Жестко-гибкие PCB - 8-слойная жестко-гибкая печатная плата (Rigid Flex PCB)

Стандарт проектирования и производства жестко-гибких печатных плат

1. Назначение: разработка стандартов проектирования и производства жестко-гибких печатных плат, разъяснение меры предосторожности при проектировании и производстве жестко-гибких печатных плат

2. Область применения: современные устройства

3. Обязанности:

3.1 Технологический отдел разрабатывает технологическую схему и технические параметры и следит за их изменением;

3.2 Производственный отдел выполняет операции в соответствии с технологическими параметрами, сформулированными технологическим отделом.;

3.3 Отдел качества контролирует операции в соответствии с параметрами процесса, разработанными технологическим отделом;

3.4 Инженерный отдел осуществляет проектирование и оптимизацию данных в соответствии со стандартами, разработанными технологическим отделом

4. Определение:

Жестко-гибкая печатная плата (Rigid-Flex PCB) - печатная плата, изготовленная путем объединения гибкой подложки с жесткой в разных областях. В области соединения гибкой и жесткой подложек токопроводящие структуры гибкой подложки и жесткой подложки обычно взаимосвязаны.

5. Классификация печатных плат Rigid Flex 

Если классифицировать по технологическому процессу, то способы склеивания жестких и гибких плит можно разделить на две категории: жестко-гибкие композитные плиты и жестко-гибкие печатные платы. Основные различия заключаются в следующем: технология жестко-гибкой композитной платы позволяет комбинировать жестко-гибкие платы в процессе производства с обычными конструкциями глухих и заглубленных отверстий, что позволяет создавать схемы с более высокой плотностью

Технология объединения жестких и гибких плат заключается в том, чтобы разделить их и затем спрессовать в единую печатную плату с сигнальными соединениями, но без сквозных отверстий.

Но в настоящее время термин "Жестко-гибкая печатная плата" обычно используется для обозначения всех изделий из жестких гибких печатных плат без их разделения.

6.0 Жестко-гибкая структура печатной платы

6.1 Жестко-гибкая структура печатной платы (часть 1)

Жесткая гибкая печатная плата представляет собой гибкую плату с прикрепленным к ней одним или несколькими жесткими слоями, и схемы на жестком слое соединяются со схемами на гибком слое посредством металлизации. Каждая печатная плата Rigid Flex имеет одну или несколько жестких областей и одну гибкую область

6.2 Жестко-гибкая структура печатной платы (II)

Комбинация гибкой платы и нескольких жестких плат, а также комбинация нескольких гибких плат и нескольких жестких плат с использованием процессов сверления, нанесения покрытий на отверстия и ламинирования для достижения электрического соединения. В зависимости от требований к дизайну, концепция дизайна больше подходит для установки и отладки компонентов и сварочных работ, обеспечивая большую гибкость при монтаже собранных деталей

7.0 Разработка технологического процесса изготовления гибкой печатной платы Rigid Flex

7.1 Разработка технологического процесса

Процесс производства гибкой печатной платы Rigid Flex

7.2 Описание материала

7.2.1 Подложка: PI, PET, PTFE

7.2.1.1 PI: Обладает отличной термостойкостью, в том числе при сварке погружением до 260 ℃ и длительностью 20 секунд. Обладает высокой диэлектрической прочностью, хорошими электрическими и механическими свойствами, но склонен к влагопоглощению. Обычно используется для изготовления подложек из гибких печатных плат.

7.2.1.2 ПЭТ: По многим свойствам близок к полиимиду, но обладает низкой термостойкостью и может использоваться только при комнатной температуре.

7.2.1.3 Политетрафторэтилен (PTFE): Используется только в высокочастотных изделиях с низкой диэлектрической проницаемостью

7.2.2 Защитная пленка: Покрывающая пленка эквивалентна чернилам для паяльной маски для жестких печатных плат и служит в качестве паяльной маски. Покрывающая пленка состоит из полипропилена и адгезива

7.2.3 Связующая часть: в основном используется для склеивания и изоляции между слоями, подразделяется на два типа: чистый клей и нетекучий полутвердый листовой полипропилен (NF), не имеющий текучести.

