Xu hướng thiết kế PCB là phát triển theo hướng nhẹ và nhỏ. Ngoài thiết kế bảng mật độ cao, còn có các khu vực quan trọng và phức tạp của lắp ráp kết nối ba chiều của bảng cứng. Bảng mạch cứng nhắc, với sự ra đời và phát triển của FPC, đang dần được sử dụng rộng rãi trong nhiều dịp khác nhau.
Bảng mạch cứng là bảng mạch linh hoạt và bảng mạch cứng thông thường, được kết hợp trong các quy trình khác nhau và theo các yêu cầu quy trình có liên quan để tạo thành bảng mạch có cả đặc điểm FPC và đặc tính PCB. Nó có thể được sử dụng trong một số sản phẩm có yêu cầu đặc biệt, cả một khu vực linh hoạt nhất định và một khu vực cứng nhắc nhất định, giúp tiết kiệm không gian bên trong, giảm khối lượng thành phẩm và cải thiện hiệu suất sản phẩm.
Vật liệu bảng linh hoạt
đường dẫn nhanh
- Vật liệu bảng linh hoạt
- Quy tắc thiết kế cho bảng cứng nhắc
- 1. Qua địa điểm
- 2. Thiết kế Pad và Via
- 3. Thiết kế dấu vết
- 4. Thiết kế mạ đồng
- 5. Khoảng cách giữa lỗ khoan và đồng
- 6. Thiết kế khu vực cứng nhắc
- 7. Bán kính uốn của vùng uốn của bảng cứng
Như người ta vẫn nói: Một khi một công nhân muốn làm điều gì đó tốt, trước tiên anh ta phải mài giũa các công cụ của mình. Vì vậy, điều rất quan trọng là phải chuẩn bị đầy đủ cho quá trình thiết kế và sản xuất một tấm ván cứng. Tuy nhiên, điều này đòi hỏi một số lượng chuyên môn nhất định và sự hiểu biết về các đặc tính của các vật liệu cần thiết. Các vật liệu được chọn cho các tấm cứng-flex ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình sản xuất tiếp theo và hiệu suất của nó.
Vật liệu cứng quen thuộc với mọi người và vật liệu loại FR4 thường được sử dụng. Tuy nhiên, vật liệu cứng-flex cũng cần phải tính đến nhiều yêu cầu. Nó phù hợp để dán và cung cấp khả năng chịu nhiệt tốt để đảm bảo mức độ giãn nở của phần khớp bị uốn cứng sau khi gia nhiệt là đồng nhất mà không bị biến dạng. Các nhà sản xuất nói chung sử dụng một vật liệu cứng của loạt nhựa.
Đối với vật liệu linh hoạt (flex), chọn chất nền có kích thước nhỏ hơn và màng phủ. Thông thường, các vật liệu làm từ PI cứng hơn được sử dụng và những vật liệu được sản xuất bằng cách sử dụng chất nền không dính cũng được sử dụng trực tiếp. Các vật liệu flex như sau:
Chất liệu cơ bản di chuyển FCCL (Tấm đồng phủ dẻo)
Polyimide PI. Polymide: Kapton (12, 5 um / 20 um / 25 um / 50 um / 75 um). Độ linh hoạt tốt, chịu nhiệt độ cao (nhiệt độ sử dụng lâu dài là 260 ° C, kháng ngắn hạn đến 400 ° C), hấp thụ độ ẩm cao, tính chất điện và cơ tốt, chống rách tốt. Chống chịu thời tiết tốt và tính chất hóa học, chống cháy tốt. Polyimide (PI) được sử dụng rộng rãi nhất. 80% trong số chúng được sản xuất bởi DuPont, Hoa Kỳ.
Polyester PET
Polyester (25um / 50um / 75um). Giá rẻ, linh hoạt và chống rách. Các tính chất cơ và điện tốt như độ bền kéo, khả năng chống nước tốt và hút ẩm. Tuy nhiên, sau khi nhiệt, tốc độ co ngót lớn và khả năng chịu nhiệt độ cao không tốt. Không thích hợp cho hàn nhiệt độ cao, nhiệt độ nóng chảy 250 ° C, ít sử dụng.
Lớp phủ
Chức năng chính của màng bọc là bảo vệ mạch khỏi độ ẩm, nhiễm bẩn và hàn. Độ dày màng phủ từ 1/2 triệu đến 5 triệu (12, 7 đến 127 um).
