A csupasz ellenőrzésekor flexibilis áramköri lap , fényes fémfelületeket észlelhet. Ezek a fényes területek gyakran általános tévhitet keltenek a tábla külső szerkezetéről. Feltételezheti, hogy a bevonat az egész külsőt lefedi. Nem, a bevonat általában nem az elsődleges látható réteg. A domináns látható réteg valójában a fedőréteg, amely jellemzően poliimid film. A bevonat felületkezelésként szolgál, és csak meghatározott, szelektíven kitett területeken jelenik meg.
A réz alap, a fedőréteg és a felületbevonat közötti pontos kapcsolat megértése kritikus a mérnökök és a beszerzési csapatok számára. A nem megfelelő bevonatanyag vagy a szabad terület megadása hajlítás közbeni mikrorepedéshez vezethet. Csökkentheti az összeszerelés hozamát, vagy idő előtti terepi meghibásodást okozhat. Ebben az útmutatóban a hajlékony áramkörök anatómiáját fogjuk felfedezni. Megtanulja, hogy miért alkalmazzák szelektíven a bevonatokat, hogyan értékelheti a felületkezelési lehetőségeket, és hogyan határozhatja meg a bevonatot a rakatban.
Kulcs elvitelek
A legtöbb rugalmas áramkör elsődleges látható szigetelőrétege a poliimid fedőréteg, nem a bevonat.
A felületi bevonatot (például ENIG, Hard Gold vagy Tin) szelektíven csak a szabadon lévő párnákra, átmenőnyílásokra és csatlakozó ujjakra hordják fel, hogy biztosítsák a forraszthatóságot és megakadályozzák az oxidációt.
A dinamikus hajlítási területeken történő bevonat alkalmazása növeli a merevséget és a mechanikai meghibásodás kockázatát.
A megfelelő felületkezelés kiválasztása A rugalmas nyomtatott áramköri lapok kiegyensúlyozását igénylik az eltarthatósági időt, a csatlakozók kompatibilitását és az összeszerelés hőmérsékleti korlátait.
Az FPC anatómiája: Coverlay vs. Surface Plating
Ahhoz, hogy megértsük, mit látunk valójában egy csupasz flex áramkörön, meg kell nézni annak alaprétegeit. Minden réteg külön mechanikai és elektromos célt szolgál.
Az alapréz
A gyártók vezető nyomokat marnak ki egy tömör rézfóliából. Általában kétféle rézzel találkozik. A hengerelt lágyított (RA) réz megnyúlt szemcseszerkezettel rendelkezik. Ez ideálissá teszi dinamikus hajlításhoz. Az elektromosan leválasztott (ED) réz függőleges szemcseszerkezetű. Jobban megfelel a statikus rugalmas alkalmazásoknak. A csupasz réz típusától függetlenül nagyon érzékeny az oxidációra. Ha nem védik, a környezeti nedvesség és a levegő gyorsan lebontja a rezet. Ez rontja a vezetőképességet és tönkreteszi a forraszthatóságot.
A fedőréteg (The True Visible Layer)
Mivel a csupasz réz könnyen lebomlik, a gyártóknak meg kell védeniük. Fedőréteget alkalmaznak a nyomok árnyékolására. A fedőréteg a merev lemezek forrasztómaszkjának rugalmas megfelelőjeként működik. Jellemzően poliimid (PI) fóliából áll, amelyet akril vagy epoxi ragasztóanyag köt össze. Ha egy flexibilis áramkört nézünk, akkor elsősorban ezt a poliimid réteget látjuk. A tábla felületének több mint 90%-át lefedi. A fedőréteg kritikus elektromos szigetelést biztosít. Erős fizikai védelmet is nyújt a karcolásokkal, porral és nedvességgel szemben.
A felületi bevonat (a szabaddá vált fémréteg)
Nem forraszthat alkatrészeket közvetlenül a poliimid fedőrétegen keresztül. A gyártóknak szándékosan kell kinyitniuk az 'ablakokat' a fedőrétegben. Ezek szabaddá teszik az alapréz alkatrészpárnákat, a ZIF (Zero Insertion Force) csatlakozó érintkezőit és a vizsgálati pontokat. A felületi bevonat a végső kémiai vagy elektrolitikus bevonat, amelyet kizárólag ezeken a kitett területeken alkalmaznak. Megvédi a lokalizált rezet az oxidációtól, miközben megbízható felületet biztosít forrasztáshoz vagy mechanikai érintkezéshez. A bevonat nem univerzális bevonat. Ez egy erősen célzott fémes felület.
