Výrobní proces HDI Rigid Flex PCB

Pevné ohebné desky plošných spojů HDI (High Density Interconnect) představují vrchol pokročilé technologie desek s plošnými spoji, které kombinují výhody možností zapojení s vysokou hustotou s flexibilitou desek s pevným ohybem.Tento článek si klade za cíl objasnit výrobní proces HDI rigid-flex PCB a poskytnout cenné poznatky o jeho struktuře, materiálech a klíčových výrobních krocích.Inženýři a designéři mohou díky pochopení složitosti optimalizovat své návrhy a efektivně spolupracovat s výrobci na proměně jejich inovativních nápadů ve skutečnost.

1.PochopteHDI tuhá flexibilní deska plošných spojů：

HDI (High Density Interconnect) rigid-flex PCB je pokročilá forma desky s plošnými spoji, která kombinuje výhody propojení s vysokou hustotou a flexibilitu.Tato jedinečná kombinace je činí ideálními pro splnění požadavků moderních elektronických zařízení.
Propojení s vysokou hustotou se týká schopnosti dosáhnout komponent s vysokou hustotou a směrování signálu v omezeném prostoru desky.Vzhledem k tomu, že poptávka po menších a kompaktnějších zařízeních neustále roste, umožňuje technologie HDI navrhovat a vyrábět složité obvody v menších formách. Zvýšená hustota propojení umožňuje integrovat více funkcí do menších zařízení, což je činí efektivnějšími a výkonnějšími.
Flexibilita je dalším klíčovým atributem HDI rigid-flex PCB. Tato flexibilita umožňuje prkno ohýbat, skládat nebo kroutit bez ovlivnění výkonu nebo spolehlivosti.Flexibilita je zvláště výhodná pro elektronická zařízení, která vyžadují složitý fyzický design nebo potřebují odolat vibracím, nárazům nebo extrémním prostředím. Umožňuje také bezproblémovou integraci elektronických součástek z různých částí obvodové desky, čímž eliminuje potřebu dalších konektorů nebo kabelů.
Využití technologie HDI nabízí několik výhod.Za prvé, výrazně zlepšuje integritu signálu tím, že minimalizuje vzdálenost mezi komponenty a propojeními, snižuje ztráty signálu, přeslechy a elektromagnetické rušení. To zvyšuje výkon a spolehlivost pro vysokorychlostní digitální a RF aplikace. Za druhé, HDI rigid-flex PCB může výrazně snížit celkovou velikost a hmotnost elektronického zařízení. Technologie HDI eliminuje potřebu dalších konektorů, kabelů a propojení mezi deskami, což umožňuje kompaktní a lehké konstrukce. To je zvláště cenné pro průmyslová odvětví, jako je letecký průmysl a přenosná spotřební elektronika, kde je úspora hmotnosti a prostoru rozhodující. Technologie HDI navíc také zlepšuje spolehlivost elektronických zařízení. Minimalizací počtu propojení snižují desky HDI rigid-flex PCB riziko selhání v důsledku uvolněných spojů nebo únavy pájených spojů. To zlepšuje kvalitu produktu a zvyšuje dlouhodobou spolehlivost.
Aplikace HDI rigid-flex se nacházejí v různých průmyslových odvětvích, včetně letectví, lékařských zařízení, telekomunikací a spotřební elektroniky.V leteckém průmyslu se desky HDI rigid-flex PCB používají v systémech řízení letu, avionice a komunikačních systémech kvůli jejich kompaktní velikosti, nízké hmotnosti a schopnosti odolávat extrémním podmínkám. V lékařské oblasti se používají v zařízeních, jako jsou kardiostimulátory, lékařské zobrazovací systémy a implantovatelná zařízení. Telekomunikace a spotřební elektronika těží ze zmenšené velikosti a zlepšeného výkonu HDI rigid-flex PCB v chytrých telefonech, tabletech, nositelných zařízeních a dalších přenosných zařízeních.

