Bảng mạch in flex cứngcung cấp các giải pháp độc đáo cho các thiết bị điện tử hiện đại với hình dạng và kích cỡ đa dạng.
Một số bảng mạch in flex cứng (chẳng hạn như bảng mạch in được sử dụng trong các thiết bị trợ thính) cực kỳ khó sản xuất do kích thước nhỏ của chúng. Tuy nhiên, bất kể kích thước như thế nào, việc thiết kế vùng chuyển tiếp giữa Bảng mềm và Bảng cứng đều ảnh hưởng đến độ tin cậy của quá trình sản xuất và sử dụng tiếp theo. Vùng chuyển tiếp phải chịu các ứng suất cơ và nhiệt, xuất phát từ cả quá trình sản xuất và lắp ráp, cũng như các tình huống sử dụng khác nhau trong cuộc sống hàng ngày. Vì vậy, khi thiết kế cần nhận thức đầy đủ những rủi ro tiềm ẩn do thiết kế kém mang lại.
Theo tiêu chuẩn IPC-6013, vùng chuyển tiếp của bảng mạch in flex cứng được xác định là vùng có chiều rộng 3 mm có tâm nằm trên trục mép của bảng cứng (xem Hình 1).
(Hình 1: Vùng chuyển tiếp của bảng mạch in flex cứng Joint Plate (Nguồn: Hướng dẫn thiết kế bảng mạch in flex cứng NCAB))
Những thách thức đặc biệt trong quá trình sản xuất
Quy trình sản xuất ván cứng dẻo khác với quy trình sản xuất ván cứng thông thường. Sau khi hoàn thành việc cán màng ở khu vực bảng uốn, tất cả các vật liệu sẽ trải qua quá trình cán cuối cùng để liên kết bảng uốn với khu vực bảng cứng. Trước khi ép lần thứ hai, các miếng chêm sẽ được xếp chồng lên nhau để ngăn nhựa chảy vào khu vực bảng mềm, sau đó các miếng chêm trong khu vực bảng in Felix sẽ được loại bỏ qua quá trình phay.
Hình 1 cũng liệt kê một số khiếm khuyết có thể chấp nhận được trong vùng chuyển tiếp, có thể có tác động bất lợi đến hiệu suất cuối cùng của bảng cứng linh hoạt nếu bất kỳ tính năng chức năng nào được triển khai trong vùng chuyển tiếp.
Dưới đây là một số lỗi thường gặp và tác động của chúng:
Cracking và Halo
Tại điểm nối của ván cứng và ván uốn, sự phân tách vật liệu, nứt nhựa hoặc gãy lá đồng xảy ra chủ yếu do ván cứng dày và ván uốn mỏng tạo thành cấu trúc bậc sau khi cán. Trong quá trình uốn cong hoặc luân nhiệt, ứng suất tập trung gần đường chuyển tiếp.
Khoảng trống cán
Các khoảng trống nhiều lớp trong vùng chuyển tiếp có thể chấp nhận được. Ván cứng Flex thường được làm từ vật liệu FR4 và polyimide. Prereg của các tấm cứng thông thường được sử dụng để chảy và liên kết các lớp đồng đồng thời ngăn chặn các khoảng trống giữa các lớp. Prereg FR4 của bảng cứng flex có đặc tính "dòng chảy thấp" hoặc "không có dòng chảy", ngăn nhựa chảy vào khu vực bảng flex, do đó có thể có các khoảng trống cán màng trong khu vực chuyển tiếp.
Tràn nhựa (Squeezeout)
Mặc dù các nhà máy pcb sử dụng PP không chảy để sản xuất ván cứng uốn cong, nhưng đôi khi nhựa của vật liệu kết dính vẫn tràn ra khỏi mép ván cứng và đi vào khu vực chuyển tiếp. Đối với yêu cầu- linh hoạt cài đặt một lần, điều này có thể không thành vấn đề; Tuy nhiên, do sử dụng Dynamic Flex nên các cạnh sắc của nhựa đã lưu hóa có thể làm hỏng tấm flex.
