Производство и сборка жестко-гибких печатных плат

Производство и сборка жестко-гибких печатных плат: Полное руководство по процессу

/в /от

С быстрым развитием бытовой электроники, Автомобильная электроника, и медицинские устройства, электронные продукты требуют более высокой адаптируемости и надежности от печатных плат. (Печатные платы). Как универсальное решение, сочетающее стабильность жестких печатных плат с гибкостью гибких печатных плат., Жестко-гибкие печатные платы становятся ключевым носителем для решения сложных задач структурного проектирования.. Начиная с базового понимания жестко-гибких печатных плат, В этой статье изложены основные моменты от выбора материала до производства., сборка, и контроль качества, предоставление систематического справочника для специалистов отрасли.

Основное понимание: «Жесткая» и «гибкая» природа жестко-гибких печатных плат

Жестко-гибкие печатные платы — это не просто комбинация жестких и гибких плат.; вместо, они органично интегрируются посредством специализированных процессов, позволяя жестким регионам нести основные компоненты, в то время как гибкие регионы адаптируются к сложным пространственным ограничениям. Их основная ценность заключается в решении двойной проблемы традиционных жестких печатных плат — «фиксированной формы» — и чисто гибких печатных плат — «недостаточной поддержки». Жестко-гибкие печатные платы уменьшают размер продукта, повысить эффективность сборки, и повысить стабильность соединения цепи.

По сравнению с однотипными печатными платами, Жестко-гибкие печатные платы имеют три основных преимущества:

  1. Космическая адаптируемость — гибкие области могут изгибаться на 360°, складывание, или трехмерная маршрутизация, идеально подходят для компактных конструкций, таких как носимые устройства и складные смартфоны.

  2. Улучшенная надежность — меньшее количество разъемов снижает износ вставок и риск выхода из строя контактов.

  3. Возможность интеграции — модули децентрализованной схемы могут быть объединены в одну структуру, упрощение конструкции и сборки изделия.

Предварительное производство: Точный отбор и научный дизайн

Качество изготовления жестко-гибкой печатной платы во многом определяется на этапе выбора материала и проектирования.. Основная цель здесь – сбалансировать потребности в «жесткой опоре» и «гибком изгибе».,”избежание потенциальных проблем при последующем производстве и применении.

1. Выбор основного материала: Баланс между производительностью и совместимостью процессов

Выбор материала напрямую влияет на механические и электрические характеристики и должен быть адаптирован для жестких и гибких регионов.:

  • Подложка жесткой области:
    Распространенным выбором является эпоксидный стеклотканевый ламинат FR-4., предлагая отличную механическую прочность, теплостойкость, и изоляция, подходит для поддержки тяжелых компонентов, таких как микросхемы и конденсаторы. Для высокотемпературных сред (НАПРИМЕР., Автомобильная электроника), ФР-5 или полиимид (Пик) подложки могут быть использованы для улучшения термостабильности.

  • Подложка гибкой области:
    Полиимид (Пик) является основным выбором из-за своей гибкости, химическая стойкость, и электроизоляция. Он выдерживает десятки тысяч циклов изгиба.. Толщина подложки должна соответствовать требованиям к изгибу — 0,1 мм и 0.125 мм обычно используются. Более тонкие подложки поддерживают высокочастотный изгиб., в то время как более толстые улучшают сопротивление разрыву.

  • Другие ключевые материалы:
    Медная фольга может быть электролитической медью или катаной медью.; прокатная медь обеспечивает превосходную пластичность в зонах с высокой частотой изгибов. В качестве клеев следует использовать устойчивую к высоким температурам эпоксидную или акриловую смолу, чтобы обеспечить прочное соединение между жесткими и гибкими областями.. В покровных пленках должен использоваться материал PI для защиты гибких цепей от воздействия окружающей среды..

2. Ключевые принципы проектирования: Как избежать рисков процессов и приложений

Дизайн должен отражать как «удобство производства», так и «надежность применения».,» сосредоточив внимание на следующем:

  • Структурное зонирование:
    Четко определите жесткие и гибкие границы региона.. Избегайте размещения тяжелых компонентов и переходных отверстий в гибких местах.. Жесткие зоны должны иметь соответствующие отверстия для механического крепления.. Переходы между жесткими и гибкими областями должны быть плавными, чтобы избежать концентрации напряжений..

