Процес виробництва жорсткої гнучкої друкованої плати HDI

Жорсткі гнучкі друковані плати HDI (High Density Interconnect) являють собою вершину передової технології друкованих плат, поєднуючи переваги високої щільності проводки з гнучкістю жорстких гнучких плат.Ця стаття має на меті з’ясувати процес виробництва жорсткої гнучкої друкованої плати HDI і надати цінну інформацію про її структуру, матеріали та основні етапи виробництва.Розуміючи всю складність, інженери та дизайнери можуть оптимізувати свої проекти та ефективно співпрацювати з виробниками, щоб втілити їхні інноваційні ідеї в реальність.

1.РозумітиЖорстка гнучка друкована плата HDI:

Жорстка гнучка друкована плата HDI (High Density Interconnect) — це передова форма друкованої плати, яка поєднує в собі переваги високої щільності з’єднання та гнучкості.Ця унікальна комбінація робить їх ідеальними для задоволення вимог сучасного електронного обладнання.
Взаємозв'язок високої щільності означає можливість досягнення компонентів високої щільності та маршрутизації сигналу в межах обмеженого простору плати.Оскільки попит на менші, компактніші пристрої продовжує зростати, технологія HDI дозволяє проектувати та виготовляти складні схеми в менших форм-факторах. Збільшена щільність з’єднань дозволяє інтегрувати більше функціональних можливостей у менші пристрої, що робить їх більш ефективними та потужними.
Гнучкість є ще одним ключовим атрибутом жорстко-гнучких друкованих плат HDI. Ця гнучкість дозволяє згинати, складати або скручувати дошку, не впливаючи на продуктивність або надійність.Гнучкість особливо корисна для електронних пристроїв, які вимагають складної фізичної конструкції або повинні витримувати вібрацію, удари чи екстремальні умови. Це також забезпечує бездоганну інтеграцію електронних компонентів з різних секцій друкованої плати, усуваючи потребу в додаткових роз’ємах або кабелях.
Використання технології HDI має кілька переваг.По-перше, це значно покращує цілісність сигналу шляхом мінімізації відстані між компонентами та з’єднаннями, зменшення втрати сигналу, перехресних перешкод і електромагнітних перешкод. Це підвищує продуктивність і надійність високошвидкісних цифрових і радіочастотних додатків. По-друге, жорстка гнучка друкована плата HDI може значно зменшити загальний розмір і вагу електронного обладнання. Технологія HDI усуває потребу в додаткових роз’ємах, кабелях і з’єднаннях між платами, що дозволяє створювати компактні та легкі конструкції. Це особливо цінно для таких галузей, як авіакосмічна промисловість і портативна споживча електроніка, де економія ваги та простору має вирішальне значення. Крім того, технологія HDI також підвищує надійність електронного обладнання. Зводячи до мінімуму кількість з’єднань, жорсткі гнучкі друковані плати HDI зменшують ризик виходу з ладу через ослаблені з’єднання або втому паяного з’єднання. Це покращує якість продукції та підвищує довгострокову надійність.
Застосування HDI rigid-flex можна знайти в різних галузях промисловості, включаючи аерокосмічну, медичну техніку, телекомунікації та побутову електроніку.В аерокосмічній промисловості жорсткі гнучкі друковані плати HDI використовуються в системах управління польотом, авіоніці та системах зв’язку через їх компактний розмір, малу вагу та здатність витримувати екстремальні умови. У галузі медицини вони використовуються в таких пристроях, як кардіостимулятори, системи медичної візуалізації та імплантовані пристрої. Телекомунікації та споживча електроніка виграють від зменшення розміру та покращеної продуктивності жорстких і гнучких друкованих плат HDI у смартфонах, планшетах, переносних пристроях та інших портативних пристроях.