Vật liệu điện môi cứng nhô ra
Khi phay khu vực bảng uốn, lớp điện môi của bảng cứng có thể nhô ra một chút do các lỗ rỗng trên lớp mỏng hoặc tràn nhựa. Lỗi này không ảnh hưởng đến hiệu suất và được chấp nhận theo tiêu chuẩn IPC-6013.
Biến dạng đồng
Do tính không ổn định của vật liệu trong vùng chuyển tiếp, các chi tiết bằng đồng dễ bị biến dạng và thậm chí có thể xuất hiện các vết nứt hoặc bong tróc. Điều này là do đồng có thể cản trở việc đổ đầy nhựa, dẫn đến không đủ nhựa. Ngoài ra, độ chính xác của việc căn chỉnh giữa các lớp cũng có thể bị ảnh hưởng.
Lớp phủ nhô ra
Việc đặt vật liệu màng che phủ ở khu vực chuyển tiếp cũng có thể gây ra vấn đề. Thiết kế của màng bọc không phù hợp để liên kết vớiFR4vật liệu và nếu nó kéo dài đến khu vực chuyển tiếp, nó có thể gây ra sự phân tách do hiệu suất liên kết kém.
Thiết kế tính năng trong vùng chuyển tiếp: rủi ro và cân nhắc
Câu hỏi quan trọng là: các tính năng chức năng có thể mở rộng đến vùng chuyển tiếp đến mức nào mà không ảnh hưởng đến hiệu suất sản phẩm hoặc gây ra áp lực vật chất quá mức? Câu trả lời là: gần như không thể gia hạn. Như được hiển thị trong Hình 2, mặc dù việc thiết kế và sản xuất các tính năng trong vùng chuyển tiếp và thậm chí cả khu vực bảng uốn là khả thi về mặt kỹ thuật nhưng đây không phải là một cách tiếp cận hoàn thiện. Vì vậy, việc liên lạc chặt chẽ với nhà cung cấp pcb của bạn là rất quan trọng. Đội ngũ kỹ thuật của nhà cung cấp pcb phải hiểu các giá trị giới hạn của từng khả năng xử lý và họ sẽ thông báo cho bạn về phạm vi không gian có sẵn trong khu vực chuyển tiếp dựa trên khả năng và thông số kỹ thuật của nhà máy.
(Hình 2: Khả năng sản xuất nâng cao (Nguồn: Nguyên tắc thiết kế bảng mạch in flex cứng NCAB))
Trong Hình 2, các giá trị được đề xuất liệt kê ở bên trái có rủi ro thấp nhất. Nếu sử dụng thông số kỹ thuật trong cột "Nâng cao" ở bên phải, cần hết sức thận trọng để đảm bảo rằng tất cả các bên liên quan hiểu đầy đủ về các rủi ro tiềm ẩn.
Xu hướng thu nhỏ và nâng cao năng lực sản xuất
Với sự cập nhật và lặp lại liên tục của công nghệ mạch, các giải pháp và quy trình sản xuất mới tiếp tục xuất hiện để đáp ứng nhu cầu mới liên tục xuất hiện của các sản phẩm ngày nay. Xu hướng thu nhỏ buộc quá trình sản xuất bảng liên kết cứng mềm phải liên tục vượt qua các giới hạn của quy trình. NCAB luôn khuyến khích khám phá sự đổi mới và các công nghệ-tiên tiến trong thiết kế pcb, miễn là nó đáp ứng các yêu cầu ứng dụng và tất cả các bên liên quan đều nhận thức được những rủi ro tiềm ẩn.
