При осмотре голого гибкую монтажную плату , вы можете заметить яркие металлические поверхности. Эти блестящие участки часто создают распространенное заблуждение о внешней структуре доски. Можно предположить, что обшивка покрывает всю внешнюю поверхность. Нет, покрытие обычно не является основным видимым слоем. Доминирующим видимым слоем на самом деле является покровный слой, который обычно представляет собой полиимидную пленку. Покрытие служит отделкой поверхности и появляется только на определенных, выборочно открытых участках.
Понимание точного взаимодействия между медным основанием, защитным слоем и поверхностным покрытием имеет решающее значение для инженеров и групп по закупкам. Выбор неправильного материала покрытия или открытой области может привести к образованию микротрещин во время изгиба. Это также может снизить производительность сборки или вызвать преждевременный выход из строя на месте. В этом руководстве мы рассмотрим анатомию гибких цепей. Вы узнаете, почему покрытие применяется выборочно, как оценить варианты отделки поверхности и способы указать покрытие в вашей комплектации.
Ключевые выводы
Основным видимым изолирующим слоем на большинстве гибких цепей является полиимидное покрытие, а не покрытие.
Поверхностное покрытие (например, ENIG, Hard Gold или Tin) выборочно наносится только на открытые площадки, переходные отверстия и пальцы разъема, чтобы обеспечить паяемость и предотвратить окисление.
Нанесение покрытия на зоны динамического изгиба повышает жесткость и риск механического повреждения.
Выбор подходящей отделки поверхности Гибкие печатные платы требуют баланса между сроком хранения, совместимостью разъемов и температурными ограничениями сборки.
Анатомия FPC: покрытие или поверхностное покрытие
Чтобы понять, что вы на самом деле видите на голой гибкой схеме, вы должны взглянуть на ее фундаментальные слои. Каждый слой служит определенной механической и электрической цели.
Базовая медь
Производители вытравливают проводящие дорожки из сплошной медной фольги. Обычно вы встретите два типа меди. Прокатанная отожженная (RA) медь имеет удлиненную зеренную структуру. Это делает его идеальным для динамического изгиба. Электроосажденная (ЭО) медь имеет вертикальную структуру зерен. Он лучше подходит для статических гибких приложений. Независимо от типа, голая медь очень восприимчива к окислению. Если оставить медь без защиты, влага окружающей среды и воздух быстро разрушат медь. Это ухудшает проводимость и ухудшает паяемость.
Coverlay (настоящий видимый слой)
Поскольку голая медь легко разрушается, производители должны защищать ее. Они наносят защитный слой, чтобы скрыть следы. Покрытие действует как гибкий эквивалент паяльной маски жесткой платы. Обычно он состоит из полиимидной (ПИ) пленки, склеенной акриловым или эпоксидным клеем. Когда вы смотрите на гибкую схему, вы в первую очередь видите этот полиимидный слой. Он покрывает более 90% поверхности доски. Покрытие обеспечивает критическую электрическую изоляцию. Он также обеспечивает надежную физическую защиту от царапин, пыли и влаги.
Вы не можете паять компоненты напрямую через полиимидное покрытие. Производители должны намеренно открывать «окна» в покрытии. Они обнажают медную основу на контактных площадках компонентов, контактах разъема Zero Insertion Force (ZIF) и контрольных точках. Покрытие поверхности — это окончательная химическая или электролитическая обработка, наносимая исключительно на открытые участки. Он защищает локализованную медь от окисления, обеспечивая при этом надежную поверхность для пайки или механического контакта. Гальваника не является универсальным покрытием. Это целенаправленное металлическое покрытие.
Почему гальваническое покрытие применяется избирательно (инжиниринг и стоимостная реальность)
Вы можете задаться вопросом, почему мы просто не покрываем весь медный слой перед нанесением защитного слоя. Универсальное применение поверхностной отделки гибкая печатная плата приводит к серьезным механическим и электрическим повреждениям.
