La inspectarea unui gol circuit flexibil , este posibil să observați suprafețe metalice strălucitoare. Aceste zone strălucitoare creează adesea o concepție greșită despre structura exterioară a plăcii. Ați putea presupune că placarea acoperă întregul exterior. Nu, placarea nu este în general stratul vizibil principal. Stratul vizibil dominant este de fapt stratul de acoperire, care este de obicei un film de poliimidă. Placarea servește ca finisare a suprafeței și apare numai în zone specifice, expuse selectiv.
Înțelegerea relației exacte dintre baza de cupru, stratul de acoperire și placarea suprafeței este esențială pentru ingineri și echipele de achiziții. Specificarea materialului de placare greșit sau a zonei expuse poate duce la micro-fisurare în timpul îndoirii. De asemenea, poate reduce randamentul de asamblare sau poate provoca defecțiuni premature ale câmpului. În acest ghid, vom explora anatomia circuitelor flexibile. Veți afla de ce placarea este aplicată selectiv, cum să evaluați opțiunile de finisare a suprafeței și modalități de a specifica placarea în stivuirea dumneavoastră.
Recomandări cheie
Stratul izolator vizibil principal pe majoritatea circuitelor flexibile este stratul de acoperire din poliimidă, nu placarea.
Placarea de suprafață (cum ar fi ENIG, Hard Gold sau Tin) este aplicată selectiv numai pe plăcuțele expuse, pe canale și pe degetele conectorului pentru a asigura lipirea și a preveni oxidarea.
Aplicarea plăcilor pe zonele de îndoire dinamică crește rigiditatea și riscul de defecțiune mecanică.
Selectarea finisajului de suprafață potrivit pentru plăcile de circuite imprimate flexibile necesită echilibrarea duratei de valabilitate, compatibilitatea conectorilor și constrângerile de temperatură de asamblare.
Anatomia FPC: acoperire vs placare de suprafață
Pentru a înțelege ce vedeți de fapt pe un circuit flex gol, trebuie să vă uitați la straturile de bază ale acestuia. Fiecare strat servește un scop mecanic și electric distinct.
Cupru de bază
Producătorii gravează urme conductoare dintr-o folie solidă de cupru. De obicei, veți întâlni două tipuri de cupru. Cuprul laminat-recoacet (RA) are o structură de cereale alungită. Acest lucru îl face ideal pentru îndoirea dinamică. Cuprul electro-depus (ED) are o structură de granule verticală. Se potrivește mai bine aplicațiilor flex statice. Indiferent de tip, cuprul gol este foarte susceptibil la oxidare. Dacă sunt lăsate neprotejate, umiditatea mediului și aerul degradează rapid cuprul. Acest lucru degradează conductivitatea și distruge capacitatea de lipire.
The Coverlay (Stratul adevărat vizibil)
Deoarece cuprul gol se degradează ușor, producătorii trebuie să îl protejeze. Ei aplică o acoperire pentru a proteja urmele. Stratul de acoperire acționează ca echivalentul flexibil al măștii de lipit a unei plăci rigide. De obicei, constă dintr-o peliculă de poliimidă (PI) lipită de un adeziv acrilic sau epoxidic. Când te uiți la un circuit flexibil, acest strat de poliimidă este ceea ce vezi în primul rând. Acoperă mai mult de 90% din suprafața plăcii. Învelișul asigură o izolație electrică critică. De asemenea, oferă protecție fizică robustă împotriva zgârieturilor, prafului și umezelii.
Placarea de suprafață (stratul metalic expus)
Nu puteți lipi componentele direct prin stratul de acoperire din poliimidă. Producătorii trebuie să deschidă în mod intenționat „ferestrele” în stratul de acoperire. Acestea expun cuprul de bază la plăcuțele componente, contactele conectorului Zero Insertion Force (ZIF) și punctele de testare. Placarea de suprafață este finisajul chimic sau electrolitic final aplicat exclusiv acestor zone expuse. Protejează cuprul localizat de oxidare, asigurând în același timp o suprafață fiabilă pentru lipire sau contact mecanic. Placarea nu este o acoperire universală. Este un finisaj metalic extrem de vizat.