Lớp dẫn điện được cuộn đồng ủ, đồng điện cực và mực bạc. Trong số đó, cấu trúc tinh thể đồng điện phân là thô, không có lợi cho năng suất dòng mịn. Cấu trúc tinh thể đồng mịn, nhưng độ bám dính với màng cơ sở kém. Các giải pháp điểm và lá đồng có thể được phân biệt với sự xuất hiện. Các lá đồng điện phân có màu đỏ đồng, và lá đồng cuộn có màu trắng xám.
Vật liệu bổ sung & chất làm cứng
Vật liệu phụ và chất làm cứng là vật liệu cứng được ép một phần với nhau để hàn các bộ phận hoặc thêm cốt thép để gắn. Màng gia cố có thể được gia cố bằng FR4, tấm nhựa, keo dính áp lực, tấm thép và tấm nhôm.
Chất kết dính không chảy / dòng chảy thấp (PP lưu lượng thấp). Kết nối cứng và Flex cho bảng cứng-flex, thường là PP rất mỏng. Thông thường có các thông số kỹ thuật 106 (2 triệu), 1080 (3.0 triệu / 3.5 triệu), 2116 (5.6 triệu).
Cấu trúc tấm cứng
Bảng cứng-flex là một hoặc nhiều lớp cứng được gắn vào bảng linh hoạt, và mạch trên lớp cứng và mạch trên lớp linh hoạt được kết nối với nhau bằng cách kim loại hóa. Mỗi bảng điều khiển cứng có một hoặc nhiều vùng cứng và vùng linh hoạt. Sự kết hợp của các tấm cứng và linh hoạt đơn giản được hiển thị dưới đây, với nhiều hơn một lớp.
Ngoài ra, sự kết hợp của một bảng linh hoạt và một vài bảng cứng, một sự kết hợp của một số bảng linh hoạt và một số bảng cứng, sử dụng lỗ, lỗ mạ, quá trình cán để đạt được kết nối điện. Theo yêu cầu thiết kế, khái niệm thiết kế phù hợp hơn cho việc cài đặt và gỡ lỗi thiết bị cũng như các hoạt động hàn. Đảm bảo rằng các lợi thế và tính linh hoạt của bảng cứng-flex được sử dụng tốt hơn. Tình huống này phức tạp hơn, và lớp dây nhiều hơn hai lớp. Như sau:
Cán là để cán lá đồng, mảnh P, mạch linh hoạt bộ nhớ và mạch cứng bên ngoài thành một bảng nhiều lớp. Cán màng của bảng cứng-flex khác với cán của bảng chỉ uốn hoặc cán của bảng cứng. Cần xem xét sự biến dạng của bảng linh hoạt trong quá trình cán và độ phẳng bề mặt của bảng cứng.
Do đó, ngoài việc lựa chọn vật liệu, cũng cần xem xét độ dày của tấm cứng trong quá trình thiết kế, và để đảm bảo rằng tốc độ co ngót của phần cứng-flex là phù hợp mà không bị cong vênh. Thí nghiệm chứng minh rằng độ dày 0, 8 ~ 1, 0mm là phù hợp hơn. Đồng thời, cần lưu ý rằng tấm cứng và tấm linh hoạt được đặt ở một khoảng cách nhất định từ phần khớp để không ảnh hưởng đến phần khớp cứng.
Quy trình sản xuất bảng kết hợp cứng nhắc
Việc sản xuất flex-flex nên có cả thiết bị sản xuất FPC và thiết bị xử lý PCB. Đầu tiên, kỹ sư điện tử vẽ đường và hình dạng của bảng linh hoạt theo yêu cầu, sau đó giao nó cho nhà máy có thể sản xuất bảng cứng-flex. Sau khi các kỹ sư CAM xử lý và lên kế hoạch cho các tài liệu liên quan, dây chuyền sản xuất FPC được sắp xếp. Các dây chuyền sản xuất FPC và PCB được yêu cầu để sản xuất PCB. Sau khi bảng flex và bảng cứng xuất hiện, theo yêu cầu lập kế hoạch của các kỹ sư điện tử, FPC và PCB được ép liền mạch thông qua máy ép, và sau đó thông qua một loạt các bước chi tiết, quy trình cuối cùng là bảng flex cứng .
Ví dụ: lấy Bảng hiển thị di động Motorola 1 + 2F + 1 và Bảng phụ 4 lớp (bảng cứng hai lớp và bảng uốn hai lớp). Các yêu cầu chế tạo tấm là một thiết kế HDI với khoảng cách 0, 5 mm. Độ dày của bảng flex là 25um và có thiết kế lỗ IVH (Interstitial Via Hole). Độ dày của toàn bộ tấm: 0.295 +/- 0, 052 mm. Lớp bên trong LW / SP là 3/3 triệu.