Риски механической гибкости
Металлы покрытия обладают иными физическими свойствами, чем базовая медь. Такие металлы, как никель и золото, по своей природе хрупкие. Прокатанная отожженная медь прекрасно изгибается. Никель разрушается при таком же напряжении. Если вы нанесете полные трассы, вы уничтожите динамический радиус изгиба платы. Когда вы сгибаете полностью гальванизированную дорожку, жесткий никелевый подслой трескается. Эти микротрещины распространяются вниз, в медное основание. В конце концов, след полностью разрывается, что приводит к катастрофическому разрыву цепи.
Экономическая эффективность
Драгоценные металлы увеличивают расходы на отделку поверхности. Такие процессы, как ENIG (электрическое никель-иммерсионное золото) или твердое золото, используют дорогостоящие элементы. Палладий и золото требуют высоких затрат на сырье. Селективное покрытие ограничивает использование этих дорогих металлов только функциональными точками контакта. Сохраняя покрытие на контактных площадках и пальцах разъема, вы оптимизируете производственные затраты. Применение золота в нефункциональных областях приводит к потере капитала.
Целостность сигнала и импеданс
Непрерывное покрытие изменяет физические размеры проводящих дорожек. Это нарушает конструкции с контролируемым импедансом. Когда вы применяете покрытие повсюду, непредсказуемо меняются три переменные:
Толщина дорожки: покрытие увеличивает вертикальную высоту медной линии.
Геометрия следа. Химическое покрытие может изменить форму поперечного сечения следа.
Диэлектрическое расстояние: Зазор между поверхностью трассы и базовой плоскостью смещается.
Благодаря ограничению покрытия контактными площадками компонентов трассы высокоскоростных сигналов остаются однородными. Они сохраняют точные размеры меди, определенные во время первоначального процесса травления.
Оценка вариантов покрытия поверхности гибких печатных плат
Не все виды отделки поверхности служат одной и той же цели. Вы должны выбрать отделку в зависимости от условий сборки, требований к сроку хранения и механических интерфейсов.
Химическое никель-иммерсионное золото (ENIG)
ENIG — одно из самых популярных покрытий в отрасли. Он наносит слой никеля поверх меди, а затем тонкий слой иммерсионного золота.
Лучше всего подходит для: компонентов с мелким шагом, плоских поверхностей и надежной пайки. Золото предотвращает окисление, а никель действует как барьерный слой.
Ограничения: Подложка из никеля жесткая. Вы должны строго держать ENIG вне зон изгиба. Если отверстие обложки заходит в зону сгиба, никель сломается во время изгиба.
Твердое золото
В твердом золоте используется электролитический процесс для нанесения более толстого и твердого золотого сплава. Он содержит микроэлементы, такие как кобальт, для увеличения долговечности.
Лучше всего подходит для: пальцев разъема ZIF, скользящих контактов и мест, требующих высокой физической стойкости к износу. Он выдерживает сотни циклов вставки.
Ограничения: Он дорогой и чрезвычайно хрупкий. Вам нужны особые правила проектирования, чтобы гарантировать, что область изгиба физически отделена от пальцев из твердого золота.
Иммерсионное олово и иммерсионное серебро
При такой отделке тонкий слой олова или серебра наносится непосредственно на открытые медные площадки.
Лучше всего подходит для: больших объемов и чувствительных к затратам приложений. Они предлагают превосходные плоские поверхности для пайки с мелким шагом.
Ограничения: они страдают от короткого срока годности. Оба подвержены повреждениям и потускнению. Перед сборкой их необходимо хранить в строго контролируемых вакуумных условиях.
Органический консервант для пайки (OSP)
OSP представляет собой органическое соединение на водной основе. Он избирательно связывается с медью, образуя микроскопический защитный слой.
Подходит для: Очень недорогой бессвинцовой пайки. Он сохраняет подушечки идеально ровными, не добавляя металлической толщины.