De ce placarea este aplicată selectiv (realități de inginerie și costuri)
S-ar putea să vă întrebați de ce nu acoperim pur și simplu întregul strat de cupru înainte de a aplica stratul de acoperire. Aplicarea finisajelor de suprafață în mod universal pe a placa de circuit flexibilă introduce penalități mecanice și electrice severe.
Riscuri de flexibilitate mecanică
Metalele de placare au proprietăți fizice diferite față de cuprul de bază. Metalele precum nichelul și aurul sunt în mod inerent fragile. Cuprul laminat-recoacet se flexeaza frumos. Fracturile de nichel sub aceeași presiune. Dacă plănuiți trasee complete, distrugeți raza de îndoire dinamică a plăcii. Când îndoiți o urmă complet placată, stratul de bază de nichel rigid se crăpă. Aceste micro-fisuri se propagă în jos în baza de cupru. În cele din urmă, urma se rupe complet, ducând la circuite deschise catastrofale.
Eficiența costurilor
Metalele prețioase generează cheltuieli pentru finisarea suprafeței. Procese precum ENIG (Electroless Nickel Immersion Gold) sau Hard Gold folosesc elemente costisitoare. Paladiul și aurul suportă costuri ridicate ale materiilor prime. Placarea selectivă limitează aceste metale scumpe doar la punctele de contact funcționale. Menținând placarea localizată pe plăcuțe și degetele conectorului, optimizați cheltuielile de producție. Aplicarea aurului în zonele de urme nefuncționale risipește capitalul.
Integritatea semnalului și impedanța
Placarea continuă modifică dimensiunile fizice ale urmelor conductoare. Acest lucru perturbă proiectele de impedanță controlată. Când aplicați placarea peste tot, trei variabile se schimbă în mod imprevizibil:
Grosimea urmei: placarea adaugă înălțime verticală liniei de cupru.
Geometria urmei: placarea chimică poate modifica forma secțiunii transversale a urmei.
Distanța dielectrică: decalajul dintre suprafața urmei și planul de referință se deplasează.
Limitând placarea la plăcuțele componente, urmele semnalului de mare viteză rămân uniforme. Ele păstrează dimensiunile exacte ale cuprului definite în timpul procesului inițial de gravare.
Evaluarea opțiunilor de placare la suprafață pentru plăcile de circuite imprimate flexibile
Nu toate finisajele suprafețelor servesc aceluiași scop. Trebuie să selectați un finisaj în funcție de mediul de asamblare, de nevoile de valabilitate și de interfețele mecanice.
Aur cu imersie de nichel electroless (ENIG)
ENIG este unul dintre cele mai populare finisaje din industrie. Depune un strat de nichel peste cupru, urmat de un strat subțire de aur de imersie.
Cel mai bun pentru: componente cu pas fin, suprafețe plane și lipibilitate fiabilă. Aurul previne oxidarea, în timp ce nichelul acționează ca un strat de barieră.
Limitări: Stratul de bază de nichel este rigid. Trebuie să păstrați cu strictețe ENIG în afara zonelor de îndoire. Dacă deschiderea acoperirii se extinde într-o zonă de pliere, nichelul se va fractura în timpul îndoirii.
Aur tare
Aurul dur utilizează un proces electrolitic pentru a depune un aliaj de aur mai gros și mai dur. Conține oligoelemente precum cobaltul pentru a crește durabilitatea.
Cel mai bun pentru: degetele conectorului ZIF, contactele glisante și zonele care necesită rezistență fizică ridicată la uzură. Supraviețuiește sute de cicluri de inserție.
Limitări: este scump și extrem de fragil. Aveți nevoie de reguli de proiectare specifice pentru a vă asigura că zona de îndoire rămâne separată fizic de degetele aurii dure.
Immersion Tin & Immersion Silver
Aceste finisaje depun un strat subțire de cositor sau argint direct pe plăcuțele de cupru expuse.
Cel mai bun pentru: aplicații cu volum mare, sensibile la costuri. Ele oferă suprafețe plane excelente pentru lipirea cu pas fin.
Limitări: Ei suferă de termene de valabilitate scurte. Ambele sunt susceptibile de a suferi deteriorări și deteriorări. Trebuie să le depozitați în medii foarte controlate, sigilate în vid înainte de asamblare.
Conservant organic de lipit (OSP)
OSP este un compus organic pe bază de apă. Se leagă selectiv de cupru, formând un strat protector microscopic.
