При огляді гол гнучку друковану плату , ви можете помітити яскраві металеві поверхні. Ці блискучі ділянки часто створюють загальне неправильне уявлення про зовнішню структуру дошки. Ви можете припустити, що покриття покриває весь зовнішній вигляд. Ні, покриття зазвичай не є основним видимим шаром. Домінуючим видимим шаром є фактично покриття, яке зазвичай є поліімідною плівкою. Покриття служить фінішною поверхнею і з’являється лише на певних, вибірково відкритих ділянках.
Розуміння точного зв’язку між мідною основою, покриттям і поверхневим покриттям є критично важливим для інженерів і груп закупівель. Визначення неправильного матеріалу покриття або відкритої ділянки може призвести до мікротріщин під час згинання. Це також може зменшити врожайність збірки або спричинити передчасний вихід із ладу. У цьому посібнику ми розглянемо анатомію гнучких схем. Ви дізнаєтесь, чому покриття наноситься вибірково, як оцінити параметри обробки поверхні та способи визначення покриття у вашій колекції.
Ключові висновки
Основним видимим ізоляційним шаром на більшості гнучких схем є поліімідне покриття, а не покриття.
Поверхневе покриття (наприклад, ENIG, Hard Gold або Tin) вибірково наноситься лише на відкриті контактні площадки, отвірні отвори та пальці з’єднувача, щоб забезпечити можливість паяння та запобігти окисленню.
Нанесення покриття на зони динамічного вигину підвищує жорсткість і ризик механічного пошкодження.
Вибір правильної обробки поверхні для Для гнучких друкованих плат необхідний збалансований термін придатності, сумісність роз’ємів і обмеження температури складання.
Анатомія FPC: покриття проти покриття поверхні
Щоб зрозуміти, що ви насправді бачите на голій гнучкій схемі, ви повинні поглянути на її фундаментальні шари. Кожен шар виконує певну механічну та електричну мету.
База мідь
Виробники витравлюють струмопровідні доріжки з суцільної мідної фольги. Зазвичай ви зустрічаєте два види міді. Прокатно-відпалена (RA) мідь має подовжену зернисту структуру. Це робить його ідеальним для динамічного згинання. Електроосаджена (ED) мідь має вертикальну зернисту структуру. Він краще підходить для статичних програм Flex. Незалежно від типу, гола мідь дуже сприйнятлива до окислення. Якщо залишити без захисту, вологість навколишнього середовища та повітря швидко руйнують мідь. Це погіршує провідність і руйнує здатність до пайки.
Покриття (Справжній видимий шар)
Оскільки чиста мідь легко руйнується, виробники повинні захистити її. Щоб захистити сліди, вони наносять покриття. Покриття діє як гнучкий еквівалент паяльної маски жорсткої плати. Зазвичай він складається з поліімідної (PI) плівки, скріпленої акриловим або епоксидним клеєм. Коли ви дивитесь на гнучку схему, ви в першу чергу бачите цей поліімідний шар. Він покриває більше 90% поверхні дошки. Покриття забезпечує важливу електроізоляцію. Він також забезпечує надійний фізичний захист від подряпин, пилу та вологи.
Покриття поверхні (відкритий металевий шар)
Ви не можете паяти компоненти безпосередньо через поліімідне покриття. Виробники повинні навмисно відкривати «вікна» в покритті. Вони оголюють базову мідь на контактних майданчиках компонентів, контактах роз’єму Zero Insertion Force (ZIF) і тестових точках. Покриття поверхні — це кінцеве хімічне або електролітичне покриття, яке наноситься виключно на ці відкриті ділянки. Він захищає локалізовану мідь від окислення, забезпечуючи при цьому надійну поверхню для пайки або механічного контакту. Обшивка не є універсальним покриттям. Це високоцільове металеве покриття.
Чому обшивку застосовують вибірково (технології та реалії вартості)
Ви можете запитати, чому ми просто не покриваємо весь мідний шар перед нанесенням покриття. Універсальне нанесення фінішної обробки поверхні через a гнучка друкована плата створює серйозні механічні та електричні пошкодження.
