Конструкторы электронных устройств довольно часто вынуждены идти на компромиссы, создавая легкие, компактные и вместе с тем функционально насыщенные электронные устройства. Один из мощных инструментов, позволяющий совместить иной раз несовместимое – применение гибких и гибко-жестких печатных плат. Гибкие печатные кабели позволяют отказаться от громоздких жгутов и создавать надежные устройства с подвижными частями.
Теги: flexible printed boards flex-rigid printed boards pcb technology гибкие печатные платы гибко-жесткие печатные платы технологии печатных плат
Согласно стандарту IPC-T-50 "Terms and Definition for Printed Boards", гибкие печатные платы (ГПП) – это платы с гибким базовым материалом и защитным покрытием (или без него).
Какие же преимущества дают конструктору ГПП? В первую очередь это (да простят нас читатели за тавтологию) гибкость проектирования. Разработчик более не ограничен плоскостью платы; он может размещать ее, огибая узлы устройства (рис.1), или по контуру корпуса изделия. ГПП значительно легче и тоньше, чем жесткая плата. В результате и масса, и размеры изделия становятся меньше.
Самое простое и широко распространенное применение ГПП – соединительные шлейфы (гибкие печатные кабели). Во многих электронных устройствах такие шлейфы – единственная возможность коммутации узлов изделия, так как проводные соединения занимают значительно больше места, а в ряде случаев выполнить коммутацию жгутами вообще невозможно. Применение шлейфов сложной, уникальной для каждого изделия конфигурации позволяет выполнить коммутацию максимально компактно, что важно при разработке портативных электронных устройств (рис.2). Важнейшее свойство ГПП – динамическая гибкость. Поэтому ГПП незаменимы, если узлы устройства перемещаются относительно друг друга. Хорошие примеры таких устройств – накопители на жестких или оптических дисках, головки которых соединены с контроллерами гибкими шлейфами (рис.3).
Однако не стоит забывать, что увеличение числа разъемов и соединений в изделии отрицательно сказывается на его надежности. Перепады температуры, вибрация, влажность воздуха, механические воздействия – все это в итоге приводит к ухудшению соединений в разъемах. Логичное развитие идеи гибких шлейфов – совместить соединительный кабель и печатную плату (рис.4). Если же требуется объединить несколько схем на жестких платах, стоит обратить внимание на гибко-жесткие печатные платы (ГЖПП) – конструкции из жестких и гибких ПП, которые изготавливаются в одном производственном цикле как единое изделие. В самом простом случае ГЖПП – это гибкая плата с локальными усилениями в некоторых местах. Одна ГЖПП может представлять собой несколько соединенных гибкими шлейфами жестких плат, которые можно сложить и в таком виде установить в корпус изделия (рис.5). Такие платы широко применяются при сборке многих современных электронных устройств. Сложность конфигурации ГЖПП ограничивается лишь фантазией конструктора и бюджетом разработки изделия – стоимость производства ГЖПП относительно высока.
Кроме повышения надежности устройства, отказ от разъемов также дает выигрыш в объеме. Порою даже один или два дополнительных кубических сантиметра внутри корпуса могут стать решающим фактором для применения гибко-жестких плат.
Типы гибких печатных плат
Стандарты IEC 62326-7 и IPC-2223 определяют пять типов гибких и гибко-жестких плат:
тип 1 – односторонняя гибкая печатная плата с одним проводящим слоем, с усиливающими элементами или без них;
тип 2 – двусторонняя гибкая печатная плата с двумя проводящими слоями и сквозными металлизированными отверстиями, с усиливающими элементами или без них;
тип 3 – многослойная гибкая печатная плата, содержащая три и более проводящих слоев со сквозными металлизированными отверстиями, с усиливающими элементами или без них;
тип 4 – гибко-жесткая печатная плата с тремя и более проводящими слоями со сквозными металлизированными отверстиями;
тип 5 – гибкая или гибко-жесткая печатная плата, содержащая два или более проводящих слоя без сквозных металлизированных отверстий.