Quy tắc thiết kế cho bảng cứng nhắc
Bảng mạch cứng được thiết kế phức tạp hơn nhiều so với thiết kế PCB truyền thống, và có nhiều nơi cần chú ý. Cụ thể, các khu vực chuyển tiếp chuyển tiếp cứng nhắc, cũng như định tuyến liên quan, vias, v.v … phải tuân theo các yêu cầu của quy tắc thiết kế tương ứng.
1. Qua địa điểm
Trong trường hợp sử dụng động, đặc biệt là khi bảng linh hoạt thường bị uốn cong, các lỗ xuyên qua trên bảng linh hoạt được tránh càng nhiều càng tốt, và các lỗ xuyên qua dễ bị phá vỡ. Tuy nhiên, khu vực gia cố trên bảng flex vẫn có thể được đục lỗ, nhưng cũng tránh vùng lân cận của cạnh của khu vực gia cố. Do đó, cần tránh một khoảng cách nhất định của khu vực liên kết khi đục lỗ trong thiết kế bảng uốn và bảng cứng. Như hình dưới đây.
Đối với các yêu cầu về khoảng cách của thông qua và flex-flex, các quy tắc phải tuân theo trong thiết kế là:
- Cần duy trì khoảng cách ít nhất 50 triệu và ứng dụng có độ tin cậy cao cần ít nhất 70 triệu.
- Hầu hết các bộ xử lý sẽ không chấp nhận khoảng cách cực xa dưới 30 triệu.
- Thực hiện theo các quy tắc tương tự cho vias trên một bảng linh hoạt.
- Đây là quy tắc thiết kế quan trọng nhất trong bảng cứng nhắc.
2. Thiết kế Pad và Via
Các miếng đệm và vias giành được giá trị tối đa khi các yêu cầu về điện được đáp ứng, và một đường chuyển tiếp trơn tru được sử dụng tại điểm nối giữa miếng đệm và dây dẫn để tránh một góc vuông. Miếng đệm riêng biệt nên được thêm vào ngón chân để tăng cường hỗ trợ.
Trong thiết kế bảng cứng-flex, vias hoặc miếng đệm dễ bị hỏng. Các quy tắc phải tuân theo để giảm rủi ro này:
- Các miếng hàn của miếng đệm hoặc thông qua tiếp xúc với vòng đồng, càng lớn càng tốt.
- Dấu vết xuyên qua lỗ thêm nhiều giọt nước mắt càng nhiều càng tốt để tăng hỗ trợ cơ học.
- Thêm một ngón chân để tăng cường.
3. Thiết kế dấu vết
Nếu có dấu vết trên các lớp khác nhau trong vùng flex (Flex), hãy cố gắng tránh một dây ở phía trên và dây kia ở cùng một đường dẫn ở phía dưới. Theo cách này, khi bảng linh hoạt bị uốn cong, lực của lớp trên và lớp dưới của dây đồng không nhất quán, có khả năng gây ra thiệt hại cơ học cho đường dây. Thay vào đó, bạn nên đi loạng choạng những con đường và băng qua những con đường. Như hình dưới đây.
Thiết kế định tuyến trong vùng flex (Flex) yêu cầu đường vòng cung là tốt nhất, không phải đường góc. Trái với các khuyến nghị trong khu vực cứng nhắc. Điều này có thể bảo vệ phần linh hoạt của bảng không bị phá vỡ khi uốn cong. Đường này cũng nên tránh sự giãn nở hoặc co lại đột ngột, và các đường dày và mỏng phải được kết nối bằng một vòng cung hình giọt nước.
4. Thiết kế mạ đồng
Đối với uốn cong linh hoạt của bảng linh hoạt gia cố, lớp đồng hoặc phẳng tốt nhất là một cấu trúc lưới. Tuy nhiên, đối với điều khiển trở kháng hoặc các ứng dụng khác, cấu trúc lưới không thỏa đáng về chất lượng điện. Do đó, trong thiết kế cụ thể, người thiết kế phải thực hiện một cuộc gọi phán xét phù hợp với yêu cầu thiết kế. Là nó sử dụng lưới đồng hay rắn? Tuy nhiên, đối với khu vực chất thải, vẫn có thể thiết kế càng nhiều đồng rắn càng tốt. Như hình dưới đây.