Miért szelektíven alkalmazzák a bevonatot (mérnöki és költségvalóságok)
Felmerülhet benned a kérdés, hogy miért nem egyszerűen bevonjuk a teljes rézréteget a fedőréteg felhordása előtt. Felületi felületek univerzális felhordása a A rugalmas áramköri lap súlyos mechanikai és elektromos büntetést von maga után.
Mechanikai rugalmassági kockázatok
A bevonatos fémek eltérő fizikai tulajdonságokkal rendelkeznek, mint az alapréz. Az olyan fémek, mint a nikkel és az arany, eredendően törékenyek. A hengerelt, lágyított réz gyönyörűen hajlik. A nikkel törések ugyanazon feszültség alatt. Ha a teljes nyomkövetési futásokat letáblázod, tönkreteszed a tábla dinamikus hajlítási sugarát. Amikor egy teljesen bevont nyomot meghajlít, a merev nikkel alsó réteg megreped. Ezek a mikrorepedések lefelé terjednek a rézbázisba. Végül a nyom teljesen megszakad, ami katasztrofális megszakadásokhoz vezet.
Költséghatékonyság
A nemesfémek növelik a felületkezelés költségeit. Az olyan eljárások, mint az ENIG (elektromos nikkelmerítési arany) vagy a keményarany, költséges elemeket használnak. A palládium és az arany magas nyersanyagköltséggel jár. A szelektív bevonat ezeket a drága fémeket csak a funkcionális érintkezési pontokra korlátozza. Azáltal, hogy a bevonatot a betéteken és a csatlakozó ujjakon tartja, optimalizálja a gyártási költségeket. Az arany nem funkcionális nyomterületeken történő alkalmazása tőkepazarlást jelent.
Jelintegritás és impedancia
A folyamatos bevonat megváltoztatja a vezetőképes nyomok fizikai méreteit. Ez megzavarja a szabályozott impedancia kialakítását. Ha mindenhol bevonatokat alkalmaz, három változó kiszámíthatatlanul megváltozik:
Nyomvastagság: A bevonat függőleges magasságot ad a rézvonalhoz.
Nyomok geometriája: A kémiai bevonat megváltoztathatja a nyomvonal keresztmetszeti alakját.
Dielektromos távolság: A nyomvonal felülete és a referenciasík közötti rés eltolódik.
Azáltal, hogy a bevonatot az alkatrészpárnákra korlátozza, a nagysebességű jelek egyenletesek maradnak. Megőrzik a kezdeti maratási folyamat során meghatározott pontos rézméreteket.
Nem minden felületi felület szolgálja ugyanazt a célt. A felületet az összeszerelési környezet, az eltarthatósági igények és a mechanikai interfészek alapján kell kiválasztania.
Elektromentes nikkelmerítési arany (ENIG)
Az ENIG az egyik legnépszerűbb bevonat az iparágban. Egy nikkelréteget helyez a rézre, majd egy vékony réteg bemerítési aranyat.
Legjobb: Finom osztású alkatrészekhez, sík felületekhez és megbízható forraszthatósághoz. Az arany megakadályozza az oxidációt, míg a nikkel zárórétegként működik.
Korlátozások: A nikkel alsó réteg merev. Szigorúan tartsa távol az ENIG-et a hajlítási zónáktól. Ha a fedőréteg nyílása egy hajtási területre nyúlik, a nikkel eltörik a hajlítás során.
Kemény arany
A kemény arany elektrolitikus eljárással vastagabb, keményebb aranyötvözetet rak le. Nyomelemeket, például kobaltot tartalmaz a tartósság növelése érdekében.
A legjobb: ZIF csatlakozó ujjaihoz, csúszó érintkezőkhöz és nagy fizikai kopásállóságot igénylő területekhez. Több száz beillesztési ciklust túlél.
Korlátozások: Drága és rendkívül törékeny. Különleges tervezési szabályokra van szükség annak biztosítására, hogy a hajlítási terület fizikailag elkülönüljön a kemény arany ujjaktól.
Immersion Tin & Immersion Silver
Ezek a bevonatok vékony ón- vagy ezüstréteget helyeznek fel közvetlenül a szabaddá tett rézpárnákra.
Legjobb: Nagy volumenű, költségérzékeny alkalmazásokhoz. Kiváló síkfelületeket kínálnak finom osztású forrasztáshoz.
Korlátozások: Rövid eltarthatósági idő miatt szenvednek. Mindkettő érzékeny a kezelési sérülésekre és a szennyeződésekre. Összeszerelés előtt szigorúan ellenőrzött, vákuummal zárt környezetben kell őket tárolni.
Organic Solderability Preservative (OSP)
Az OSP egy vízbázisú szerves vegyület. Szelektíven kötődik a rézhez, mikroszkopikus védőréteget képezve.