Một số nhà máy pcb có thể hỗ trợ sản xuất bảng mạch in flex cứng với diện tích chuyển tiếp nhỏ, nhưng bạn vẫn nên tiến hành kiểm tra chất lượng nghiêm ngặt đối với chúng. Đồng thời cần chú ý đến:
Tránh đặt các tính năng chức năng chính ở các khu vực chuyển tiếp
Giao tiếp với các nhà cung cấp để hiểu khả năng sản xuất của họ và phạm vi rủi ro có thể chấp nhận được
Cân bằng giữa sự đổi mới và độ tin cậy theo yêu cầu của ứng dụng, đảm bảo rằng thiết kế vừa-tiên tiến vừa thiết thực
Thực hành kỹ thuật Thiết kế vùng chuyển tiếp bảng mạch in Flex cứng nhắc
1. Đánh giá rủi ro và truyền thông trong giai đoạn thiết kế
Hợp tác sớm với nhà cung cấp: Cần thiết lập liên lạc với nhóm kỹ thuật của nhà cung cấp trong giai đoạn đầu thiết kế. Thông số kỹ thuật của các khu vực chuyển tiếp (như chiều rộng, lựa chọn vật liệu) có thể khác nhau tùy thuộc vào khả năng sản xuất của nhà sản xuất và một số nhà cung cấp có thể hỗ trợ các khu vực chuyển tiếp nhỏ hơn (chẳng hạn như 3 mm dưới tiêu chuẩn IPC 6013), nhưng điều này đòi hỏi phải có thỏa thuận chia sẻ rủi ro rõ ràng.
Mô phỏng và phân tích ứng suất: Giới thiệu công cụ FEA (Phân tích phần tử hữu hạn) trong thiết kế để mô phỏng sự phân bố ứng suất trong vùng chuyển tiếp dưới tác động uốn cơ học và chu kỳ nhiệt, có thể giúp xác định các điểm yếu tiềm ẩn, đặc biệt là trong các ứng dụng uốn động. Ví dụ, hướng bố trí hệ thống dây điện trong khu vực chuyển tiếp phải tránh vuông góc với trục uốn càng nhiều càng tốt để tránh nguy cơ đứt gãy.
2. Lựa chọn vật liệu và tối ưu hóa vùng chuyển tiếp
Cân bằng các đặc tính của PP dòng chảy thấp/không có dòng chảy: Trong các dự án quan trọng, nên thảo luận với các nhà cung cấp xem có thể áp dụng giải pháp vật liệu hỗn hợp hay không, chẳng hạn như sử dụng chất kết dính cụ thể trong khu vực chuyển tiếp để cân bằng khả năng kiểm soát dòng nhựa và độ bền liên kết giữa các lớp.
Xử lý ranh giới giữa màng phủ và khu vực ván cứng: Việc mở rộng màng phủ (Coverlay) đến khu vực chuyển tiếp có thể gây ra vấn đề bong tróc. Trong trường hợp thực tế, có thể xảy ra trường hợp khu vực bảng mạch in dẻo bị bong tróc do thiết kế màng bọc không đúng. Nên đảm bảo khoảng cách an toàn ít nhất 0,5mm giữa mép màng bọc và ranh giới của khu vực tấm cứng trong quá trình thiết kế và xác nhận độ chính xác gia công của nhà cung cấp trước khi sản xuất.
3. Những điểm chính của kiểm soát chất lượng trong quá trình sản xuất
Tiêu chí có thể chấp nhận đối với lỗi vùng chuyển tiếp: Mặc dù tiêu chuẩn IPC{1}}6013 cho phép một mức độ lỗi nhất định trong vùng chuyển tiếp (chẳng hạn như khoảng trống nhiều lớp, tràn nhựa), khách hàng nên yêu cầu báo cáo phân tích lát cắt chi tiết từ nhà cung cấp trong quá trình nghiệm thu, đặc biệt đối với các sản phẩm có độ tin cậy cao (chẳng hạn như ứng dụng y tế hoặc hàng không), có thể giúp xác định rủi ro hỏng hóc tiềm ẩn lâu dài.