По своим физическим свойствам ГПП делятся на четыре категории:
А – гибкие платы, гибкость которых необходима только в процессе сборки (статическая устойчивость);
В – гибкие платы, постоянно изгибающиеся в процессе работы (динамически устойчивые). Эти платы разделяются на периодически гибкие (сотни и тысячи циклов перегибов) и непрерывно гибкие (миллионы и миллиарды циклов перегибов);
С – платы для высокотемпературных (более 105 °С) применений;
D – платы с повышенной огнеустойчивостью, подпадающие под сертификацию UL.
Материалы
Как и жесткие платы, ГПП и ГЖПП представляют собой многослойную структуру (рис.6). В качестве гибкой основы ГПП в подавляющем большинстве случаев применяются пленки на основе полиимидов (PI) – полимеров с очень важными для промышленности свойствами. Они прочны, устойчивы к воздействию химических веществ и высокой температуры. Во многих промышленных приложениях полиимиды заменяют стекло и сталь, они применяются при производстве автомобилей, бытовой техники, пищевой упаковки, устойчивой к высоким температурам, маслам и жирам и прозрачной для микроволнового излучения [4]. Полиимиды имеют хорошие электрические характеристики, а некоторые виды этих полимеров обладают дополнительными для электроники преимуществами – например, согласованным с медью коэффициентом теплового расширения. Полиимидные материалы выдерживают многократное прессование и пайку без расслоения и вздутия платы и устойчивы к перегибам.
Из недостатков полиимида нужно отметить высокую стоимость и сильную гигроскопичность – до 3% по весу. Накопившаяся в материале влага при нагревании (например, во время пайки) может вызвать расслоение или вздутие платы. Поэтому полиимидные пленки и изделия из них перед сборкой следует просушивать при температуре 80–110°С в течение 2–48 ч в зависимости от количества слоев платы.
Для изготовления гибких плат также применяется полиэтилентерефталат (ПЭТ, PET), известный под множеством торговых названий: лавсан, полиэстер, терилен, майлон, майлар и т.д. Этот материал значительно дешевле полиимида и мало поглощает влагу. Однако из-за невысокой температуры плавления возможности пайки на этом материале сильно ограничены. Кроме этого, лавсан имеет высокий коэффициент теплового расширения и становится хрупким при низких отрицательных температурах (см. таблицу).
В последние годы появляются новые материалы, которые могут заменить полиимид и лавсан при производстве ГПП. Жидкокристаллические полимеры (LCP) обладают весьма привлекательными характеристиками. Их весьма низкое влагопоглощение (0,02–0,1%) позволяет обойтись без обязательной для гигроскопичного полиимида сушки. Электрические параметры позволяют применять жидкокристаллические полимеры для изготовления СВЧ-плат. И, наконец, так же, как и полиимид, эти материалы поддаются химическому травлению. Для СВЧ-применений также хорошо подходят фторполимерные фольгированные диэлектрики, чьи тангенс угла потерь и диэлектрическая проницаемость крайне малы. Еще один перспективный материал – полиэтиленнафталат (PEN) – можно назвать компромиссным решением между полиимидом и лавсаном с точки зрения стоимости и характеристик. Окончательный выбор материала зависит от требований к готовому изделию, температуры пайки и экономических факторов [5].
Проводящие дорожки на ГПП выполняют из меди. Этот металл уже давно зарекомендовал себя как материал с хорошей проводимостью, пластичностью и способностью принимать на себя финишные покрытия. Важно, что медь обеспечивает однородность проводящих материалов на многослойной плате, так как она применяется и при металлизации переходных отверстий.
Для формирования проводников чаще всего применяются так называемые ламинаты – пленки из базового материала с медным проводящим слоем. Традиционный, широко применяемый при производстве жестких ПП метод изготовления ламинатов – наклеивание на основу медной фольги с помощью адгезивов. При производстве гибких ламинатов этот метод имеет ограничения. Для соединения фольги и пленки должны применяться только акриловые адгезивы, так как эпоксидные адгезивы хрупки, а температура полимеризации полиимидных адгезивов слишком высока для базового материала. Однако максимальная рабочая температура акрилового адгезива около 120°С, а это значит, что плата, при сборке которой применялся этот адгезив, также будет иметь невысокую максимальную рабочую температуру. Поэтому при производстве ГПП все чаще применяются безадгезивные ламинаты. Слой меди толщиной 2–5 мкм на таких ламинатах формируется методами гальванического осаждения с предварительной плазменной очисткой поверхности пленки и напыления промежуточного слоя-затравки. Безадгезивные ламинаты также производятся и по "противоположной" технологии методом полива диэлектрика на фольгу-носитель.