  • Правила прокладки маршрута:
    Трассы гибких областей должны использовать изогнутые переходы, а не острые углы, чтобы предотвратить растрескивание во время изгиба.. Ширина и расстояние между дорожками должны быть отрегулированы в зависимости от текущей нагрузки и требований к импедансу., с рекомендуемым минимумом 0.1 мм.

  • Проектирование переходных отверстий и компонентов:
    Переходные отверстия в жестких областях следует располагать вдали от границ гибко-жестких, чтобы сохранить прочность соединения.. Пакеты компонентов должны соответствовать процессам сборки.; Предпочтительны небольшие корпуса SMD, чтобы минимизировать механическую нагрузку на печатную плату..

  • DFM (Дизайн для технологичности):
    Раннее общение с производителем имеет решающее значение для обеспечения соответствия конструкции возможностям процесса., включая минимальный диаметр отверстия, диапазон толщины подложки, и ограничения ламинирования. Это помогает избежать увеличения затрат или снижения урожайности из-за несовместимости..

Основное производство: Точная интеграция жестких и гибких конструкций

Производство жестко-гибких печатных плат сочетает в себе процессы изготовления жестких и гибких печатных плат.. Основная задача заключается в склеивании ламинатов и точном нанесении рисунка цепей.. Общий процесс включает в себя три основных этапа.: изготовление гибкой области, изготовление жесткой области, и интеграция ламинирования.

1. Ключевые процессы для гибкого региона

  • Резка и очистка подложки:
    Подложка PI разрезается по размеру и очищается плазмой или химикатами для удаления загрязнений и улучшения адгезии меди..

  • Изготовление схем:
    Использование сухой пленочной фотолитографии., сухая пленка ламинируется на подложку, подвергается воздействию шаблонов трассировки передачи, и разработал. Травление меди удаляет излишки меди.. Условия травления должны точно контролироваться, чтобы избежать бокового травления..

  • Ламинирование покрытия:
    Покрытие PI ламинируется поверх гибкого контура методом горячего прессования.. Выравнивание должно быть точным, чтобы избежать блокирования контактных площадок или обнажения следов..

2. Ключевые процессы для жесткой области

  • Предварительная обработка подложки:
    Панели FR-4 разрезаются и подвергаются механической шлифовке для улучшения адгезии.. Далее следует бурение, с точностью отверстия, контролируемой в пределах ±0,05 мм.

  • Металлизация отверстий:
    Химическое осаждение меди и гальваническое покрытие образуют проводящие слои в отверстиях., обеспечение межслойных связей. Медное покрытие должно быть однородным, без пустот и отверстий..

  • Изготовление схемы и паяльной маски:
    Формирование рисунка повторяет процесс фотолитографии, как и в гибкой области.. После образования следа, наносятся чернила паяльной маски, незащищенный, и разработан для защиты следов при обнажении контактных площадок.

3. Интеграция ламинирования: Критический этап сближения

Ламинирование — основной этап изготовления жестко-гибких печатных плат., требующий точного контроля температуры, давление, и время, чтобы обеспечить прочное соединение, не повреждая гибкие области..

  • Подготовка штабеля:
    Такие материалы, как жесткие подложки, клеевые слои, гибкие схемы, и дополнительные клеевые слои размещаются в соответствии со схемой укладки.. Точное выравнивание и крепежные штифты обеспечивают позиционирование..

  • Термическое прессование:
    Стопку помещают в пресс для ламинирования.. Применяется ступенчатый температурный профиль — начиная с низкой температуры и давления, чтобы обеспечить растекание клея и удаление воздуха., с последующим постепенным увеличением до конечных параметров (обычно 180–200°C и 20–30 кг/см².). После выдержки необходимое время, осуществляется контролируемое охлаждение.

  • Постобработка:
    После ламинирования, края обрезаются и полируются для удаления излишков материала и заусенцев.. Отделка поверхности, такая как ENIG (Электролетное никелевое погружение), Провести кровотечение, или OSP затем применяется для улучшения паяемости и коррозионной стойкости..

Производство жестких гибких печатных плат

Процесс сборки

Процесс сборки жестко-гибких печатных плат должен учитывать как требования к загрузке компонентов жестких областей, так и пространственную адаптируемость гибких областей.. Основные требования: точное позиционирование, снижение стресса, и надежные связи. Процесс в основном включает в себя сборку SMT., пайка через отверстие, и защита гибких зон.