Kiểm soát độ chính xác của quá trình phay: Khi phay khu vực ván mềm, độ chính xác gia công ảnh hưởng trực tiếp đến vấn đề lồi điện môi hoặc cạnh sắc nhựa ở khu vực chuyển tiếp. Trong thực tế, chúng tôi đã gặp phải vấn đề hư hỏng khu vực bảng mềm do sai lệch phay, vấn đề này cuối cùng đã được giải quyết bằng cách điều chỉnh các thông số phay (chẳng hạn như tốc độ và tốc độ tiến dao) với nhà cung cấp. Bạn nên tiến hành-sản xuất thử nghiệm quy mô nhỏ trong giai đoạn đầu của quá trình sản xuất để xác minh tính ổn định của quy trình.
4. Kết hợp các kịch bản ứng dụng với thiết kế vùng chuyển tiếp
Phân biệt giữa uốn một lần và uốn động: Trong thực tế, chúng tôi nhận thấy rằng nhiều khách hàng không phân biệt rõ ràng giữa hai trường hợp ứng dụng này, dẫn đến thiết kế quá thận trọng hoặc quá liều lĩnh. Ví dụ:-khu vực uốn một lần có thể chấp nhận tràn nhựa một cách thích hợp, trong khi uốn động yêu cầu kiểm soát chặt chẽ mọi cạnh sắc trong khu vực chuyển tiếp.
Những thách thức trong xu hướng thu nhỏ: Với nhu cầu ngày càng tăng về bảng mạch in flex cứng do thu nhỏ thiết bị (như thiết bị đeo, máy trợ thính), không gian thiết kế của các khu vực chuyển tiếp càng bị nén lại. Chúng tôi khuyến nghị khách hàng nên ưu tiên tối ưu hóa ngăn xếp, chẳng hạn như giảm độ dày của diện tích bảng cứng hoặc điều chỉnh vị trí của bảng linh hoạt, để giải phóng thêm không gian khu vực chuyển tiếp, đồng thời xác minh thiết kế thông qua kiểm tra độ tin cậy (chẳng hạn như kiểm tra chu trình uốn).
5. Các dạng hư hỏng thường gặp ở vùng chuyển tiếp
Ví dụ, vết đồng bị đứt, sự tách lớp giữa các lớp hoặc độ bền điện môi giảm. Những vấn đề này thường liên quan đến việc xem xét không đầy đủ các yếu tố môi trường (chẳng hạn như chu kỳ nhiệt độ và độ ẩm) trong giai đoạn thiết kế. Khách hàng nên tiến hành Thử nghiệm lão hóa nhanh trong giai đoạn phát triển sản phẩm sau này để mô phỏng ứng suất trong điều kiện sử dụng thực tế.
Hợp tác khép kín từ thiết kế đến sản xuất
Việc xử lý các vùng chuyển tiếp trong bảng mạch in flex cứng bao gồm sự hợp tác giữa các kịch bản thiết kế, sản xuất và ứng dụng. Chúng tôi luôn khuyến nghị:
Thiết kế hướng tới tương lai: Xem xét đầy đủ các ứng suất cơ và nhiệt trong vùng chuyển tiếp trong giai đoạn thiết kế, đồng thời sử dụng các công cụ mô phỏng và phản hồi của nhà cung cấp để tối ưu hóa giải pháp.
Kiểm soát sản xuất: Hợp tác chặt chẽ với các nhà cung cấp để đảm bảo rằng các quy trình sản xuất (như phay và cán màng) đáp ứng mong đợi của thiết kế và tiến hành xác minh chất lượng tại các nút quan trọng.
Điều chỉnh kịch bản ứng dụng: Điều chỉnh chiến lược thiết kế dựa trên yêu cầu ứng dụng sản phẩm (uốn một lần hoặc uốn động) để đảm bảo sự cân bằng giữa hiệu suất và độ tin cậy.
Nếu bạn có bất kỳ yêu cầu nào liên quan đến bảng mạch in flex cứng, vui lòng liên hệ với chúng tôi và chúng tôi sẽ hỗ trợ kỹ thuật cho bạn.
Bảng mạch in Flex cứng nhắc Bảng in flex fr4 pcb