Ограничения: Он не обеспечивает нулевую защиту от физического износа. OSP быстро разлагается после первого термического цикла. Он плохо подходит для многопроходных сборок оплавления.
Сравнительная таблица качества поверхности
Тип отделки
Основная выгода
Основное ограничение
Лучшее приложение
ЭНИГ
Отличная плоская поверхность, длительный срок хранения.
Твердый никель вызывает растрескивание в зонах изгиба.
Контактные площадки компонентов SMT высокой плотности
Твердое золото
Превосходная износостойкость
Высокая стоимость, очень хрупкий
Пальцы разъема ZIF, скользящие контакты
Погружная банка/серебро
Экономичная, плоская поверхность
Легко тускнеет, требует строгого хранения.
Массовые сборки с коротким сроком хранения
ОСП
Самая низкая стоимость, не увеличивает толщину
Деградирует после одного цикла оплавления
Односторонняя простая сборка SMT
Покрытие сквозных отверстий (PTH) и покрытие для отделки поверхности
Инженеры часто путают поверхностное покрытие с покрытием сквозных отверстий. Хотя оба метода связаны с осаждением металла, они выполняют совершенно разные структурные роли в гибкая конструкция печатных плат .
Дифференциация двух процессов
Структурная обшивка соединяет разные слои плиты. Производители наносят медь внутрь просверленных сквозных отверстий. Это устанавливает электрическую непрерывность между верхним и нижним слоями. Мы называем это технологией сквозных отверстий с покрытием (PTH). Защитное покрытие поверхности бывает разным. Это финальная отделка колодок и кольцевых колец PTH для защиты меди от окисления. PTH строит структуру схемы. Поверхностная обработка защищает интерфейс.
PTH в Flex Boards
Нанесение покрытия на гибкие подложки создает уникальные производственные проблемы. Гибкие плиты используют акриловые или полиимидные клеи. Эти клеи обладают высоким коэффициентом теплового расширения (КТР). Во время оплавления сборки плата нагревается. Клеи быстро расширяются вдоль оси Z. Это расширение притягивает медный цилиндр внутри переходного отверстия. Если медное покрытие слишком тонкое, ствол лопнет. Управление этим напряжением по оси Z требует строго контролируемого электролитического осаждения меди.
Лучшие практики проверки правил проектирования (DRC)
Необходимо тщательно расположить переходные отверстия, чтобы предотвратить разрушение металлизированного отверстия. При создании макета следуйте этим конкретным правилам:
Избегайте зон изгиба. Никогда не размещайте переходные отверстия в динамических или статических областях изгиба. При изгибе жесткий медный ствол подвергается нагрузке, что приводит к немедленному выходу из строя.
Используйте жесткие секции: по возможности размещайте переходные отверстия в областях, поддерживаемых ребрами жесткости. Ребра жесткости ограничивают движение и защищают целостность ПТГ.
Увеличение кольцевых колец: гибкие материалы сжимаются и растягиваются во время производства. Используйте кольцевые кольца большего размера, чтобы компенсировать сдвиги регистрации между слоями.
Спецификация и закупки: как определить покрытие в вашем стеке
Вы не можете оставлять решения о покрытии на волю случая. Неоднозначные производственные файлы приводят к низкой производительности сборки. Вы должны четко определить отделку поверхности и отверстия для защитного покрытия в своих заметках по изготовлению.
Определение отверстий обложки
Вы должны указать соответствующие допуски для регистрации обложки. Перед ламинированием на доску обложку просверливают, перфорируют или вырезают лазером. Иногда происходят сдвиги в выравнивании. Если защитный слой слишком сильно перекрывает площадку компонента, создается маска. Химикаты для нанесения покрытия не могут достичь захваченной меди. Это приводит к «пропуску покрытия». Без покрытия голая медь окисляется. Во время сборки припой отказывается смачивать окисленную медь, создавая дефектные соединения. Всегда проектируйте отверстия в защитном покрытии больше, чем лежащая под ним медная прокладка. Стандартный зазор обычно составляет от 0,05 до 0,10 мм с каждой стороны.