Cel mai bun pentru: Lipire foarte ieftină, fără plumb. Menține tampoanele perfect plane, fără a adăuga nicio grosime metalică.
Limitări: oferă zero protecție împotriva uzurii fizice. OSP se degradează rapid după primul ciclu termic. Este prost potrivit pentru ansamblurile de reflux cu treceri multiple.
Diagrama de comparație a finisajului suprafeței
Tip de finisare
Beneficiul principal
Limitare majoră
Cea mai bună aplicație
ENIG
Suprafață plană excelentă, termen de valabilitate lung
Nichelul rigid provoacă fisuri în zonele de îndoire
Tampoane de componente SMT de înaltă densitate
Aur tare
Rezistență superioară la uzură
Cost ridicat, foarte fragil
Degete conector ZIF, contacte culisante
Staniu de imersie/argint
Suprafață plană, rentabilă
Se pătește ușor, este nevoie de depozitare strictă
Constructii de volum mare, cu termen de valabilitate scurt
OSP
Cel mai mic cost, nu adaugă grosime
Se degradează după un ciclu de reflux
Asamblare SMT simplu pe o singură față
Placarea cu orificiu traversant (PTH) vs. placarea cu finisaj la suprafață
Inginerii confundă adesea placarea suprafeței cu placarea prin găuri. Deși ambele implică depunerea metalului, ele au roluri structurale complet diferite în a flexibil de plăci de circuite imprimate . design
Diferențierea celor două procese
Placarea structurală conectează diferite straturi ale plăcii. Producătorii depun cupru în interiorul găurit prin găuri. Aceasta stabilește continuitatea electrică între straturile de sus și de jos. Numim aceasta tehnologie Plated Through-Hole (PTH). Placarea de protecție a suprafeței este diferită. Este finisajul final aplicat peste plăcuțe și inele inelare PTH pentru a proteja cuprul de oxidare. PTH construiește structura circuitului. Finisajele suprafeței protejează interfața.
PTH în plăci flexibile
Prin placarea în substraturi flexibile introduce provocări unice de producție. Plăcile flexibile se bazează pe adezivi acrilici sau poliimid. Acești adezivi prezintă un coeficient ridicat de expansiune termică (CTE). În timpul refluxării asamblarii, placa se încălzește. Adezivii se extind rapid de-a lungul axei Z. Această expansiune trage cilindrul de cupru din interiorul găurii interioare. Dacă placa de cupru este prea subțire, butoiul se rupe. Gestionarea acestui stres pe axa Z necesită depunerea electrolitică de cupru foarte controlată.
Cele mai bune practici de verificare a regulilor de proiectare (DRC).
Trebuie să poziționați cu atenție canalele pentru a preveni fractura găurii placate. Urmați aceste reguli specifice în timpul aspectului dvs.:
Evitați zonele de îndoire: Nu amplasați niciodată canale în zone de îndoire dinamice sau statice. Îndoirea solicită cilindrul rigid de cupru, provocând defecțiune imediată.
Utilizați secțiuni rigide: amplasați vias în zone susținute de rigidizări ori de câte ori este posibil. Elementele de rigidizare limitează mișcarea și protejează integritatea PTH.
Creșteți inelele inelare: materialele flexibile se micșorează și se întind în timpul producției. Utilizați inele inelare mai mari pentru a compensa schimbările de înregistrare între straturi.
Specificații și achiziții: cum să definiți placarea în stivuirea dvs
Nu poți lăsa deciziile de plată la voia întâmplării. Fișierele de fabricație ambigue duc la randamente slabe la asamblare. Trebuie să definiți în mod explicit finisajele suprafețelor și deschiderile de acoperire în notele de fabricație.
Definirea deschiderilor de acoperire
Trebuie să specificați toleranțe adecvate pentru înregistrarea stratului de acoperire. Stratul de acoperire este găurit, perforat sau tăiat cu laser înainte de a fi laminat pe placă. Uneori, apar schimbări de aliniere. În cazul în care stratul de acoperire se suprapune excesiv cu tamponul component, se creează o mască. Substanțele chimice de placare nu pot ajunge la cuprul prins. Acest lucru are ca rezultat „sărirea placare”. Fără placare, cuprul gol se oxidează. În timpul asamblarii, lipirea refuză să se ude cu cuprul oxidat, creând îmbinări defecte. Proiectați întotdeauna deschideri de acoperire mai mari decât suportul de cupru subiacent. Un spațiu liber standard este de obicei de 0,05 mm până la 0,10 mm pe latură.