Важное преимущество безадгезивных ламинатов – малая толщина. Эти материалы позволяют создавать проводящий рисунок с более высоким разрешением. Несмотря на их более высокую стоимость, применение безадгезивных ламинатов зачастую оправдано их преимуществами [6].
Для защиты проводников и придания плате большей гибкости служат покровные (защитные) слои. Материалы покровных пленок – недополимеризованные материалы на основе акрилатов, полиуретанов, акрилэпоксидов и др. Если для обнажения монтажных поверхностей используются фотолитографические процессы, в пленки вводят вещества, избирательно полимеризующиеся при УФ-облучении. Фотопроявляемые покровные слои наносятся вакуумным распылением (подобно сухой паяльной маске). Материалом покрывается вся плата, а после экспонирования и проявки защитный слой удаляется с контактных площадок платы.
Вместо покровных слоев могут применяться защитные покрытия, которые наносятся методом трафаретной печати и отверждаются под действием тепла или УФ-излучения. Защитные покрытия наносятся на платы, изгиб которых в процессе эксплуатации незначителен.
При производстве многослойных гибких печатных плат также применяются соединительные пленки со слоем адгезива, с которого перед сборкой снимается защитная пленка.
При необходимости увеличить прочность (уменьшить гибкость) участков ГПП в районах разъемов, слабых мест и т.д. добавляются усиливающие элементы, которые могут быть из пластика, металла, стеклопластика и т.д. Часто усиление участков платы выполняется с помощью дополнительных покровных слоев.
Для защиты контактных площадок плат и обеспечения их паяемости в течение срока хранения применяются финишные покрытия. Наиболее простой способ – лужение с выравниванием горячим воздухом (HAL или HASL). Плата погружается в ванну с горячим припоем (свинцовосодержащим или бессвинцовым), а после этого обдувается горячим воздухом, который выравнивает слой припоя. Это покрытие дольше всего сохраняет паяемость. Однако, несмотря на применение горячего воздуха, поверхность контактных площадок платы после нанесения покрытия HASL остается недостаточно ровной для установки мелких компонентов. Еще один недостаток HASL – жесткий термоудар, который испытывает плата при погружении в расплавленный припой, особенно бессвинцовый. Считается, что это отрицательно влияет на надежность межсоединений платы.
Покрытие OSP представляет собой органический защитный слой, наносимый на контакты. Это самый дешевый вид покрытия. Оно имеет ограниченный срок хранения и уничтожается после первой пайки, исключая возможность многократного монтажа/демонтажа компонентов.
При производстве печатных плат наиболее распространено покрытие ENIG – иммерсионное золото на никеле. При пайке тончайший слой золота растворяется, открывая чистую никелевую поверхность. Это покрытие наиболее долговечно, однако имеет свои особенности и характерные дефекты – "черные площадки" и появление интерметаллидов. Покрытие, содержащее никель, нельзя наносить на сгибающиеся участки платы.
В отдельных случаях применяются и менее распространенные виды покрытий – иммерсионное олово (ImmSn) и иммерсионное серебро (ImmAg) [7].
