Руководство по производству складных печатных плат
С ростом популярности носимых устройств, складные смартфоны, и портативные медицинские инструменты, складные печатные платы (гибкие печатные платы) стали ключевым фактором внедрения инноваций в области аппаратного обеспечения. Их уникальные преимущества — возможность сгибания без повреждений., легкий, и компактны — делают их незаменимыми в электронике нового поколения..
В отличие от традиционных жестких печатных плат, производство складных печатных плат требует специального выбора материалов., точные правила проектирования, и специальный контроль процесса. Даже незначительные отклонения могут привести к сбоям складывания или нестабильной передаче сигнала..
В этом руководстве представлен всесторонний обзор производства складных печатных плат — от основных концепций до основ массового производства..
Что такое складная печатная плата?
Складная печатная плата представляет собой гибридную структуру, которая сочетает в себе жесткие и гибкие слои на одной плате..
Жесткая секция поддерживает компоненты и разъемы..
Гибкая секция позволяет сгибать или складывать, соединение нескольких жестких деталей без кабелей или разъемов.
Такая конструкция обеспечивает механическую гибкость и оптимизацию пространства., что делает его идеальным для:
Складные телефоны и планшеты
Устройства медицинской визуализации
Носимая электроника
Автомобильные дисплеи
Компактные военные или аэрокосмические системы
Выбор основного материала: «Базовая гибкость» складных печатных плат
Выбор материала — душа складной печатной платы. Каждый материал напрямую влияет на устойчивость к изгибу., электрическая стабильность, и стоимость производства. Ниже приводится разбивка ключевых материалов и логика выбора.:
1. Базовый материал — Гибкая основа
Основание должно уравновешивать изоляцию., Гибкость, и теплостойкость. Два основных варианта::
Полиимид (Пик):
Известен своим превосходным соотношением производительности и стоимости., PI обеспечивает широкий температурный допуск (-269от °С до 400 °С), Высокая механическая прочность, и превосходное сопротивление усталости при изгибе. Он подходит для более чем 90% складных приложений, такие как носимые устройства и схемы складных дисплеев.
обратная сторона: Немного выше стоимость, чем у ПЭТ., и поглощение влаги требует тщательного контроля процесса.Полиэстер (ДОМАШНИЙ ПИТОМЕЦ):
Низкая стоимость и хорошая гибкость, но плохая термостойкость (максимальное непрерывное использование <120° C.). Подходит только для маломощных, приложения, не требующие пайки, такие как светодиодные ленты.
Совет по выбору: Отдайте предпочтение базовой пленке PI, толщиной от 12,5 мкм до 25 мкм (более тонкие пленки улучшают гибкость, но уменьшают жесткость; при необходимости добавьте ребра жесткости).
2. Медная фольга — «баланс» проводимости и гибкости
Медная фольга необходима для передачи сигнала., но существует естественный компромисс между проводимостью и гибкостью.. Для складных печатных плат требуется прочная медь с высокой гибкостью:
Раствор (Прокат отожженный) Медь:
Изготовлено методом прокатки, Медь RA имеет выровненные кристаллические зерна, которые равномерно распределяют нагрузку.. После 100,000 циклы гибки, изменение его сопротивления остается ниже 10%. Это предпочтительный выбор для высококачественных складных приложений, таких как материнские платы смартфонов..ЭД (Электроосажденный) Медь:
Более экономичный и обладает высокой проводимостью, но имеет более крупные кристаллические зерна., делая его хрупким при многократном изгибе. Лучше всего подходит для применений с низкой гибкостью, таких как локальные гибкие соединители в медицинских инструментах..
Совет по выбору: Для приложений, требующих более 50,000 циклы гибки, Медная фольга RA обязательна. Рекомендуемая толщина: 18мкм или 35 мкм (слишком тонкий = риск окисления; слишком толстый = уменьшенная гибкость).
3. Покрывая & Клей — двойная защита для долговечности
Обложка (ПИ или ПЭТ) экранирует медную цепь, в то время как клей склеивает несколько слоев вместе. Оба должны обеспечивать гибкость и долгосрочную надежность.:
Выбирайте гибкие эпоксидные клеи, нежесткие фенольные типы, для предотвращения расслоения при складывании.
Сопоставьте толщину защитного слоя с толщиной основной пленки. (НАПРИМЕР., 12.5Покрытие мкм для базовой пленки толщиной 12,5 мкм).
Слишком толстое покрытие увеличивает сопротивление изгибу., а слишком тонкие снижают защиту.
