Pokovuje viditeľnú vrstvu vo flexibilnej doske s plošnými spojmi

Pri kontrole holé flexibilná obvodová doska , môžete si všimnúť svetlé kovové povrchy. Tieto lesklé oblasti často vytvárajú bežnú mylnú predstavu o vonkajšej štruktúre dosky. Môžete predpokladať, že pokovovanie pokrýva celý exteriér. Nie, pokovovanie vo všeobecnosti nie je primárnou viditeľnou vrstvou. Dominantnou viditeľnou vrstvou je vlastne krycia vrstva, ktorou je typicky polyimidový film. Pokovovanie slúži ako povrchová úprava a objavuje sa len na špecifických, selektívne exponovaných miestach.

Pochopenie presného vzťahu medzi medenou základňou, krycím náterom a povrchovým pokovovaním je pre inžinierov a obstarávacie tímy rozhodujúce. Určenie nesprávneho pokovovacieho materiálu alebo exponovanej oblasti môže viesť k mikrotrhlinám počas ohýbania. Môže tiež znížiť výnos montáže alebo spôsobiť predčasné zlyhanie poľa. V tejto príručke preskúmame anatómiu ohybných obvodov. Dozviete sa, prečo sa pokovovanie aplikuje selektívne, ako vyhodnotiť možnosti povrchovej úpravy a spôsoby, ako špecifikovať pokovovanie v zostave.

Kľúčové informácie

• Primárna viditeľná izolačná vrstva na väčšine flexibilných obvodov je polyimidová krycia vrstva, nie pokovovanie.

• Povrchové pokovovanie (ako ENIG, Hard Gold alebo Tin) sa selektívne aplikuje iba na odkryté podložky, priechodky a prsty konektora, aby sa zabezpečila spájkovateľnosť a zabránilo sa oxidácii.

• Aplikácia pokovovania cez dynamické ohybové oblasti zvyšuje tuhosť a riziko mechanického zlyhania.

• Výber správnej povrchovej úpravy pre flexibilné dosky s plošnými spojmi vyžadujú vyváženú životnosť, kompatibilitu konektorov a teplotné obmedzenia pri montáži.

Anatómia FPC: Coverlay vs. povrchové pokovovanie

Aby ste pochopili, čo vlastne vidíte na holom flex obvode, musíte sa pozrieť na jeho základné vrstvy. Každá vrstva slúži na odlišný mechanický a elektrický účel.

Základná meď

Výrobcovia leptajú vodivé stopy z pevnej medenej fólie. Zvyčajne sa stretnete s dvoma druhmi medi. Valcovaná žíhaná (RA) meď má predĺženú štruktúru zŕn. Vďaka tomu je ideálny pre dynamické ohýbanie. Elektrolyticky nanesená (ED) meď má vertikálnu štruktúru zŕn. Lepšie vyhovuje aplikáciám so statickým ohybom. Bez ohľadu na typ je holá meď vysoko citlivá na oxidáciu. Ak zostane nechránená, vlhkosť prostredia a vzduch meď rýchlo degradujú. To zhoršuje vodivosť a ničí spájkovateľnosť.

Coverlay (skutočná viditeľná vrstva)

Pretože holá meď sa ľahko degraduje, výrobcovia ju musia chrániť. Aplikujú kryciu vrstvu na zakrytie stôp. Krycia vrstva funguje ako flexibilný ekvivalent spájkovacej masky pevnej dosky. Zvyčajne pozostáva z polyimidového (PI) filmu spojeného akrylovým alebo epoxidovým lepidlom. Keď sa pozriete na flex obvod, táto polyimidová vrstva je to, čo vidíte predovšetkým. Pokrýva viac ako 90 % povrchu dosky. Kryt poskytuje kritickú elektrickú izoláciu. Poskytuje tiež robustnú fyzickú ochranu proti poškriabaniu, prachu a vlhkosti.

Povrchové pokovovanie (odkrytá kovová vrstva)

Komponenty nemôžete spájkovať priamo cez polyimidový kryt. Výrobcovia musia úmyselne otvárať 'okná' v kryte. Odhaľujú základnú meď na podložkách komponentov, kontaktoch konektora ZIF (Zero Insertion Force) a testovacích bodoch. Povrchové pokovovanie je konečná chemická alebo elektrolytická úprava aplikovaná výlučne na tieto exponované miesta. Chráni lokalizovanú meď pred oxidáciou a zároveň zaisťuje spoľahlivý povrch pre spájkovanie alebo mechanický kontakt. Pokovovanie nie je univerzálny náter. Ide o vysoko cielený kovový povrch.