Согласование отделки со стратегией сборки
Выбранная вами отделка должна соответствовать возможностям вашего контрактного производителя (CM). Прежде чем завершить сборку стека, проверьте их профили перекомпоновки. Если ваш CM использует несколько агрессивных термических циклов, OSP выйдет из строя. Органический слой сгорает при первом проходе. Последующие проходы подвергают голую медь окислению. В многопроходных сценариях ENIG гораздо более устойчив. Кроме того, убедитесь, что покрытие совместимо с типами флюсов, используемых в машинах для волновой или селективной пайки.
Соответствие требованиям и проверка поставщиков
Выбирая производителя, оцените его соответствие отраслевым стандартам. Вам следует стремиться к строгому соблюдению возможностей IPC-6013. Этот стандарт регулирует квалификацию и технические характеристики гибких печатных проводов. Задавайте конкретные вопросы об их химическом контроле.
Например, проверьте их контроль над толщиной никеля в процессах ENIG. Если продавец плохо обращается с погружной ванной для золота, это может вызвать гиперкоррозию основного никеля. Мы называем это синдромом «черной подушечки». В гибких приложениях черная площадка приводит к катастрофическим хрупким разрушениям паяных соединений. Надежный поставщик предоставит отчеты о микросрезах поперечного сечения, доказывающие, что толщина их покрытия остается в пределах жестких допусков IPC.
Заключение
Покрытие представляет собой функциональный, высоко локализованный слой, предназначенный исключительно для соединения и пайки. Видимое покрытие обеспечивает структурную защиту и защиту окружающей среды, покрывая большую часть плиты. Понимание этого различия поможет вам сделать лучший выбор материалов.
Всегда уточняйте требуемый радиус изгиба, площади сгиба и типы соединителей, прежде чем выбирать отделку поверхности. Держите твердые покрытия, такие как ENIG и Hard Gold, подальше от зон динамического напряжения, чтобы предотвратить микротрещины. Согласуйте выбор покрытия с термическими профилями вашего производителя, чтобы обеспечить высокую производительность сборки.
Не угадывайте, когда дело доходит до штабелей материалов. Отправьте файлы Gerber и требования к компоновке своему партнеру-производителю для комплексной проверки «Проектирование для технологичности» (DFM). Тщательная проверка DFM гарантирует, что характеристики вашего покрытия идеально соответствуют вашим целям долгосрочной надежности.
Часто задаваемые вопросы
Вопрос: Можете ли вы покрыть всю поверхность гибкой монтажной платы?
Ответ: Технически это возможно, но крайне не рекомендуется. Металлы покрытия, такие как никель и золото, являются жесткими. Покрытие всей поверхности приводит к значительной потере гибкости. Доска становится жесткой, что увеличивает риск серьезного растрескивания следов при сгибании. Это также влечет за собой непомерно высокие материальные затраты, не добавляя при этом функциональной ценности.
Вопрос: Почему концы разъемов моей гибкой платы отличаются от контактных площадок компонентов?
Ответ: Разные области выполняют разные функции. Концы разъема, известные как пальцы, обычно требуют твердого золота. Этот толстый сплав обеспечивает превосходную долговечность при повторных циклах вставки в гнезда ZIF. Контактные площадки компонентов требуют оптимальной паяемости, а не физической износостойкости, поэтому они обычно имеют отделку ENIG или OSP.
Вопрос: Влияет ли толщина покрытия на радиус изгиба?
А: Да. Более толстая обшивка существенно ограничивает допустимый радиус изгиба. Жесткие слои, особенно толстые никелевые подслои в покрытиях ENIG, не могут растягиваться, как базовая медь. Тяжелое покрытие ограничивает возможности использования платы в простых приложениях, требующих гибкой установки, а не в сценариях непрерывного динамического изгиба.