1. SMT Assembly: Эффективный и точный поверхностный монтаж

  • Изготовление и выравнивание трафарета:
    Специальный трафарет изготавливается в соответствии с размерами контактной площадки, чтобы обеспечить точное совпадение отверстий трафарета и контактной площадки.. Для фиксации печатной платы на рабочем столе машины для захвата и размещения используются позиционирующие штифты или система визуального выравнивания., предотвращение смещения во время сборки.

  • Припаяная печать:
    Паяльная паста равномерно наносится на контактные площадки через трафарет.. Толщину паяльной пасты необходимо контролировать в пределах 0.1–0,2 мм для предотвращения образования перемычек из-за избытка припоя или холодных соединений из-за недостаточного количества припоя.

  • Размещение компонентов и пайка оплавлением:
    Машина для захвата и размещения точно размещает компоненты на напечатанных контактных площадках в соответствии с координатными данными.. Затем плата поступает в печь оплавления., где припой плавится и сцепляется с контактными площадками благодаря температурному профилю, состоящему из предварительного нагрева, впитывать, и этапы охлаждения.
    Скорость нагрева необходимо контролировать, чтобы предотвратить коробление печатной платы, вызванное быстрыми изменениями температуры..

2. Пайка через отверстие и подкраска

Для сквозных устройств (КНИ), волна пайки используется. Во время пайки, гибкая область должна быть приподнята или закреплена во избежание контакта с волной припоя., что может привести к повреждению. После пайки, ручная подкраска выполняется для проверки и исправления дефектов, таких как холодные швы., ложная пайка, или мост, обеспечение соответствия каждого паяного соединения требованиям надежности.

3. Защита и формирование гибкого региона

После сборки, гибкий регион требует специальных мер защиты. В зависимости от сценариев применения, соответствующие методы защиты включают:

  • Защита покрытия:
    Нанесение силиконового или полиуретанового покрытия на гибкую область для образования защитной пленки., улучшение износостойкости и химической стойкости.

  • Защита трубок:
    Области с высокой частотой изгиба могут быть усилены термоусадочной трубкой или силиконовыми втулками для уменьшения трения и напряжения во время изгиба..

  • Формирование и фиксация:
    На основе требований к дизайну продукта, формы или приспособления используются для придания гибкой области определенных форм., обеспечение правильной геометрии после окончательной сборки.

Контроль качества

Поскольку жестко-гибкие печатные платы широко используются в областях с высокой надежностью, таких как медицинское оборудование и автомобильные системы безопасности., комплексный контроль качества на всех этапах — проектирование, Производство, сборка, и окончательная проверка — необходима. Ключевые объекты проверки включают в себя:

  • Тестирование электрических характеристик:
    Испытание летающего зонда или гвоздевого ложа подтверждает непрерывность, изоляция, и импедансные характеристики, обеспечение отсутствия открытых цепей, шорты, или проблемы с утечкой.

  • Механические испытания производительности:
    Включает испытания гибких циклов гибких областей. (обычно требуются десятки тысяч изгибов без сбоев), испытание на прочность отслаивания (оценка адгезии между подложками, медная фольга, и покрытие), и испытание на устойчивость к разрыву, обеспечение соответствия механической прочности требованиям применения.

  • Тестирование экологической надежности:
    Проведение испытаний на циклическое изменение температуры (-40от °С до 85 °С), испытание на влажность, и испытания в солевом тумане для моделирования производительности в различных условиях окружающей среды и устранения риска раннего отказа..

  • Проверка внешнего вида и размеров:
    Оптический контроль (Аои) обнаруживает следовые дефекты, перекос колодки, и проблемы с паяльной маской, такие как пузыри. Проекторы или координатно-измерительные машины (КИМ) проверить точность размеров, чтобы обеспечить соответствие проектным спецификациям.

Сценарии применения и будущие тенденции

1. Основные области применения

Уникальные преимущества жестко-гибких печатных плат позволяют широко использовать их в ряде высокотехнологичных приложений.:

  • Бытовая электроника:
    Шарнирные схемы в складных телефонах, схемы ремешков умных часов, и разъемы клавиатуры в ноутбуках основаны на жестко-гибких печатных платах для структурной адаптации и передачи сигналов..

  • Автомобильная электроника:
    Используется в радиолокационных сигнальных щитах., гибкие подключения дисплеев на информационных панелях, и системы управления батареями (БМС) в транспортных средствах на новой энергии, преимуществом является их устойчивость к высоким температурам и виброустойчивость..