Prečo sa pokovovanie používa selektívne (inžinierstvo a realita nákladov)

Možno sa čudujete, prečo jednoducho nepokovujeme celú medenú vrstvu pred nanesením krycej vrstvy. Nanášanie povrchových úprav univerzálne cez a flexibilná obvodová doska predstavuje prísne mechanické a elektrické postihy.

Riziká mechanickej flexibility

Kovy na pokovovanie majú iné fyzikálne vlastnosti ako základná meď. Kovy ako nikel a zlato sú vo svojej podstate krehké. Valcovaná a žíhaná meď sa krásne ohýba. Pri rovnakom namáhaní sa zlomí nikel. Ak nanesiete plnú stopu, zničíte dynamický polomer ohybu dosky. Keď ohýbate úplne pokovenú stopu, pevná niklová podkladová vrstva praskne. Tieto mikrotrhliny sa šíria dole do medenej základne. Nakoniec sa stopa úplne zlomí, čo vedie ku katastrofálnym otvoreným okruhom.

Nákladová efektívnosť

Drahé kovy zvyšujú náklady na povrchovú úpravu. Procesy ako ENIG (Electroless Nickel Immersion Gold) alebo Hard Gold využívajú nákladné prvky. Paládium a zlato nesú vysoké náklady na suroviny. Selektívne pokovovanie obmedzuje tieto drahé kovy len na funkčné kontaktné body. Tým, že pokovovanie je lokalizované na podložkách a konektorových prstoch, optimalizujete výrobné náklady. Aplikácia zlata cez nefunkčné stopové oblasti plytvá kapitálom.

Integrita a impedancia signálu

Nepretržité pokovovanie mení fyzické rozmery vašich vodivých stôp. To narúša návrhy riadenej impedancie. Keď všade aplikujete pokovovanie, nepredvídateľne sa zmenia tri premenné:

1. Hrúbka stopy: Pokovovanie pridáva vertikálnu výšku medenej čiare.

2. Geometria stopy: Chemické pokovovanie môže zmeniť tvar prierezu stopy.

3. Dielektrická vzdialenosť: Medzera medzi povrchom stopy a referenčnou rovinou sa posúva.

Obmedzením pokovovania na komponentové podložky zostanú vaše stopy vysokorýchlostného signálu jednotné. Zachovávajú presné rozmery medi definované počas počiatočného procesu leptania.

Hodnotenie možností povrchového pokovovania pre flexibilné dosky plošných spojov

Nie všetky povrchové úpravy slúžia na rovnaký účel. Povrchovú úpravu musíte vybrať na základe prostredia vašej zostavy, potrieb skladovateľnosti a mechanických rozhraní.

Bezproudové niklové ponorné zlato (ENIG)

ENIG je jednou z najpopulárnejších povrchových úprav v tomto odvetví. Na meď sa nanáša vrstva niklu, po ktorej nasleduje tenká vrstva ponorného zlata.

• Najlepšie pre: komponenty s jemným rozstupom, rovné povrchy a spoľahlivú spájkovateľnosť. Zlato zabraňuje oxidácii, zatiaľ čo nikel pôsobí ako bariérová vrstva.

• Obmedzenia: Niklová podkladová vrstva je pevná. ENIG musíte prísne držať mimo ohybových zón. Ak otvor v krycej vrstve zasahuje do oblasti skladania, nikel sa pri ohýbaní zlomí.

Tvrdé zlato

Tvrdé zlato využíva elektrolytický proces na uloženie hrubšej a tvrdšej zliatiny zlata. Obsahuje stopové prvky ako kobalt na zvýšenie odolnosti.

• Najlepšie pre: prsty konektora ZIF, posuvné kontakty a oblasti vyžadujúce vysokú fyzickú odolnosť proti opotrebovaniu. Prežije stovky cyklov vkladania.

• Obmedzenia: Je drahý a mimoriadne krehký. Potrebujete špecifické pravidlá dizajnu, aby ste zabezpečili, že oblasť ohybu zostane fyzicky oddelená od tvrdých zlatých prstov.

Imerzný cín & Imerzné striebro

Tieto povrchové úpravy nanášajú tenkú vrstvu cínu alebo striebra priamo na odkryté medené podložky.

• Najlepšie pre: Veľkoobjemové aplikácie citlivé na náklady. Ponúkajú vynikajúce rovinné povrchy pre jemné spájkovanie.