2.Процес виготовлення жорстких і гнучких друкованих плат HDI: покроково

A. Проектні обмеження та підготовка файлів CAD:
Першим кроком у процесі виробництва жорсткої гнучкої друкованої плати HDI є врахування обмежень конструкції та підготовка файлів CAD. Обмеження конструкції відіграють вирішальну роль у визначенні продуктивності, надійності та технологічності друкованої плати. Нижче наведено деякі важливі обмеження дизайну, які слід враховувати:
Обмеження розміру:
Розмір друкованої плати залежить від вимог пристрою, в якому вона використовується. Необхідно переконатися, що друкована плата вписується в призначений простір, не впливаючи на функціональність або надійність.
Надійність:
Конструкція друкованої плати має бути надійною та здатною витримувати очікувані умови експлуатації. У процесі проектування необхідно враховувати такі фактори, як температура, вологість, вібрація та механічні навантаження.
Цілісність сигналу:
Проекти повинні враховувати цілісність сигналу, щоб мінімізувати ризик ослаблення сигналу, шуму або перешкод. Високошвидкісні цифрові та радіочастотні сигнали вимагають ретельної маршрутизації та контролю імпедансу.
Тепловий менеджмент:
Керування температурою має вирішальне значення для запобігання перегріву та забезпечення оптимальної роботи електронних компонентів. Розсіювання тепла можна досягти шляхом правильного розміщення теплових отворів, радіаторів і термопрокладок. Програмне забезпечення CAD використовується для створення файлів макета друкованих плат. Це дозволяє розробникам визначати укладання шарів, розміщення компонентів і маршрутизацію мідної траси. Програмне забезпечення САПР надає інструменти та можливості для точного представлення та візуалізації проектів, що полегшує виявлення та виправлення будь-яких потенційних проблем перед виробництвом.
B. Вибір матеріалу та дизайн схеми:
Після підготовки файлів САПР наступним кроком є ​​вибір матеріалу та дизайн схеми. Вибір правильних матеріалів має вирішальне значення для забезпечення того, щоб жорсткі гнучкі друковані плати HDI досягали необхідних електричних характеристик, керування температурою та механічної цілісності. Тверді шарові матеріали, такі як FR-4 або високоякісні ламінати, забезпечують механічну підтримку та стабільність. Гнучкий шар зазвичай виготовляється з поліімідної або поліефірної плівки для гнучкості та довговічності. Процес проектування стекапу передбачає визначення розташування різних шарів, у тому числі жорстких і гнучких, товщини міді та діелектричних матеріалів. Проект стека повинен враховувати такі фактори, як цілісність сигналу, контроль імпедансу та розподіл потужності. Правильне розміщення шарів і вибір матеріалу допомагають забезпечити ефективну передачу сигналу, мінімізувати перехресні перешкоди та забезпечити необхідну гнучкість.
C. Лазерне свердління та формування мікроотворів:
Лазерне свердління є критично важливим кроком у створенні маршрутних мікроотворів високої щільності в друкованих платах HDI. Мікровідвертки — це невеликі отвори, які використовуються для з’єднання різних шарів друкованої плати, що забезпечує більшу щільність з’єднань. Лазерне свердління має кілька переваг перед традиційними механічними методами свердління. Це забезпечує менші отвори, що забезпечує більшу щільність маршрутизації та більш компактні конструкції. Лазерне свердління також забезпечує більшу точність і контроль, зменшуючи ризик зміщення або пошкодження навколишніх матеріалів. У процесі лазерного свердління сфокусований лазерний промінь використовується для видалення матеріалу, створюючи невеликі отвори. Потім отвори металізуються, щоб забезпечити провідність між шарами, забезпечуючи ефективну передачу сигналів.
D. Хімічне міднення:
Безелектричне міднення є ключовим етапом у процесі виробництва жорстких і гнучких плат HDI. Процес передбачає нанесення тонкого шару міді в мікропори та на поверхню друкованої плати. Важливість безгальванічного міднення полягає в його здатності забезпечувати надійні електричні з’єднання та хорошу передачу сигналу. Шар міді заповнює мікроотвірки та з’єднує різні шари друкованої плати, утворюючи провідний шлях для сигналів. Він також забезпечує паяну поверхню для кріплення компонентів. Процес безгальванічного міднення включає кілька етапів, включаючи підготовку поверхні, активацію та осадження. PCB спочатку очищається та активується для сприяння адгезії. Потім використовується хімічна реакція для нанесення розчину, що містить іони міді, на поверхню друкованої плати, утворюючи тонкий шар міді.
E. Передача зображення та літографія:
Передача зображення та фотолітографія є компонентами процесу виробництва жорстких і гнучких друкованих плат HDI. Ці кроки включають використання фоторезистного матеріалу для створення візерунка ланцюга на поверхні друкованої плати та експонування її ультрафіолетовим світлом через фотомаску з малюнком. Під час процесу перенесення зображення фоторезист наноситься на поверхню друкованої плати. Фоторезистивні матеріали чутливі до ультрафіолетового світла і можуть піддаватися вибірковому впливу. Потім друковану плату вирівнюють із фотошаблоном із візерунком, а ультрафіолетове світло пропускає через прозорі ділянки фотошаблону, щоб відкрити фоторезист. Після експонування друкована плата розробляється для видалення неекспонованого фоторезиста, залишаючи потрібний малюнок схеми. Ці візерунки діють як захисні шари в подальших процесах. Для створення слідів ланцюгів використовуються травильні хімікати для видалення небажаної міді. Ділянки, не покриті фоторезистом, піддаються дії травителя, який вибірково видаляє мідь, залишаючи бажані сліди схеми.
F. Процес травлення та гальванічного покриття:
Метою процесу травлення є видалення надлишку міді та створення контурів на жорсткій гнучкій друкованій платі HDI. Травлення передбачає використання травителя, зазвичай кислотного або хімічного розчину, для вибіркового видалення небажаної міді. Травлення контролюється захисним шаром фоторезисту, який запобігає впливу травника на потрібні контури. Ретельно контролюйте тривалість і концентрацію травника, щоб досягти бажаної ширини і глибини сліду. Після травлення залишився фоторезист видаляється, щоб відкрити сліди схеми. Процес зачистки передбачає використання розчинників для розчинення та видалення фоторезисту, залишаючи чисті та чіткі сліди схеми. Для зміцнення контурів і забезпечення належної провідності необхідний процес покриття. Це передбачає нанесення додаткового шару міді на лінії ланцюга за допомогою процесу гальванічного або безгальванічного покриття. Товщина та однорідність мідного покриття мають вирішальне значення для досягнення надійного електричного з’єднання.
G. Нанесення паяльної маски та складання компонентів:
Застосування паяльної маски та складання компонентів є важливими кроками в процесі виробництва жорстких і гнучких друкованих плат HDI. Використовуйте паяльну маску, щоб захистити мідні сліди та забезпечити ізоляцію між ними. Паяльна маска утворює захисний шар по всій поверхні друкованої плати, за винятком ділянок, які потребують паяння, таких як площадки компонентів і переходи. Це допомагає запобігти утворенню паяних перемичок і коротким замиканням під час складання. Збірка компонентів передбачає розміщення електронних компонентів на друкованій платі та припаювання їх на місце. Компоненти ретельно розташовані та вирівняні щодо посадкової площадки, щоб забезпечити належне електричне підключення. Використовуйте такі методи пайки, як оплавлення або пайка хвилею, залежно від типу компонента та вимог до складання. Процес паяння оплавленням включає нагрівання друкованої плати до певної температури, яка спричиняє плавлення припою та утворення постійного з’єднання між проводами компонентів і контактними майданчиками друкованої плати. Паяння хвилею зазвичай використовується для компонентів із наскрізним отвором, коли друкована плата пропускається через хвилю розплавленого припою для формування з’єднання.
H. Тестування та контроль якості:
Останнім етапом у процесі виробництва жорстких і гнучких друкованих плат HDI є тестування та контроль якості. Ретельне тестування має вирішальне значення для забезпечення продуктивності, надійності та функціональності друкованої плати. Виконайте електричні тести, щоб перевірити наявність коротких замикань, розривів і безперервності. Це передбачає застосування певних напруг і струмів до друкованої плати та вимірювання реакції за допомогою автоматизованого випробувального обладнання. Також проводяться візуальні перевірки, щоб перевірити якість паяного з’єднання, розміщення компонентів і загальну чистоту друкованої плати. Це допомагає виявити будь-які потенційні дефекти, такі як невідповідні компоненти, паяні перемички або забруднення. Крім того, можна провести аналіз термічної напруги, щоб оцінити здатність друкованої плати витримувати зміну температури або термічний удар. Це особливо важливо в програмах, де друкована плата піддається екстремальним змінам температури. Під час і після кожного етапу виробничого процесу вживаються заходи контролю якості, щоб переконатися, що друкована плата відповідає необхідним специфікаціям і стандартам. Це включає моніторинг параметрів процесу, проведення статистичного контролю процесу (SPC) і проведення періодичних аудитів для виявлення та виправлення будь-яких відхилень або аномалій.