особенности проектирования гибких печатных плат
При проектировании ГПП нужно понимать, что увеличение числа слоев платы приводит к уменьшению ее гибкости, появлению внутренних напряжений и, как следствие, снижению надежности. По возможности следует отказаться от многослойных структур. Гибкие соединители можно реализовать как несколько независимых одно- или двухслойных шлейфов, расположенных один под другим. Если многослойность необходима, переходные отверстия должны находиться только в усиленных частях платы вне зон перегибов. Проводники в зоне изгиба должны быть равномерно распределены, иметь в этом месте максимальную и постоянную ширину и расположены перпендикулярно изгибу. Во избежание перелома проводники в смежных слоях не должны находиться друг под другом, допустимо их размещение в шахматном порядке. Металлические полигоны на гибких платах должны выполняться в виде сетки со вскрытиями от 0,65 до 1,7 мм. Для снижения внутренних напряжений внутренние углы контура платы и отверстий должны быть скруглены с минимальным радиусом 1,5 мм, а разрезы и вырезы – заканчиваться аналогичными отверстиями. Контактные площадки должны быть каплевидной формы, так как в местах соединения проводника и круглой площадки также возникают напряжения.
Радиус статического изгиба платы рассчитывается следующим образом:
для односторонних плат он равен 3–6 толщинам платы;
для двусторонних – 6–10 толщинам;
для многослойных – 10–15 и более толщинам.
Радиус динамического изгиба для односторонних плат должен быть равен 20–40 толщинам. С увеличением радиуса динамического изгиба увеличивается время жизни платы [8].
При конструировании ГЖПП очень важна симметрия ее структуры. Желательно, чтобы все жесткие части платы были одинаковой толщины и структуры, а гибкие – одинаковой конструкции и числа слоев. В противном случае сложность производства платы, а следовательно, и ее стоимость резко возрастают. Если предполагается автоматический монтаж компонентов, ГЖПП должна быть размещена в жесткой панели либо мультизаготовке (рис.7). Изготовление плат в мультизаготовках также может снизить стоимость производства; это особенно важно при серийном изготовлении гибких плат. После сборки платы разделяются скрайбированием или фрезеровкой с перемычками, сложный контур вырезается лазерным резцом. Требования к панелям, размещению крепежных отверстий, реперных точек и перемычек аналогичны требованиям для жестких плат.
Непосредственно перед монтажом гибкие и гибко-жесткие платы необходимо просушить. При пайке в печи оплавления желательно защищать гибкие части плат экранами для снижения воздействия теплового удара на адгезивные материалы [9].
Источники
wikipedia.org.
blog.iteadstudio.com.
www.andus.de.
Полиимиды. – www.pslc.ws.
Медведев А., Сержантов А., Мылов Г., Семенов П. Конструирование гибких и гибко-жестких плат. – kit-e.ru.
Медведев А. Материалы для гибких печатных плат. – tech-e.ru.
Шейкин М. Не оловом единым. Технологии и свойства современных финишных покрытий печатных плат. – Электроника: НТБ, 2013, №3, с.154.
Типичные ошибки при проектировании гибких плат. – pcbtech.ru.
Гибкие и гибко-жесткие печатные платы. Комментарии к стандарту IPC-2223A. Ч.2. – pcbtech.ru.
www.bestpcbs.com.
Какие же преимущества дают конструктору ГПП? В первую очередь это (да простят нас читатели за тавтологию) гибкость проектирования. Разработчик более не ограничен плоскостью платы; он может размещать ее, огибая узлы устройства (рис.1), или по контуру корпуса изделия. ГПП значительно легче и тоньше, чем жесткая плата. В результате и масса, и размеры изделия становятся меньше.
Самое простое и широко распространенное применение ГПП – соединительные шлейфы (гибкие печатные кабели). Во многих электронных устройствах такие шлейфы – единственная возможность коммутации узлов изделия, так как проводные соединения занимают значительно больше места, а в ряде случаев выполнить коммутацию жгутами вообще невозможно. Применение шлейфов сложной, уникальной для каждого изделия конфигурации позволяет выполнить коммутацию максимально компактно, что важно при разработке портативных электронных устройств (рис.2). Важнейшее свойство ГПП – динамическая гибкость. Поэтому ГПП незаменимы, если узлы устройства перемещаются относительно друг друга. Хорошие примеры таких устройств – накопители на жестких или оптических дисках, головки которых соединены с контроллерами гибкими шлейфами (рис.3).