• Obmedzenia: Trpia krátkou životnosťou. Obe sú náchylné na poškodenie pri manipulácii a zafarbenie. Pred montážou ich musíte skladovať vo vysoko kontrolovanom, vákuovo utesnenom prostredí.

Ochranný prostriedok na organickú spájkovateľnosť (OSP)

OSP je organická zlúčenina na vodnej báze. Selektívne sa viaže na meď a vytvára mikroskopickú ochrannú vrstvu.

• Najlepšie pre: Veľmi lacné spájkovanie bez olova. Udržuje podložky dokonale ploché bez pridávania akejkoľvek kovovej hrúbky.

• Obmedzenia: Ponúka nulovú ochranu proti fyzickému opotrebovaniu. OSP po prvom tepelnom cykle rýchlo degraduje. Nie je vhodný pre viacprechodové pretavovacie zostavy.

Porovnávacia tabuľka povrchovej úpravy

Pokovovanie cez otvory (PTH) vs. pokovovanie s povrchovou úpravou

Inžinieri si často zamieňajú povrchové pokovovanie s pokovovaním s priechodnými otvormi. Zatiaľ čo obe zahŕňajú nanášanie kovu, plnia úplne odlišné konštrukčné úlohy v a flexibilný dosiek plošných spojov . dizajn

Rozlíšenie dvoch procesov

Konštrukčné pokovovanie spája rôzne vrstvy dosky. Výrobcovia ukladajú meď dovnútra vyvŕtanú cez otvory. Tým sa vytvorí elektrická kontinuita medzi hornou a spodnou vrstvou. Túto technológiu nazývame Plated Through-Hole (PTH). Povrchová ochranná vrstva je odlišná. Je to konečná povrchová úprava aplikovaná na podložky a PTH prstence na ochranu medi pred oxidáciou. PTH vytvára štruktúru obvodu. Povrchové úpravy chránia rozhranie.

PTH v doskách Flex Board

Prostredníctvom pokovovania na flexibilných substrátoch predstavuje jedinečné výrobné výzvy. Flex dosky sa spoliehajú na akrylové alebo polyimidové lepidlá. Tieto lepidlá vykazujú vysoký koeficient tepelnej rozťažnosti (CTE). Počas pretavenia zostavy sa doska zahrieva. Lepidlá rýchlo expandujú pozdĺž osi Z. Toto rozšírenie ťahá za medený valec vo vnútri priechodného otvoru. Ak je medené pokovovanie príliš tenké, valec praskne. Riadenie tohto napätia osi Z si vyžaduje vysoko kontrolované elektrolytické ukladanie medi.

Najlepšie postupy kontroly pravidiel návrhu (DRC).

Prechody musíte umiestniť opatrne, aby ste predišli prasknutiu plechových otvorov. Počas rozloženia dodržujte tieto špecifické pravidlá:

• Vyhnite sa ohybovým zónam: Prechody nikdy neumiestňujte do dynamických alebo statických ohybových oblastí. Ohyb namáha pevný medený valec, čo spôsobuje okamžité zlyhanie.

• Využite tuhé sekcie: Vždy, keď je to možné, umiestnite priechodky do oblastí podoprených výstuhami. Výstuhy obmedzujú pohyb a chránia integritu PTH.

• Zväčšenie prstencových krúžkov: Flex materiály sa počas výroby zmršťujú a rozťahujú. Použite väčšie prstencové krúžky na kompenzáciu registračných posunov medzi vrstvami.

Špecifikácia a obstarávanie: Ako definovať pokovovanie vo vašej zostave

Rozhodnutia o pokovovaní nemôžete nechať na náhodu. Nejednoznačné výrobné súbory vedú k nízkej výťažnosti montáže. Vo svojich výrobných poznámkach musíte explicitne definovať povrchové úpravy a otvory pre krycí vrstvu.

Definovanie otvorov prekrytia

Musíte zadať správne tolerancie pre registráciu krycích vrstiev. Krycia vrstva je pred laminovaním na dosku vŕtaná, dierovaná alebo rezaná laserom. Niekedy dochádza k posunom zarovnania. Ak krycia vrstva nadmerne prekrýva podložku komponentov, vytvorí masku. Chemikálie na pokovovanie sa nemôžu dostať k zachytenej medi. To má za následok 'preskočenie pokovovania'. Bez pokovovania sa holá meď oxiduje. Počas montáže spájka odmieta navlhčiť zoxidovanú meď, čím vznikajú chybné spoje. Otvory v kryte vždy navrhnite väčšie ako medená podložka pod ňou. Štandardná vôľa je zvyčajne 0,05 mm až 0,10 mm na stranu.