2.HDI tuhý-flexibilní výrobní proces PCB: krok za krokem

A. Navrhněte omezení a připravte soubory CAD:
Prvním krokem ve výrobním procesu HDI rigid-flex PCB je zvážit omezení návrhu a připravit soubory CAD. Konstrukční omezení hrají zásadní roli při určování výkonu, spolehlivosti a vyrobitelnosti PCB. Některá důležitá konstrukční omezení, která je třeba zvážit, jsou:
Omezení velikosti:
Velikost desky plošných spojů závisí na požadavcích zařízení, ve kterém je použita. Je nutné zajistit, aby se DPS vešla do určeného prostoru bez ovlivnění funkčnosti nebo spolehlivosti.
Spolehlivost:
Návrh PCB by měl být spolehlivý a schopný odolat očekávaným provozním podmínkám. Během procesu návrhu je třeba vzít v úvahu faktory, jako je teplota, vlhkost, vibrace a mechanické namáhání.
Integrita signálu:
Návrhy by měly vzít v úvahu integritu signálu, aby se minimalizovalo riziko zeslabení signálu, šumu nebo interference. Vysokorychlostní digitální a RF signály vyžadují pečlivé směrování a řízení impedance.
Tepelný management:
Tepelný management je zásadní pro zabránění přehřátí a zajištění optimálního výkonu elektronických součástek. Odvodu tepla lze dosáhnout správným umístěním tepelných průchodů, chladičů a tepelných podložek. CAD software se používá k vytváření souborů rozložení PCB. Umožňuje návrhářům definovat stohování vrstev, umístění komponent a směrování mědi. CAD software poskytuje nástroje a možnosti pro přesnou reprezentaci a vizualizaci návrhů, což usnadňuje identifikaci a nápravu případných problémů před výrobou.
B. Výběr materiálu a návrh rozložení:
Po přípravě CAD souborů je dalším krokem výběr materiálu a návrh rozložení. Výběr správných materiálů je zásadní pro zajištění toho, aby desky HDI rigid-flex PCB dosahovaly požadovaného elektrického výkonu, tepelného managementu a mechanické integrity. Pevné vrstvené materiály, jako je FR-4 nebo vysoce výkonné lamináty, poskytují mechanickou podporu a stabilitu. Pružná vrstva je obvykle vyrobena z polyimidové nebo polyesterové fólie pro flexibilitu a odolnost. Proces navrhování stohování zahrnuje určení uspořádání různých vrstev, včetně tuhých a pružných vrstev, tloušťky mědi a dielektrických materiálů. Návrh stohování by měl vzít v úvahu faktory, jako je integrita signálu, řízení impedance a distribuce energie. Správné umístění vrstvy a výběr materiálu pomáhají zajistit efektivní přenos signálu, minimalizovat přeslechy a poskytují nezbytnou flexibilitu.
C. Laserové vrtání a tvorba mikrootvorů:
Laserové vrtání je kritickým krokem při vytváření vysokohustotních směrovacích mikroprůchodů v HDI PCB. Mikroprůchody jsou malé otvory používané k připojení různých vrstev PCB, což umožňuje propojení s vyšší hustotou. Laserové vrtání nabízí několik výhod oproti tradičním mechanickým metodám vrtání. Umožňuje menší otvory, což umožňuje vyšší hustotu směrování a kompaktnější návrhy. Laserové vrtání také poskytuje větší přesnost a kontrolu, čímž se snižuje riziko nesouososti nebo poškození okolních materiálů. V procesu laserového vrtání se zaostřený laserový paprsek používá k ablaci materiálu a vytváří malé otvory. Otvory jsou poté pokoveny, aby zajistily vodivost mezi vrstvami, což umožňuje účinný přenos signálů.
D. Chemické pokovování mědí:
Bezproudové pokovování mědí je klíčovým krokem ve výrobním procesu desek HDI rigid-flex. Proces zahrnuje nanesení tenké vrstvy mědi do mikropórů a na povrch PCB. Význam bezproudového měděného pokovování spočívá v jeho schopnosti zajistit spolehlivé elektrické spojení a dobrý přenos signálu. Měděná vrstva vyplňuje mikroprůchody a spojuje různé vrstvy PCB, čímž tvoří vodivou cestu pro signály. Poskytuje také pájitelný povrch pro připevnění součástek. Proces bezproudového pokovování mědi zahrnuje několik kroků, včetně přípravy povrchu, aktivace a depozice. PCB se nejprve vyčistí a aktivuje, aby se podpořila adheze. Chemická reakce se poté použije k aplikaci roztoku obsahujícího ionty mědi na povrch PCB, čímž se nanese tenká vrstva mědi.
E. Přenos obrazu a litografie:
Přenos obrazu a fotolitografie jsou součástí procesu výroby HDI rigid-flex PCB. Tyto kroky zahrnují použití fotorezistního materiálu k vytvoření vzoru obvodu na povrchu PCB a jeho vystavení UV světlu přes vzorovanou fotomasku. Během procesu přenosu obrazu se na povrch PCB nanáší fotorezist. Fotorezistní materiály jsou citlivé na UV světlo a mohou být selektivně exponovány. PCB je poté zarovnáno se vzorovanou fotomaskou a UV světlo prochází přes čisté oblasti fotomasky, aby se obnažil fotorezist. Po expozici se deska plošných spojů vyvolá, aby se odstranil neexponovaný fotorezist a zůstal požadovaný vzor obvodu. Tyto vzory působí jako ochranné vrstvy v následných procesech. K vytvoření stop obvodů se používají leptací chemikálie k odstranění nežádoucí mědi. Oblasti nepokryté fotorezistem jsou vystaveny leptadlu, které selektivně odstraňuje měď a zanechává stopy požadovaného obvodu.
F. Proces leptání a galvanického pokovování:
Účelem procesu leptání je odstranění přebytečné mědi a vytvoření obvodových stop na HDI rigid-flex PCB. Leptání zahrnuje použití leptadla, obvykle kyseliny nebo chemického roztoku, k selektivnímu odstranění nežádoucí mědi. Leptání je řízeno ochrannou fotorezistní vrstvou, která zabraňuje leptání napadnout požadované stopy obvodu. Pečlivě kontrolujte dobu trvání a koncentraci leptadla, abyste dosáhli požadované šířky a hloubky stopy. Po leptání je zbývající fotorezist odstraněn, aby se obnažily stopy obvodu. Proces stripování zahrnuje použití rozpouštědel k rozpuštění a odstranění fotorezistu, přičemž zanechá čisté a dobře definované stopy obvodu. Pro zpevnění obvodových stop a zajištění správné vodivosti je nutný proces pokovování. To zahrnuje nanesení další vrstvy mědi na stopy obvodu prostřednictvím galvanického nebo bezproudového pokovování. Tloušťka a jednotnost měděného pokovení jsou rozhodující pro dosažení spolehlivého elektrického spojení.
G. Aplikace pájecí masky a montáž součástí:
Aplikace pájecí masky a montáž součástí jsou důležitými kroky ve výrobním procesu HDI rigid-flex PCB. Použijte pájecí masku k ochraně měděných stop a poskytněte mezi nimi izolaci. Pájecí maska ​​tvoří ochrannou vrstvu po celém povrchu PCB, s výjimkou oblastí, které vyžadují pájení, jako jsou destičky součástek a prokovy. To pomáhá zabránit přemostění pájky a zkratům během montáže. Montáž součástí zahrnuje umístění elektronických součástek na desku plošných spojů a jejich připájení na místo. Komponenty jsou pečlivě umístěny a zarovnány s přistávací plochou, aby byla zajištěna správná elektrická připojení. Používejte pájecí techniky, jako je přetavení nebo pájení vlnou v závislosti na typu součásti a požadavcích na montáž. Proces pájení přetavením zahrnuje zahřátí desky plošných spojů na určitou teplotu, která způsobí roztavení pájky a vytvoření trvalého spojení mezi vývody součástek a destičkami plošných spojů. Vlnové pájení se obvykle používá u součástek s průchozími otvory, kde PCB prochází vlnou roztavené pájky, aby se vytvořilo spojení.
H. Testování a kontrola kvality:
Posledním krokem ve výrobním procesu HDI rigid-flex PCB je testování a kontrola kvality. Přísné testování je zásadní pro zajištění výkonu, spolehlivosti a funkčnosti PCB. Proveďte elektrické testy pro kontrolu zkratů, přerušení a kontinuity. To zahrnuje aplikaci specifických napětí a proudů na PCB a měření odezvy pomocí automatizovaného testovacího zařízení. Provádí se také vizuální kontroly, aby se ověřila kvalita pájeného spoje, umístění součástek a celková čistota DPS. Pomáhá identifikovat jakékoli potenciální vady, jako jsou nesprávně zarovnané součásti, pájecí můstky nebo nečistoty. Kromě toho lze provést analýzu tepelného namáhání k vyhodnocení schopnosti desky plošných spojů odolávat teplotnímu cyklování nebo tepelnému šoku. To je důležité zejména v aplikacích, kde je deska plošných spojů vystavena extrémním teplotním změnám. Během a po každém kroku výrobního procesu jsou implementována opatření kontroly kvality, aby bylo zajištěno, že PCB splňuje požadované specifikace a normy. To zahrnuje monitorování procesních parametrů, provádění statistické kontroly procesu (SPC) a provádění pravidelných auditů k identifikaci a nápravě jakýchkoli odchylek nebo anomálií.