Ризики механічної гнучкості
Плаковані метали мають інші фізичні властивості, ніж основна мідь. Такі метали, як нікель і золото, за своєю природою крихкі. Катана-відпалена мідь чудово гнеться. Нікель руйнується під дією однакового навантаження. Якщо ви виконуєте повну трасу пластини, ви руйнуєте динамічний радіус вигину дошки. Коли ви згинаєте повністю покриту доріжку, жорсткий нікелевий нижній шар тріскається. Ці мікротріщини поширюються вниз у мідну основу. Зрештою, траса повністю розривається, що призводить до катастрофічних розривів.
Ефективність витрат
Дорогоцінні метали збільшують витрати на обробку поверхні. Такі процеси, як ENIG (Electroless Nickel Immersion Gold) або Hard Gold, використовують дорогі елементи. Паладій і золото мають високі витрати на сировину. Вибіркове покриття обмежує ці дорогі метали лише функціональними точками контакту. Зберігаючи покриття на колодках і пальцях з’єднувача, ви оптимізуєте витрати на виробництво. Застосування золота на нефункціональних ділянках трасування витрачає капітал.
Цілісність сигналу та імпеданс
Безперервне покриття змінює фізичні розміри ваших провідних слідів. Це порушує схеми контрольованого імпедансу. Коли ви всюди наносите покриття, непередбачувано змінюються три змінні:
Товщина сліду: покриття додає вертикальну висоту мідної лінії.
Геометрія сліду: хімічне покриття може змінити форму поперечного перерізу сліду.
Діелектрична відстань: зазор між поверхнею сліду та базовою площиною зміщується.
Завдяки обмежуванню покриття контактними площадками компонентів ваші високошвидкісні сліди сигналу залишаються однорідними. Вони зберігають точні розміри міді, визначені під час початкового процесу травлення.
Оцінка варіантів покриття поверхні для гнучких друкованих плат
Не всі оздоблення поверхні служать однаковій меті. Ви повинні вибрати обробку на основі середовища складання, потреб у терміні придатності та механічних інтерфейсів.
Безелектричне нікелеве іммерсійне золото (ENIG)
ENIG є одним із найпопулярніших оздоблювальних матеріалів у галузі. Він наносить шар нікелю на мідь, а потім тонкий шар іммерсійного золота.
Найкраще підходить для: компонентів з дрібним кроком, плоских поверхонь і надійної пайки. Золото запобігає окисленню, тоді як нікель діє як бар'єрний шар.
Обмеження: нікелевий нижній шар є жорстким. Ви повинні суворо тримати ENIG поза зонами згину. Якщо отвір покриття поширюється на область згинання, нікель зламається під час згинання.
Тверде золото
Тверде золото використовує електролітичний процес для осадження більш товстого, твердішого сплаву золота. Він містить такі мікроелементи, як кобальт, для збільшення довговічності.
Найкраще підходить для: пальців роз’єму ZIF, ковзних контактів і областей, які потребують високої фізичної стійкості до зношування. Він витримує сотні циклів вставлення.
Обмеження: він дорогий і надзвичайно крихкий. Вам потрібні спеціальні правила проектування, щоб гарантувати, що зона згину залишається фізично відокремленою від твердих золотих пальців.
Олово для занурення та срібло для занурення
Ці покриття наносять тонкий шар олова або срібла безпосередньо на оголені мідні колодки.
Найкраще для: великих обсягів, чутливих до вартості програм. Вони пропонують чудові плоскі поверхні для пайки з дрібним кроком.
Обмеження: вони страждають від короткого терміну зберігання. Обидва вони чутливі до пошкоджень і потьмяніння. Ви повинні зберігати їх у ретельно контрольованому, вакуумно закритому середовищі до складання.
Органічний консервант паяльності (OSP)
OSP - це органічна сполука на водній основі. Він вибірково з’єднується з міддю, утворюючи мікроскопічний захисний шар.