7.2.3.1 Полипропилен без текучести: Состоит из эпоксидной смолы, стеклоткани и наполнителя, с минимальным переливом, обычно используется для селективного прессования и изделий с высокой степенью сжатия (жесткая гибкая печатная плата).

7.2.3.2 Клей: широко известный как "акриловый клей", научное название "acrylic", температура ниже 100 градусов, хорошая эластичность, но относительно высокий коэффициент теплового расширения, обычно используется для сжатия многослойных гибких плит.

7.2.4 Элемент жесткости: твердый материал, который прижимается к определенному участку платы FPC с целью сварки деталей или усиления при монтаже. Как правило, существует три типа материалов, таких как полиэстер (ПЭТ), полиимид (PI) и FR-4.

7.2.4.1 Полиэстер (ПЭТ) - обычно используется в помещениях, где нет сварных деталей.

7.2.4.2 Полианилин (PI) - обычно используется для изготовления печатных плат с припаянными компонентами.

7.2.4.3 FR-4 - обычно используется в местах с повышенной плотностью. В обычных условиях PI склеивается с помощью термочувствительного клея (TSA), в то время как FR4 склеивается с помощью клея, чувствительного к давлению (PSA).

7.3 Введение в основные характеристики материала

7.3.1 Диэлектрические материалы (включая полупрозрачные листы)

Полутвердые листы обычно используются для обработки и изготовления жестких гибких печатных плат. В качестве адгезивного жесткого слоя обычно используются полутвердые листы "без потока" или "с низкой текучестью". Наполовину отвержденные пленки с высокой температурой стеклования (Tg) обладают такими характеристиками, как высокая рабочая температура и низкий коэффициент расширения по оси Z. Низкий коэффициент расширения по оси Z также полезен для контроля надежности сквозных отверстий с нанесением покрытия в 8 слоев. Его недостатками являются низкая средняя прочность и низкая эластичность. Если для изготовления гибких и жестких печатных плат Flex используются полузатвердевшие материалы, они должны соответствовать требованиям, указанным в стандарте IPC-4101, а области, где используется клей, и области, где клей не используется, должны быть указаны на основном чертеже.

7.3.2 Гибкая клейкая пленка (литьевой клей или связующий слой)

Гибкие адгезивные пленки обычно используются для склеивания нескольких слоев гибких материалов и для крепления устройств для терморегулирования или поддержки конструкций. Этот материал обладает высокой прочностью сцепления с гибкими материалами. Для повышения адгезии и гибкости гибкие адгезивные пленки могут быть изготовлены с использованием смол с низкой температурой стеклования (Tg). При проектировании жестких гибких печатных плат использование этого материала в области жесткости следует свести к минимуму или по возможности избегать, чтобы избежать чрезмерного расширения оси Z

7.3.3 Гибкая металлическая пластина (FCCL)

Гибкая металлическая пластина представляет собой композиционный материал, состоящий из диэлектрической пленки и металлической фольги. Металлическую фольгу можно прикрепить к среде различными способами, например, методом приклеивания на основе смолы или методом прямого осаждения. На металлическую фольгу можно нанести покрытие из среды (например, реакционный раствор мономера PI). Подложки из медной фольги со средним покрытием и непосредственно нанесенные ламинаты называются подложками из мягкой медной фольги без клея. Гибкая подложка из медной фольги с клеем изготавливается путем приклеивания диэлектрической пленки к металлической фольге с помощью клея. Температура стеклования (Tg) полимерных клеев обычно ниже, чем у диэлектрических пленок. При проектировании многослойных жестких гибких схем часто используются неклеящиеся подложки из мягкой медной фольги, чтобы уменьшить влияние клеев с низкой Tg. Поэтому рекомендуется избегать использования клейких подложек из мягкой медной фольги для всех печатных плат типа 4 и печатных плат типа 3 с более чем восемью слоями при работе при высоких температурах.