5. Khoảng cách giữa lỗ khoan và đồng
Khoảng cách này đề cập đến khoảng cách giữa một lỗ và da đồng. Điều này được gọi là khoảng cách đồng lỗ của máy. Nói chung, khoảng cách đồng lỗ tiêu chuẩn nên là 10 triệu.
Đối với vùng cứng-linh hoạt, không được bỏ qua hai khoảng cách quan trọng nhất. Một là Máy khoan đồng được đề cập ở đây, tuân theo tiêu chuẩn tối thiểu 10 triệu. Cái còn lại là lỗ vào cạnh của bảng flex (Hole to Flex), thường được khuyến nghị là 50 triệu.
6. Thiết kế khu vực cứng nhắc
Trong vùng cứng-linh hoạt, bảng linh hoạt được thiết kế tốt nhất để được kết nối với bảng cứng ở giữa ngăn xếp. Các vias của bảng flex được coi là các lỗ chôn trong khu vực liên kết cứng-linh hoạt. Các khu vực cần được chú ý trong khu vực linh hoạt cứng nhắc như sau:
- Đường thẳng phải được chuyển tiếp trơn tru, và hướng của đường thẳng phải vuông góc với hướng uốn cong.
- Bố cục nên được phân bố đều trong khu vực uốn.
- Chiều rộng của dây phải được tối đa hóa trong toàn bộ khu vực uốn cong.
- Vùng chuyển tiếp cứng nhắc nên cố gắng không áp dụng thiết kế PTH.
7. Bán kính uốn của vùng uốn của bảng cứng
Vùng uốn linh hoạt của bảng điều khiển cứng có khả năng chịu được 100.000 độ lệch mà không bị đứt, ngắn mạch, giảm hiệu suất hoặc không thể chấp nhận được. Điện trở uốn được đo bằng thiết bị đặc biệt, và nó cũng có thể được đo bằng các dụng cụ tương đương. Các mẫu được kiểm tra phải đáp ứng các yêu cầu của thông số kỹ thuật có liên quan.
Trong thiết kế, bán kính uốn nên được tham chiếu như thể hiện trong hình bên dưới. Thiết kế của bán kính uốn phải liên quan đến độ dày của bảng flex trong vùng uốn linh hoạt và số lớp của bảng flex. Một tiêu chuẩn tham khảo đơn giản là R = WxT. T là tổng độ dày của bảng flex. Bảng điều khiển đơn W là 6, bảng đôi 12 và bảng đa lớp 24. Do đó, bán kính uốn tối thiểu của bảng đơn là 6 lần, bảng đôi dày 12 lần và bảng đa lớp dày 24 lần. Tất cả không được nhỏ hơn 1.6mm.
Tóm lại, điều đặc biệt quan trọng đối với việc thiết kế bảng linh hoạt và cứng có liên quan đến thiết kế bảng mạch linh hoạt. Thiết kế bảng linh hoạt đòi hỏi phải xem xét các vật liệu khác nhau, độ dày và sự kết hợp khác nhau của chất nền, lớp liên kết, lá đồng, lớp phủ và tấm gia cố và xử lý bề mặt của bảng linh hoạt, cũng như các đặc tính của nó, như độ bền của vỏ và độ bền uốn . Tính chất flex, tính chất hóa học, nhiệt độ vận hành, v.v … Cần xem xét cụ thể đến việc lắp ráp và ứng dụng cụ thể của tấm flex được thiết kế. Các quy tắc thiết kế cụ thể về vấn đề này có thể đề cập đến các tiêu chuẩn IPC: IPC-D-249 và IPC-2233.
Ngoài ra, đối với độ chính xác xử lý của bảng flex, độ chính xác xử lý ở nước ngoài là: chiều rộng mạch: 50μm, khẩu độ: 0, 1mm và số lớp là hơn 10 lớp. Trong nước: chiều rộng mạch: 75μm, khẩu độ: 0, 2mm, 4 lớp. Những điều này cần được hiểu và tham khảo trong thiết kế cụ thể.
Một ứng dụng thông thường của bảng mạch cứng là thiết kế PCB của iPhone. Apple sử dụng bảng flex cứng để kết nối màn hình di động của thiết bị với bảng chính. Nếu bạn muốn biết thêm về các ứng dụng bảng cứng nhắc cho các ngành công nghiệp như thiết bị y tế, quân sự hoặc quang điện tử, hãy truy cập RayMing.