Найкраще підходить для: дуже дешевого паяння без вмісту свинцю. Він зберігає колодки ідеально плоскими, не додаючи металевої товщини.
Обмеження: забезпечує нульовий захист від фізичного зносу. OSP швидко руйнується після першого термічного циклу. Він погано підходить для багатоходових вузлів оплавлення.
Порівняльна таблиця обробки поверхні
Тип обробки
Основна вигода
Основне обмеження
Кращий додаток
ENIG
Відмінна плоска поверхня, тривалий термін зберігання
Твердий нікель викликає розтріскування в зонах вигину
Компонентні колодки SMT високої щільності
Тверде золото
Чудова зносостійкість
Висока вартість, висока крихкість
Пальці роз'єму ZIF, ковзні контакти
Олово/срібло для занурення
Економічна, рівна поверхня
Легко тьмяніє, потребує суворого зберігання
Великі об'єми з коротким терміном зберігання
OSP
Найнижча вартість, не додає товщини
Деградує після одного циклу оплавлення
Одностороння проста збірка SMT
Покриття через отвір (PTH) проти покриття поверхні
Інженери часто плутають поверхневе покриття з наскрізним отвором. Хоча обидва передбачають осадження металу, вони виконують абсолютно різні структурні ролі в a гнучких друкованих плат . дизайн
Розрізнення двох процесів
Конструкційна обшивка з’єднує різні шари плити. Виробники поміщають мідь всередину через отвори. Це встановлює електричну безперервність між верхнім і нижнім шарами. Ми називаємо це технологією наскрізного отвору (PTH). Поверхневе захисне покриття буває різним. Це остаточне покриття, нанесене на колодки та кільцеві кільця PTH для захисту міді від окислення. PTH будує структуру схеми. Оздоблення поверхні захищає інтерфейс.
PTH у Flex Boards
Нанесення покриття на гнучкі підкладки створює унікальні виробничі проблеми. Плити Flex покладаються на акрилові або поліімідні клеї. Ці клеї демонструють високий коефіцієнт теплового розширення (КТР). Під час оплавлення складання плата нагрівається. Адгезиви швидко розширюються вздовж осі Z. Це розширення тягне мідний ствол всередині наскрізного отвору. Якщо мідне покриття занадто тонке, стовбур розривається. Управління цим напруженням осі Z вимагає чітко контрольованого електролітичного осадження міді.
Найкращі методи перевірки правил проектування (DRC).
Необхідно обережно розташувати перехідні отвори, щоб запобігти зламу пластинчастого отвору. Під час створення макета дотримуйтеся цих правил:
Уникайте зон вигинів: Ніколи не розміщуйте отвори в динамічних або статичних зонах вигинів. Згинання напружує жорсткий мідний ствол, викликаючи миттєвий вихід з ладу.
Використовуйте жорсткі секції: по можливості розміщуйте отвори в зонах, що підтримуються ребрами жорсткості. Ребра жорсткості обмежують рух і захищають цілісність ПТГ.
Збільшення кільцевих кілець: гнучкі матеріали стискаються та розтягуються під час виробництва. Використовуйте більші кільцеві кільця, щоб компенсувати зміщення реєстрації між шарами.
Специфікація та закупівлі: як визначити покриття у вашому пакеті
Ви не можете залишати рішення щодо покриття випадково. Неоднозначні виробничі файли призводять до низької ефективності складання. Ви повинні чітко визначити обробку поверхні та отвори для покриття у своїх примітках до виготовлення.
Визначення отворів покриття
Ви повинні вказати належні допуски для реєстрації покриття. Покриття просвердлюється, пробивається або вирізається лазером перед нанесенням на дошку. Іноді трапляються зсуви вирівнювання. Якщо накладка надмірно перекриває майданчик компонента, створюється маска. Хімічні речовини для покриття не можуть досягти захопленої міді. Це призводить до «пропуску покриття». Без покриття оголена мідь окислюється. Під час складання припій відмовляється змочувати окислену мідь, створюючи дефектні з’єднання. Завжди проектуйте отвори для покриття більшими, ніж мідна прокладка, що лежить під ними. Стандартний зазор зазвичай становить від 0,05 мм до 0,10 мм на кожну сторону.