Правила проектирования: Предотвращение 90% рисков производства и использования
Основной принцип складных Дизайн печатной платы заключается в равномерном распределении механического напряжения. Это требует выхода за рамки Жесткая печатная плата соглашения о дизайне и сосредоточение внимания на нескольких критических моментах:
1. Гибкое планирование зон — определение «изгибаемых» и «несгибаемых» границ
Четкое разделение гибких и жестких зон..
В жесткой области размещаются компоненты (и должен включать ребра жесткости из FR4 или нержавеющей стали.), в то время как гибкий участок несет только следы.
Между ними должно быть расстояние не менее 2 мм, чтобы избежать передачи напряжения..Гибкая зона не должна быть слишком узкой. (рекомендуется ≥3 мм) и следует использовать прямоугольные или плавные контуры вместо острых углов, чтобы предотвратить концентрацию напряжений..
2. Рекомендации по маршрутизации: пусть ток и стресс мирно сосуществуют
Направление трассировки: Прокладывайте трассы параллельно оси изгиба, не перпендикулярно. Перпендикулярные линии будут растягиваться и сжиматься во время складывания., вызывая трещины или разрывы.
Ширина и интервал трассировки: В гибких регионах, используйте ширину ≥0,2 мм и расстояние ≥0,2 мм., что снижает сложность травления и риск переломов.
Нет изолированной меди: Плавающие медные области могут вызвать концентрацию напряжений, поэтому их необходимо удалить..
Через размещение: Никаких переходных отверстий в гибких областях — они создают жесткие точки, которые могут сломаться под нагрузкой.. Разместите все переходные отверстия внутри жестких секций..
3. Конструкция ребер жесткости — баланс жесткости и гибкости
Требуется усиление в зонах пайки или местах крепления разъемов.. Распространенные материалы включают элементы жесткости из FR4 или нержавеющей стали..
Рекомендации по проектированию:
Ребро жесткости должно быть на 0,5–1 мм больше площади паяльной площадки, чтобы полностью закрыть зону напряжения..
Оставляйте зазор не менее 1,5 мм между краями элемента жесткости и началом гибкой области, чтобы обеспечить плавные переходы при изгибе..
Процесс производства
Процесс производства складных печатных плат основан на процессе производства традиционных печатных плат, но добавляет улучшенный контроль гибкости для обеспечения стабильных механических и электрических характеристик.. Ниже приведены основные этапы и критические параметры.:
1. Предварительная обработка основания – улучшение адгезии и стабильности
Подложки PI легко впитывают влагу., что может повлиять на качество ламинирования. Поэтому, их следует предварительно запекать при температуре 120°C для 2 часов для удаления влаги.
Тем временем, медная поверхность подвергается микротравлению (Ra 0,3–0,5 мкм) для увеличения шероховатости поверхности и лучшего сцепления с клеевым слоем.
2. Перенос изображения и травление – точность определяет надежность
Используется процесс фотолитографии на сухую пленку., поскольку он больше подходит для гибких материалов, чем для влажной пленки. Точность экспозиции должна контролироваться в пределах ±0,02 мм..
Кислотные травители, такие как раствор хлорида меди, используются с меньшей скоростью. (вокруг 30% медленнее, чем жесткий ПХБ трасса) для предотвращения чрезмерного травления, которое может ослабить узкие дорожки.
3. Ламинирование Coverlay – точность в температуре и давлении
Этот шаг имеет решающее значение для поддержания гибкости и долговечности..
Параметры ламинирования:
Температура: 180–200°С
Давление: 0.3–0,5 МПа
Время: 60–90 секунд
Эти настройки обеспечивают полное отверждение клея без пузырьков — пузырьки могут вызвать расслоение или повреждение меди при изгибе..
4. Арматурное ламинирование и формовка – усиление жестких зон
Усиливающие пластины (обычно FR4 или нержавеющая сталь) ламинированы в жестких местах под:
Температура: 160–180°С
Давление: 0.2 МПа
Окончательное формование использует лазерную резку., что обеспечивает более гладкие края и предотвращает концентрацию напряжений по сравнению с штамповкой..
5. Финальное тестирование – моделирование реальных условий использования
Помимо стандартных электрических испытаний (целостность и сопротивление изоляции), требуются специальные испытания на механическую и экологическую надежность:
Испытание на прочность на изгиб: Радиус изгиба (НАПРИМЕР., 5 мм), в 10 циклов/мин, для 100,000 цикл. Скорость изменения сопротивления должна составлять ≤15 %..