Legjobb: Nagyon alacsony költségű, ólommentes forrasztás. Tökéletesen laposan tartja a betéteket anélkül, hogy fémes vastagságot adna hozzá.
Korlátozások: Nulla védelmet nyújt a fizikai kopás ellen. Az OSP gyorsan lebomlik az első termikus ciklus után. Gyengén alkalmas többmenetes visszafolyó szerelvényekhez.
Felületkezelési összehasonlító táblázat
Befejezés típusa
Elsődleges előny
Főbb korlátozás
Legjobb alkalmazás
ENIG
Kiváló sík felület, hosszú eltarthatóság
A merev nikkel repedéseket okoz a hajlítási zónákban
Nagy sűrűségű SMT komponens párnák
Kemény arany
Kiváló kopásállóság
Magas költség, nagyon törékeny
ZIF csatlakozó ujjak, csúszó érintkezők
Merítési ón/ezüst
Költséghatékony, sík felület
Könnyen foltosodik, szigorú tárolás szükséges
Nagy mennyiségű, rövid eltarthatósági idejű konstrukciók
OSP
A legalacsonyabb költség, nem ad hozzá vastagságot
Egy reflow ciklus után lebomlik
Egyoldalas egyszerű SMT összeszerelés
Átmenő furat bevonat (PTH) vs. felületi bevonat
A mérnökök gyakran összekeverik a felületbevonatot az átmenő furat bevonásával. Bár mindkettő fémlerakással jár, teljesen más szerkezeti szerepet töltenek be a rugalmas nyomtatott áramköri lapok tervezése.
A két folyamat megkülönböztetése
A szerkezeti bevonat a tábla különböző rétegeit köti össze. A gyártók rezet helyeznek el a fúrt lyukak belsejében. Ez biztosítja az elektromos folytonosságot a felső és az alsó réteg között. Ezt Plated Through-Hole (PTH) technológiának hívjuk. A felületvédő bevonat eltérő. Ez a végső bevonat a párnákra és a PTH gyűrűs gyűrűkre, hogy megvédje a rezet az oxidációtól. A PTH felépíti az áramköri struktúrát. A felületkezelés védi a felületet.
PTH a Flex táblákban
A rugalmas aljzatok bevonatolása egyedülálló gyártási kihívásokat jelent. A flexibilis lapok akril vagy poliimid ragasztókon alapulnak. Ezek a ragasztók magas hőtágulási együtthatóval (CTE) rendelkeznek. Az összeszerelés során a tábla felmelegszik. A ragasztók gyorsan tágulnak a Z tengely mentén. Ez a tágulás meghúzza a rézhordót az átmenőlyukon belül. Ha a rézbevonat túl vékony, a hordó elreped. A Z-tengely feszültségének kezelése erősen szabályozott elektrolitikus rézleválasztást igényel.
Tervezési szabályellenőrzés (DRC) legjobb gyakorlatai
Óvatosan kell elhelyeznie az átmenőnyílásokat, hogy elkerülje a lemezelt lyuk törését. Az elrendezés során kövesse az alábbi speciális szabályokat:
Kerülje a hajlítási zónákat: Soha ne helyezzen átmeneteket dinamikus vagy statikus hajlítási területekre. A hajlítás megfeszíti a merev rézhordót, ami azonnali meghibásodást okoz.
Használjon merevített szakaszokat: Amikor csak lehetséges, helyezze el az átmenőnyílásokat a merevítőkkel alátámasztott területeken. A merevítők korlátozzák a mozgást és védik a PTH integritását.
Növelje a gyűrű alakú gyűrűket: A rugalmas anyagok a gyártás során zsugorodnak és nyúlnak. Használjon nagyobb gyűrű alakú gyűrűket a rétegek közötti regisztrációs eltolódások kompenzálására.
Specifikáció és beszerzés: Hogyan határozzuk meg a lemezezést a halmozásban
Nem bízhatod a véletlenre a döntéseket. A kétértelmű gyártási fájlok rossz összeszerelési hozamokhoz vezetnek. A gyártási megjegyzésekben kifejezetten meg kell határoznia a felületkezelést és a fedőréteg nyílásait.
A fedőnyílások meghatározása
Meg kell adnia a megfelelő tűréshatárokat a fedőréteg regisztrációjához. A fedőréteget fúrják, lyukasztják vagy lézerrel vágják, mielőtt a táblára laminálják. Néha igazítási eltolódások fordulnak elő. Ha a fedőréteg túlzottan átfedi az alkatrészpárnát, az maszkot hoz létre. A bevonat vegyszerek nem érhetik el a beszorult rezet. Ez 'kihagyja a bevonatot'. Bevonat nélkül a csupasz réz oxidálódik. Az összeszerelés során a forrasztás nem hajlandó az oxidált rézre nedvesedni, és hibás kötéseket hoz létre. Mindig tervezzen nagyobb fedőnyílásokat, mint az alatta lévő rézpárna. A szabványos hézag általában oldalanként 0,05–0,10 mm.
