است که با استفاده از چسب به هم متصل می شود. انعطاف پذیری بالا و دوام مکانیکی فوق العاده را ارائه می دهد. در مقابل، ماسک لحیم قابل تصویربرداری مایع ذاتا شکننده است. به طور کلی باید ماسک های لحیم مایع را به بخش های سفت و سخت یا قسمت های موضعی و غیر خمشی محدود کنید.

س: چرا قطعات سنگین روی بردهای مدار چاپی انعطاف پذیر خراب می شوند؟

A: اجزای سنگین بیش از 20 گرم استرس موضعی گسترده ایجاد می کنند. آی سی های متراکم و چند پین، کرنش مکانیکی مشابهی ایجاد می کنند. در طول هر خمشی، این تنش مستقیماً به اتصالات لحیم کاری ظریف منتقل می شود و آنها را می زند. شما باید این قطعات را با سخت‌کننده‌های FR-4 یا پلی‌آمید پشتیبانی کنید یا از طراحی انعطاف‌پذیر سفت و سخت استفاده کنید.

س: 'قانون 2 ساعت' در مونتاژ FPC چیست؟

پاسخ: بسترهای پلی آمیدی دارای خواص رطوبت سنجی بالا هستند و رطوبت را به سرعت جذب می کنند. باید آنها را قبل از مونتاژ Surface Mount Technology (SMT) بپزید. بعد از پخت دقیقا دو ساعت فرصت دارید تا تخته ها را پردازش کنید. اگر این پنجره را از دست بدهید، بخار آب به سرعت منبسط می شود و در حین لحیم کاری با جریان مجدد، لایه لایه شدن شدید ایجاد می کند.