3. Проблеми, з якими стикаються у виробництві жорстких гнучких плат HDI:

Виробництво жорстких і гнучких плат HDI представляє деякі складності та виклики, які необхідно ретельно контролювати, щоб забезпечити високу якість кінцевого продукту.Ці проблеми зосереджені навколо трьох ключових областей: точне вирівнювання, дефекти поверхні та зміни імпедансу під час ламінування.
Точне вирівнювання має вирішальне значення для жорстких і гнучких плат HDI, оскільки вони включають кілька шарів і матеріалів, які потрібно точно розташувати. Досягнення точного вирівнювання вимагає обережного поводження та позиціонування різних шарів, щоб забезпечити належне вирівнювання отворів та інших компонентів. Будь-яке зміщення може спричинити серйозні проблеми, такі як втрата сигналу, короткі замикання або розриви. Виробники повинні інвестувати в сучасне обладнання та технології, щоб забезпечити точне вирівнювання протягом усього виробничого процесу.
Ще однією важливою проблемою є уникнення дефектів поверхні. Під час виробничого процесу можуть виникнути дефекти поверхні, такі як подряпини, вм’ятини або забруднення, що вплине на продуктивність і надійність жорстких і гнучких плат HDI.Ці дефекти можуть заважати електричним з’єднанням, впливати на цілісність сигналу або навіть призводити до повного виходу плати з ладу. Щоб запобігти дефектам поверхні, необхідно вживати суворих заходів контролю якості, включаючи дбайливе поводження, регулярні перевірки та використання чистого середовища під час виробництва.
Зведення до мінімуму змін імпедансу під час ламінування має вирішальне значення для збереження електричних характеристик жорстких і гнучких плат HDI.Ламінування передбачає використання тепла та тиску для з’єднання різних шарів. Однак цей процес може спричинити зміни діелектричної проникності та ширини провідника, що призведе до небажаних змін імпедансу. Контроль процесу ламінування з метою мінімізації цих змін вимагає точного контролю температури, тиску та часу, а також суворого дотримання проектних специфікацій. Крім того, можна використовувати передові методи тестування та перевірки, щоб забезпечити підтримку необхідного опору.
Подолання цих проблем у виробництві гнучких плат HDI вимагає від дизайнерів і виробників тісної співпраці протягом усього процесу.Дизайнерам необхідно ретельно проаналізувати виробничі обмеження та ефективно донести їх до виробників. З іншого боку, виробники повинні розуміти вимоги до дизайну та обмеження, щоб реалізувати відповідний виробничий процес. Співпраця допомагає вирішувати потенційні проблеми на ранній стадії проектування та забезпечує оптимізацію виробничого процесу для високоякісних жорстких і гнучких плат HDI.

Висновок:

Процес виробництва жорсткої гнучкої друкованої плати HDI — це серія складних, але важливих етапів, які вимагають кваліфікованої, точної та надійної технології.Розуміння кожного етапу процесу дає змогу Capel оптимізувати свою здатність забезпечувати видатний результат у стислі терміни. Віддаючи пріоритет спільним проектуванням, автоматизації та безперервному вдосконаленню процесів, Capel може залишатися в авангарді виробництва жорстких і гнучких друкованих плат HDI і задовольнити зростаючий попит на багатофункціональні та високопродуктивні плати в різних галузях.