7.3.4 Покрытие

Толщина PI в защитной пленке обычно составляет 12,5 мкм, 25 мкм и 50 мкм, и соответствующая толщина клея может варьироваться. Функция клея заключается в приклеивании к доске. Выбор защитной пленки должен не только соответствовать требованиям к толщине пластины, но и учитывать соотношение между толщиной меди в пластине и толщиной адгезивного слоя защитной пленки. Поскольку клей не течет и заполняет только зазоры, оставленные при травлении меди, толщина пленки при выборе должна быть примерно такой же, как и толщина меди. Для изделий с высокими требованиями к гибкости рекомендуется выбирать более тонкую защитную пленку.

8.0 Меры предосторожности при проектировании жестко-гибких печатных плат

8.1 Контроль давления и усадки

8.1.1 Отверстия для заклепок

По краям платы предусматривать 8 отверстий (по 2 с каждой стороны) для компенсации расширения/усадки материалов при ламинировании.

8.1.2 Форма отверстий

Используются отверстия для жесткой и гибкой части.

Заклепки: Ø3,175 мм; сверление FR-4 - Ø3,20 мм.

В FPC вокруг отверстий оставлять медь для повышения прочности и предотвращения смещения.

8.2 Проектирование FPC

8.2.1 Контрольные линии выравнивания

На армирующих листах и пленке наносить идентификационные линии длиной 10 мм вне зоны формования.

Для PNL/SET предусматривать метки совмещения и отверстия на 0,1 мм больше метки.

8.2.2 Конструкция гибкой платы

8.2.2.1 Трассировка

Избегать резких переходов ширины, между толстыми и тонкими линиями использовать плавные переходы.

8.2.2.2 Площадки

Использовать максимальное количество площадок, исключать прямые углы.

8.2.2.3 Медное заполнение

Максимально сохранять медь и использовать цельные медные зоны.

8.2.2.4 Зона изгиба

Проводники располагать вертикально к изгибу, обеспечивать равномерное распределение.

Использовать максимальную площадь изгиба, избегать лишнего металлирования.

Поддерживать одинаковую ширину проводников, не допускать прямого пересечения проводников на разных слоях.

Минимизировать количество слоев, не размещать металлизированные отверстия в зоне изгиба.

Для рулонной меди направление структуры - параллельно изгибу.

8.2.2.5 Отверстие

Минимум 0,5 мм от отверстия до края.

8.2.2.6 Сквозное отверстие (граница мягкой/жесткой зоны) - минимум 0,6 мм.

8.2.2.7 Отверстие для усиления сцепления (0,4 мм)

Зазор до металлизированных отверстий - не менее 0,5 мм.

8.2.2.8 Окно полипропилена

Усадка внутрь от края жесткой платы - 0,25 мм.

9.0 Контроль процесса производства жестко-гибких плат

9.1 Резка материала

Односторонние конструкции травятся с двух сторон для повышения адгезии и предотвращения расслоения.

9.2 Внутренний контур

9.2.1 Проверка материалов

FPC должен быть ровным, без складок и клеевых следов.

9.2.2 Травление

Каждая гибкая плата крепится к жесткой для предотвращения деформации.

9.2.3 AOI

9.3 Сжатие

9.3.1 Ламинирование

Использовать отдельную программу для данного типа плат.

9.3.2 Заклепка

Проверять FPC на складки после подрумянивания, полипропилен сушить не менее 12 часов.

После заклепки выполнять рентген-контроль совмещения.

Использовать силиконовые прокладки (6 слоев), исключать загрязнение полипропиленовой крошкой.

9.4 Сверление

Использовать специальные сверла MO и отдельное оборудование, контролировать остатки клея, заусенцы и дефекты в зоне перехода.

9.5 Меднение

Применять отдельную программу удаления клея, а после очистки - двустороннее меднение по специальным параметрам.

Контроль качества покрытия выше уровня 9.5.

9.6 Вскрытие платы

Методы: лазер, глубокое вскрытие, controlled gong, V-cut.

9.6.1 Конструкция 1R+2F+1R

d ≤ 0,40 мм - лазер.

d > 0,40 мм - глубокие канавки или V-cut.

9.6.2 Конструкция 2F+2R

Сначала лазер, затем gong/V-cut.

9.7 Проверка качества

Категории: A (электрические параметры), B (размеры), C (внешний вид), D (надежность)

Стандарты: IPC-A-600, IPC-6012, IPC-6013

Контроль: размеры, надежность