  • Медицинские приборы:
    Носимые мониторы здоровья (НАПРИМЕР., Холтеровские мониторы) и внутренние схемы минимально инвазивных инструментов используют жестко-гибкие печатные платы для миниатюризации и гибкости..

  • Аэрокосмическая:
    Спутникам и дронам требуются схемы, которые надежно работают в ограниченном пространстве и в экстремальных условиях, что делает жестко-гибкие печатные платы идеальным выбором..

2. Будущие тенденции развития

Благодаря постоянному технологическому прогрессу, Жестко-гибкие печатные платы развиваются в сторону более высокая плотность, лучшая производительность, и более низкая стоимость:

  • Более высокая плотность:
    HDI (Взаимодействие высокой плотности) технология еще больше уменьшит ширину и расстояние между дорожками, увеличить количество слоев, и обеспечить более высокую интеграцию миниатюрной электроники.

  • Материальные инновации:
    Разработка более тонких, устойчивый к более высоким температурам, Подложки с низкой диэлектрической проницаемостью улучшат электрические и механические характеристики, поддержка высокочастотных приложений, таких как 5G и mmWave.

  • Интеллект процессов:
    Визуальный осмотр с помощью искусственного интеллекта, автоматическое ламинирование, и роботизированная сборка повысят эффективность производства и производительность при одновременном снижении затрат..

  • Зеленое и экологически чистое производство:
    Увеличение использования бессвинцового припоя, экологически чистые субстраты, и оптимизированные производственные процессы сократят выбросы и будут соответствовать глобальным экологическим нормам..

Известные производители жестких гибких печатных плат

1. Ниппон Мектрон

Страна: Япония
Описание: Nippon Mektron — крупнейшая в мире гибкая печатная схема (FPC) производитель и ведущий поставщик жестко-гибких печатных плат. Их продукция широко используется в смартфонах., ноутбуки, Автомобильная электроника, и медицинские устройства. Компания входит в группу компаний NOK., мировой лидер в области электронных компонентов.

2. В&С

Страна: Австрия
Описание: В&S — крупный мировой поставщик печатных плат высокого класса.. Его технологии «жестко-гибко» и HDI особенно эффективны в требовательных приложениях, таких как медицинская электроника., автомобильный ADAS, высокопроизводительные вычисления, и связь 5G. Множество передовых производственных площадок в Азии поддерживают ведущие бренды, такие как Apple и Bosch..

3. ТТМ Технологии

Страна: Соединенные Штаты
Описание: TTM — всемирно признанный поставщик печатных плат и электроники., сильный в аэрокосмической отрасли, защита, промышленный, и высококачественная коммерческая электроника. Ее решения для жестко-гибких печатных плат известны своей надежностью в суровых условиях..

4. Hedsintec

Страна: Китай
Описание: Leadsintec — компания высшего уровня Производитель печатной платы предлагая полный спектр продуктов, включая HDI, Подложки ИС, и жестко-гибкие печатные платы. Его гибкие и жестко-гибкие решения широко используются в бытовой электронике. (смартфоны и носимые устройства), высокопроизводительные вычисления, и автомобильная электроника, обслуживание многочисленных мировых брендов.

5. ООО Флекс.

Страна: Сингапур / Соединенные Штаты (глобальные операции)
Описание: Flex — всемирно известная система EMS. (Электроника Производственные услуги) провайдер с сильным ПХБ производство возможности, включая гибкие и жестко-гибкие печатные платы. Ее продукция широко используется в медицинских приборах., промышленные системы, Автомобильная электроника, и умное оборудование.

Заключение

Производство и сборка жестко-гибких печатных плат — это систематический инженерный процесс, требующий координации всех материалов., дизайн, процессы, и контроль качества. Для предприятий, Выбор опытного производителя печатных плат со зрелыми процессами и строгими стандартами качества является ключом к обеспечению производительности продукта и стабильной доставке..

Поскольку электронные продукты продолжают развиваться в сторону миниатюризации, Гибкость, и интеллект, жестко-гибкие печатные платы будут играть еще более важную роль. Освоение основных принципов каждого этапа процесса и поддержание строгого контроля качества позволят этой «жесткой, но гибкой» технологии обеспечить будущим инновациям в продуктах более высокую надежность и адаптируемость..