Экологические испытания: 500-часовой цикл температуры и влажности от -40°C до +85°C. Расслоение и растрескивание не допускаются.
Тестирование и обеспечение качества
Складные печатные платы (Жесткие платы) должен пройти комплексную проверку надежности с целью определения прочности на изгиб, стабильность ламинирования, и стрессоустойчивость. Даже незначительные внутренние дефекты могут привести к растрескиванию меди или расслоению слоев при складывании..
Надежная система тестирования и обеспечения качества обеспечивает постоянную долгосрочную надежность..
1. Визуальный и структурный осмотр
Аои (Автоматическая оптическая проверка):
Выполняется как после визуализации внутреннего слоя, так и после окончательной сборки., использование камер высокого разрешения для обнаружения открытий, шорты, недостающая медь, или перекос.
Для гибких зон, В системах AOI используются конвейеры низкого натяжения, чтобы избежать деформации..
Проверка выравнивания рентгеновских лучей:
Используется для проверки точности совмещения промежуточных слоев., похороненный/слепой из-за непрерывности, и целостность паяного соединения.
Для многослойных складных печатных плат, Рентгеновский контроль обеспечивает точное выравнивание и надежные соединения..
2. Электрические испытания
Тест на обрыв/короткое замыкание:
Проверяет все цепи с помощью высокоточных тестеров щупов, чтобы гарантировать идеальную непрерывность после многократного изгиба..
Тест контроля импеданса:
Для высокоскоростных цепей, импеданс должен оставаться в пределах ±10% от расчетного значения.
Поскольку изменения Dk и толщины слоя влияют на качество сигнала, требуется строгий диэлектрический контроль и проверка отбора проб.
3. Испытания механической надежности
Динамическое испытание гибкости на срок службы:
Имитирует повторяющиеся циклы складывания..
Типичный стандарт: Изгиб ±90° в течение ≥10 000 циклов без размыкания цепи или дрейфа импеданса.
Платы, в которых используется медь RA, обычно выдерживают более высокие циклы..
Испытание на прочность на отслаивание:
Измеряет адгезию между медью и подложкой, чтобы предотвратить расслоение под нагрузкой..
Требование: ≥0,7 Н/мм при отслаивании под углом 180°.
Уронить & Шоковое испытание:
Оценивает структурную целостность при механическом воздействии во время сборки или использования..
4. Относящийся к окружающей среде & Испытания надежности
Термический циклический тест:
Циклы от -40°C до +125°C для имитации термического напряжения и оценки адгезии слоя..
Обычно проводится в течение 100–500 циклов., с последующей функциональной проверкой.
Испытание на влажную жару:
85° C., 85% РХ для 168 часы, обеспечение стабильного соединения ПИ-пленки и клея во влажных условиях..
Испытание на удар припоя:
260°С для 10 секунды × 3 цикл, для проверки термостойкости колодок и отделки поверхностей.
5. Функциональное тестирование (Фт)
После сборки, финальный тест функциональной цепи (Фт) обеспечивает работоспособность всей цепи в сложенном состоянии.
Это включает в себя проверку:
Задержка сигнала и шумовые помехи
Выходная мощность и целостность питания
Программирование MCU и функциональная проверка
Соображения массового производства
После успешного прототипирования, Расширение производства требует решения следующих:
Консистенция партии материала: Используйте одного и того же поставщика и партию для ПИ и медной фольги, чтобы избежать различий в гибкости, влияющих на выход продукции..
Автоматизация процессов: Внедрить автоматизированное оборудование для лазерной резки и онлайн-тестирования на изгиб — ручное ламинирование часто снижает производительность на 20%.
Оптимизация затрат: Для некритических зон, односторонняя медь может заменить двухстороннюю медь (снижение стоимости примерно на 40%). Толщину линии можно уменьшить до 0.15 мм, где гибкость позволяет.
Заключение
Производство складной печатной платы — это не просто ее изготовление. максимально гибкий, а о балансе механической гибкости с надежностью и производительностью.
Различные применения — легкие носимые устройства, складные дисплеи с большим циклом работы, или высоконадежные медицинские устройства — требуют особого материала, дизайн, и стратегии процесса.
Следуя принципам этого руководства, начиная с проверки небольших партий и постепенно оптимизируя их в сторону массового производства, вы можете превратить гибкость в настоящее конкурентное преимущество при разработке вашего продукта.