Alinierea Terminării cu strategia de asamblare
Finisajul ales trebuie să se potrivească cu capacitățile producătorului dvs. contractual (CM). Înainte de a finaliza stivuirea, verificați profilurile lor de redistribuire. Dacă CM utilizează mai multe cicluri termice agresive, OSP va eșua. Stratul organic se arde în timpul primei treceri. Trecerile ulterioare vor expune cuprul gol la oxidare. În scenariile cu mai multe treceri, ENIG este mult mai rezistent. În plus, asigurați-vă că finisajul este compatibil cu tipurile de flux utilizate în mașinile lor de lipit ondulat sau selectiv.
Conformitatea și verificarea furnizorului
Atunci când selectați un producător, evaluați conformitatea acestuia cu standardele din industrie. Ar trebui să căutați respectarea strictă a capabilităților IPC-6013. Acest standard guvernează specificațiile de calificare și performanță pentru cablarea imprimată flexibilă. Pune întrebări specifice despre controalele lor chimice.
De exemplu, verificați controlul acestora asupra grosimii nichelului în procesele ENIG. Dacă un vânzător gestionează prost baia de imersie în aur, aceasta poate provoca hiper-coroziune a nichelului subiacent. Numim acest sindrom „black pad”. În aplicațiile flexibile, tamponul negru duce la fracturi catastrofale ale îmbinărilor de lipire fragile. Un furnizor de încredere va furniza rapoarte de micro-secțiuni transversale care demonstrează că grosimea lor de placare rămâne în limitele de toleranță IPC strânse.
Concluzie
Placarea este un strat funcțional, foarte localizat, conceput exclusiv pentru conectivitate și lipire. Stratul vizibil asigură protecția structurală și a mediului care acoperă cea mai mare parte a plăcii. Înțelegerea acestei distincții vă ajută să faceți alegeri materiale mai bune.
Finalizați întotdeauna raza de îndoire, zonele de pliere și tipurile de conectori necesare înainte de a selecta un finisaj de suprafață. Păstrați finisajele rigide precum ENIG și Hard Gold departe de zonele de stres dinamic pentru a preveni micro-fisurarea. Aliniați opțiunile de placare cu profilele termice ale producătorului dvs. pentru a asigura randamente ridicate de asamblare.
Nu ghiciți când vine vorba de stivuiri de materiale. Trimiteți fișierele dvs. Gerber și cerințele de stivuire partenerului dvs. de producție pentru o revizuire completă a Design for Manufacturability (DFM). O revizuire amănunțită DFM asigură că specificațiile dvs. de placare se potrivesc perfect cu obiectivele dvs. de fiabilitate pe termen lung.
FAQ
Î: Puteți placa întreaga suprafață a unei plăci de circuite flexibile?
R: Este posibil din punct de vedere tehnic, dar extrem de descurajat. Metalele de placare precum nichelul și aurul sunt rigide. Acoperirea întregii suprafețe cauzează pierderi extreme de flexibilitate. Placa devine rigidă, crescând riscul de fisurare severă a urmelor atunci când este îndoită. De asemenea, implică costuri prohibitive de materiale fără a adăuga valoare funcțională.
Î: De ce capetele conectorului plăcii mele flexibile arată diferit de plăcuțele componente?
R: Zone diferite îndeplinesc funcții diferite. Capetele conectorilor, cunoscute sub denumirea de degete, necesită de obicei aur dur. Acest aliaj gros oferă o durabilitate excelentă pentru cicluri repetate de inserare în mufele ZIF. Tampoanele componente necesită o lipire optimă mai degrabă decât rezistență fizică la uzură, așa că primesc de obicei finisaje ENIG sau OSP.
Î: Grosimea placajului afectează raza de îndoire?
A: Da. Placarea mai groasă limitează semnificativ raza de îndoire admisă. Straturile rigide, în special substraturile groase de nichel din finisaje ENIG, nu se pot întinde ca cuprul de bază. Placarea grea limitează placa la aplicații simple „flex-to-install” și nu la scenarii de îndoire dinamică continuă.