Zosúladenie dokončenia so stratégiou montáže

Vami zvolená povrchová úprava musí zodpovedať možnostiam zmluvného výrobcu (CM). Pred dokončením stohovania skontrolujte ich profily pretavenia. Ak váš CM používa viacero agresívnych tepelných cyklov, OSP zlyhá. Organická vrstva sa pri prvom prechode spáli. Následné prechody vystavia holú meď oxidácii. Vo viacpriechodových scenároch je ENIG oveľa odolnejší. Okrem toho sa uistite, že povrchová úprava je kompatibilná s typmi taviva používanými vo vlnových alebo selektívnych spájkovacích strojoch.

Súlad a overenie dodávateľa

Pri výbere výrobcu zhodnoťte jeho súlad s priemyselnými normami. Mali by ste dbať na prísne dodržiavanie možností IPC-6013. Táto norma upravuje kvalifikačné a výkonnostné špecifikácie pre flexibilné plošné spoje. Opýtajte sa konkrétne otázky o ich chemickej kontrole.

Napríklad overte ich kontrolu nad hrúbkou niklu v procesoch ENIG. Ak predajca zle spravuje zlatý ponorný kúpeľ, môže to spôsobiť nadmernú koróziu základného niklu. Hovoríme tomu syndróm 'black pad'. Pri flex aplikáciách vedie čierna podložka ku katastrofálnym zlomeninám krehkého spájkovaného spoja. Dôveryhodný predajca poskytne správy o priereze mikrorezov, ktoré dokazujú, že ich hrúbka pokovovania zostáva v rámci prísnych tolerancií IPC.

Záver

Pokovovanie je funkčná, vysoko lokalizovaná vrstva určená výlučne na pripojenie a spájkovanie. Viditeľná krycia vrstva poskytuje štrukturálnu a environmentálnu ochranu pokrývajúca väčšinu dosky. Pochopenie tohto rozdielu vám pomôže lepšie si vybrať materiál.

Pred výberom povrchovej úpravy vždy dokončite požadovaný polomer ohybu, oblasti ohybu a typy konektorov. Pevné povrchové úpravy ako ENIG a Hard Gold udržujte ďaleko od dynamických namáhaných zón, aby ste predišli mikrotrhlinkám. Zosúlaďte svoje voľby pokovovania s tepelnými profilmi vášho výrobcu, aby ste zaistili vysoké výnosy pri montáži.

Nehádajte, pokiaľ ide o nahromadenie materiálu. Odošlite svoje súbory Gerber a požiadavky na stohovanie vášmu výrobnému partnerovi na komplexnú kontrolu dizajnu pre manufacturability (DFM). Dôkladná kontrola DFM zaisťuje, že vaše špecifikácie pokovovania dokonale zodpovedajú vašim dlhodobým cieľom spoľahlivosti.

FAQ

Otázka: Môžete pokryť celý povrch flexibilnej dosky plošných spojov?

Odpoveď: Je to technicky možné, ale veľmi sa to neodporúča. Kovy ako nikel a zlato sú pevné. Potiahnutie celého povrchu spôsobuje extrémnu stratu pružnosti. Doska sa stáva tuhá, čím sa zvyšuje riziko vážneho prasknutia stopy pri ohýbaní. Spôsobuje tiež neúmerné materiálové náklady bez pridania funkčnej hodnoty.

Otázka: Prečo vyzerajú konce konektorov mojej flexibilnej dosky odlišne od podložiek komponentov?

Odpoveď: Rôzne oblasti slúžia rôznym funkciám. Konce konektorov, známe ako prsty, zvyčajne vyžadujú tvrdé zlato. Táto hrubá zliatina poskytuje vynikajúcu odolnosť pri opakovaných cykloch vkladania do pätíc ZIF. Komponentné podložky vyžadujú skôr optimálnu spájkovateľnosť než fyzickú odolnosť proti opotrebovaniu, takže zvyčajne dostávajú povrchovú úpravu ENIG alebo OSP.

Otázka: Ovplyvňuje hrúbka pokovovania polomer ohybu?

A: Áno. Hrubšie oplechovanie výrazne obmedzuje povolený polomer ohybu. Pevné vrstvy, najmä hrubé niklové podkladové vrstvy s povrchovou úpravou ENIG, sa nemôžu roztiahnuť ako základná meď. Silné pokovovanie obmedzuje dosku na jednoduché aplikácie „flex-to-install“ namiesto scenárov s nepretržitým dynamickým ohýbaním.