A felület összehangolása az összeszerelési stratégiával
A választott kivitelnek meg kell egyeznie a szerződéses gyártó (CM) képességeivel. A halmozás véglegesítése előtt ellenőrizze az újratördelési profiljukat. Ha a CM több agresszív hőciklust használ, az OSP meghiúsul. A szerves réteg az első áthaladás során leég. A következő lépések a csupasz rezet oxidációnak teszik ki. Többmenetes forgatókönyvekben az ENIG sokkal rugalmasabb. Ezenkívül győződjön meg arról, hogy a felület kompatibilis a hullám- vagy szelektív forrasztógépeikben használt folyasztószerekkel.
Megfelelőség és szállítói ellenőrzés
A gyártó kiválasztásakor értékelje, hogy megfelel-e az ipari szabványoknak. Figyelnie kell az IPC-6013 képességeinek szigorú betartására. Ez a szabvány szabályozza a rugalmas nyomtatott vezetékek minősítésére és teljesítményére vonatkozó előírásokat. Tegyen fel konkrét kérdéseket a kémiai szabályozásukkal kapcsolatban.
Például ellenőrizze a nikkelvastagság szabályozását az ENIG folyamatokban. Ha egy eladó rosszul kezeli az aranymerítő fürdőt, az az alatta lévő nikkel túlkorrózióját okozhatja. Ezt 'fekete betét' szindrómának hívjuk. Rugalmas alkalmazásoknál a fekete betét katasztrofálisan rideg forrasztási kötések töréséhez vezet. Egy megbízható szállító keresztmetszeti mikrometszeti jelentéseket készít, amelyek igazolják, hogy a bevonat vastagsága a szűk IPC tűréshatárokon belül marad.
Következtetés
A bevonat egy funkcionális, erősen lokalizált réteg, amelyet kizárólag csatlakoztathatóságra és forrasztásra terveztek. A látható burkolat biztosítja a tábla nagy részét lefedő szerkezeti és környezetvédelmet. Ennek a megkülönböztetésnek a megértése segít jobb anyagválasztásban.
Mindig véglegesítse a kívánt hajlítási sugarat, a hajtási területeket és a csatlakozótípusokat, mielőtt kiválasztja a felületkezelést. Tartsa távol az olyan merev felületeket, mint az ENIG és a Hard Gold a dinamikus igénybevételi zónáktól, hogy elkerülje a mikrorepedéseket. A nagy összeszerelési hozamok biztosítása érdekében állítsa be a bevonatválasztást a gyártó hőprofiljaihoz.
Ne találgasson, ha anyaghalmazról van szó. Küldje be a Gerber-fájlokat és a halmozási követelményeket gyártó partnerének, hogy átfogó tervezést a gyártáshoz (DFM) áttekinthessen. A DFM alapos áttekintése biztosítja, hogy a bevonat specifikációi tökéletesen megfeleljenek a hosszú távú megbízhatósági céloknak.
GYIK
K: Le tudja borítani egy rugalmas áramköri lap teljes felületét?
V: Technikailag lehetséges, de nagyon nem ajánlott. A bevonat fémek, például a nikkel és az arany merevek. A teljes felület bevonása rendkívüli rugalmasságvesztést okoz. A tábla merevvé válik, ami növeli a hajlításkor bekövetkező súlyos repedések kockázatát. Emellett túl magas anyagköltségekkel jár anélkül, hogy funkcionális értéket adna.
K: Miért néznek ki másként a flex kártyám csatlakozóvégei, mint az alkatrészpárnák?
V: A különböző területek különböző funkciókat látnak el. A csatlakozóvégek, az úgynevezett ujjak, általában kemény aranyat igényelnek. Ez a vastag ötvözet kiváló tartósságot biztosít a ZIF-aljzatokba való ismételt behelyezési ciklusokhoz. Az alkatrészpárnák optimális forraszthatóságot igényelnek, nem pedig fizikai kopásállóságot, ezért általában ENIG vagy OSP bevonatot kapnak.
K: A bevonat vastagsága befolyásolja a hajlítási sugarat?
V: Igen. A vastagabb bevonat jelentősen korlátozza a megengedett hajlítási sugarat. A merev rétegek, különösen a vastag nikkel alsó rétegek az ENIG bevonatoknál, nem nyúlnak meg, mint az alapréz. A nehéz bevonat az egyszerű 'flex-to-install' alkalmazásokra korlátozza a táblát a folyamatos dinamikus hajlítási forgatókönyvek helyett.