3. Výzvy, kterým čelíme při výrobě desek HDI rigid-flex：

Výroba desek HDI rigid-flex představuje určité složitosti a výzvy, které je třeba pečlivě řídit, aby byl zajištěn vysoce kvalitní konečný produkt.Tyto výzvy se točí kolem tří klíčových oblastí: přesné vyrovnání, povrchové vady a změny impedance během laminace.
Přesné zarovnání je pro HDI rigid-flex desky zásadní, protože obsahují více vrstev a materiálů, které musí být umístěny přesně. Dosažení přesného vyrovnání vyžaduje pečlivou manipulaci a umístění různých vrstev, aby bylo zajištěno správné zarovnání prokovů a dalších součástí. Jakékoli nesprávné vyrovnání může způsobit velké problémy, jako je ztráta signálu, zkraty nebo přerušení. Výrobci musí investovat do pokročilého vybavení a technologie, aby zajistili přesné sladění během výrobního procesu.
Další velkou výzvou je vyhnout se povrchovým defektům. Během výrobního procesu se mohou objevit povrchové vady, jako jsou škrábance, promáčkliny nebo nečistoty, které ovlivňují výkon a spolehlivost desek HDI rigid-flex.Tyto závady mohou rušit elektrická spojení, ovlivnit integritu signálu nebo dokonce způsobit úplné selhání desky. Aby se zabránilo povrchovým vadám, musí být přijata přísná opatření kontroly kvality, včetně pečlivého zacházení, pravidelných kontrol a používání čistého prostředí při výrobě.
Minimalizace změn impedance během laminace je zásadní pro udržení elektrického výkonu desek HDI rigid-flex.Laminace zahrnuje použití tepla a tlaku ke spojení různých vrstev dohromady. Tento proces však může způsobit změny v dielektrické konstantě a šířce vodiče, což má za následek nežádoucí změny impedance. Řízení procesu laminace za účelem minimalizace těchto změn vyžaduje přesnou kontrolu teploty, tlaku a času a také přísné dodržování konstrukčních specifikací. Kromě toho lze použít pokročilé testovací a ověřovací techniky, aby bylo zajištěno zachování požadované impedance.
Překonání těchto výzev při výrobě desek HDI flex vyžaduje, aby designéři a výrobci během celého procesu úzce spolupracovali.Návrháři musí pečlivě zvážit výrobní omezení a efektivně je sdělit výrobcům. Na druhou stranu musí výrobci rozumět požadavkům a omezením na design, aby mohli implementovat vhodný výrobní proces. Spolupráce pomáhá řešit potenciální problémy v rané fázi návrhu a zajišťuje optimalizaci výrobního procesu pro vysoce kvalitní desky HDI rigid-flex.

Závěr:

Výrobní proces HDI rigid-flex PCB je řada složitých, ale kritických kroků, které vyžadují kvalifikovanou, přesnou a spolehlivou technologii.Pochopení každé fáze procesu umožňuje společnosti Capel optimalizovat jejich schopnost poskytovat vynikající výstupy v krátkých termínech. Upřednostněním společných návrhových snah, automatizace a neustálého zlepšování procesů může Capel zůstat v popředí výroby HDI rigid-flex PCB a uspokojit rostoucí poptávku po multifunkčních a vysoce výkonných deskách napříč průmyslovými odvětvími.