Вирівнювання обробки зі стратегією складання
Вибране вами покриття має відповідати можливостям вашого контрактного виробника (CM). Перш ніж завершити стек, перевірте їхні профілі перекомпонування. Якщо ваш CM використовує кілька агресивних термоциклів, OSP вийде з ладу. Органічний шар згорає під час першого проходу. Подальші проходи піддадуть голу мідь окисленню. У багатопрохідних сценаріях ENIG набагато стійкіший. Крім того, переконайтеся, що обробка сумісна з типами флюсу, які використовуються в їхніх машинах для паяння хвилею або селективного паяння.
Відповідність і перевірка постачальника
Вибираючи виробника, оцініть їх відповідність галузевим стандартам. Слід звернути увагу на суворе дотримання можливостей IPC-6013. Цей стандарт регулює кваліфікаційні характеристики та характеристики гнучкої друкованої проводки. Задайте конкретні запитання щодо їх хімічного контролю.
Наприклад, перевірте їх контроль над товщиною нікелю в процесах ENIG. Якщо постачальник погано керує золотою ванною, це може спричинити гіперкорозію основного нікелю. Ми називаємо це синдромом «чорної прокладки». У гнучкому застосуванні чорна прокладка призводить до катастрофічних крихких руйнувань паяного з’єднання. Надійний постачальник надасть звіти про мікроперерізи поперечного перерізу, які доведуть, що товщина їх покриття залишається в межах жорстких допусків IPC.
Висновок
Покриття — це функціональний, дуже локалізований шар, призначений виключно для підключення та пайки. Видиме покриття забезпечує захист конструкції та навколишнього середовища, що покриває більшу частину плити. Розуміння цієї різниці допоможе вам зробити кращий вибір матеріалу.
Завжди остаточно визначте необхідний радіус вигину, зони згину та типи з’єднувачів перед вибором обробки поверхні. Тримайте жорсткі покриття, такі як ENIG і Hard Gold, подалі від зон динамічного навантаження, щоб запобігти мікротріщинам. Щоб забезпечити високу ефективність складання, узгоджуйте вибір покриття з термопрофілями виробника.
Не гадайте, коли мова йде про накопичення матеріалів. Надішліть ваші файли Gerber і вимоги до стекапу вашому партнеру-виробнику для комплексної перевірки технологічності (DFM). Ретельний аналіз DFM гарантує, що технічні характеристики покриття повністю відповідають вашим довгостроковим цілям щодо надійності.
FAQ
З: Чи можна покрити всю поверхню гнучкої друкованої плати?
A: Технічно це можливо, але вкрай не рекомендується. Покриття металів, таких як нікель і золото, є жорсткими. Покриття всієї поверхні спричиняє надзвичайну втрату гнучкості. Дошка стає жорсткою, що збільшує ризик серйозних слідових тріщин при згинанні. Це також тягне за собою непомірні матеріальні витрати без додавання функціональної цінності.
Питання: Чому кінці роз’ємів моєї гнучкої плати виглядають інакше, ніж контактні площадки компонентів?
A: Різні області виконують різні функції. Кінці роз’ємів, відомі як пальці, зазвичай потребують твердого золота. Цей товстий сплав забезпечує чудову довговічність для багаторазових циклів вставлення в гнізда ZIF. Компонентні колодки вимагають оптимальної паяльності, а не фізичної зносостійкості, тому вони зазвичай отримують покриття ENIG або OSP.
З: Чи впливає товщина покриття на радіус вигину?
A: Так. Більш товсте покриття істотно обмежує допустимий радіус вигину. Жорсткі шари, особливо товсті нікелеві нижні шари в покриттях ENIG, не можуть розтягуватися, як основна мідь. Важке покриття обмежує плату простими додатками 'flex-to-install', а не сценаріями постійного динамічного згинання.