Однако не стоит забывать, что увеличение числа разъемов и соединений в изделии отрицательно сказывается на его надежности. Перепады температуры, вибрация, влажность воздуха, механические воздействия – все это в итоге приводит к ухудшению соединений в разъемах. Логичное развитие идеи гибких шлейфов – совместить соединительный кабель и печатную плату (рис.4). Если же требуется объединить несколько схем на жестких платах, стоит обратить внимание на гибко-жесткие печатные платы (ГЖПП) – конструкции из жестких и гибких ПП, которые изготавливаются в одном производственном цикле как единое изделие. В самом простом случае ГЖПП – это гибкая плата с локальными усилениями в некоторых местах. Одна ГЖПП может представлять собой несколько соединенных гибкими шлейфами жестких плат, которые можно сложить и в таком виде установить в корпус изделия (рис.5). Такие платы широко применяются при сборке многих современных электронных устройств. Сложность конфигурации ГЖПП ограничивается лишь фантазией конструктора и бюджетом разработки изделия – стоимость производства ГЖПП относительно высока.
Кроме повышения надежности устройства, отказ от разъемов также дает выигрыш в объеме. Порою даже один или два дополнительных кубических сантиметра внутри корпуса могут стать решающим фактором для применения гибко-жестких плат.
Типы гибких печатных плат
Стандарты IEC 62326-7 и IPC-2223 определяют пять типов гибких и гибко-жестких плат:
тип 1 – односторонняя гибкая печатная плата с одним проводящим слоем, с усиливающими элементами или без них;
тип 2 – двусторонняя гибкая печатная плата с двумя проводящими слоями и сквозными металлизированными отверстиями, с усиливающими элементами или без них;
тип 3 – многослойная гибкая печатная плата, содержащая три и более проводящих слоев со сквозными металлизированными отверстиями, с усиливающими элементами или без них;
тип 4 – гибко-жесткая печатная плата с тремя и более проводящими слоями со сквозными металлизированными отверстиями;
тип 5 – гибкая или гибко-жесткая печатная плата, содержащая два или более проводящих слоя без сквозных металлизированных отверстий.
По своим физическим свойствам ГПП делятся на четыре категории:
А – гибкие платы, гибкость которых необходима только в процессе сборки (статическая устойчивость);
В – гибкие платы, постоянно изгибающиеся в процессе работы (динамически устойчивые). Эти платы разделяются на периодически гибкие (сотни и тысячи циклов перегибов) и непрерывно гибкие (миллионы и миллиарды циклов перегибов);
С – платы для высокотемпературных (более 105 °С) применений;
D – платы с повышенной огнеустойчивостью, подпадающие под сертификацию UL.
Материалы
Как и жесткие платы, ГПП и ГЖПП представляют собой многослойную структуру (рис.6). В качестве гибкой основы ГПП в подавляющем большинстве случаев применяются пленки на основе полиимидов (PI) – полимеров с очень важными для промышленности свойствами. Они прочны, устойчивы к воздействию химических веществ и высокой температуры. Во многих промышленных приложениях полиимиды заменяют стекло и сталь, они применяются при производстве автомобилей, бытовой техники, пищевой упаковки, устойчивой к высоким температурам, маслам и жирам и прозрачной для микроволнового излучения [4]. Полиимиды имеют хорошие электрические характеристики, а некоторые виды этих полимеров обладают дополнительными для электроники преимуществами – например, согласованным с медью коэффициентом теплового расширения. Полиимидные материалы выдерживают многократное прессование и пайку без расслоения и вздутия платы и устойчивы к перегибам.
Из недостатков полиимида нужно отметить высокую стоимость и сильную гигроскопичность – до 3% по весу. Накопившаяся в материале влага при нагревании (например, во время пайки) может вызвать расслоение или вздутие платы. Поэтому полиимидные пленки и изделия из них перед сборкой следует просушивать при температуре 80–110°С в течение 2–48 ч в зависимости от количества слоев платы.
Для изготовления гибких плат также применяется полиэтилентерефталат (ПЭТ, PET), известный под множеством торговых названий: лавсан, полиэстер, терилен, майлон, майлар и т.д. Этот материал значительно дешевле полиимида и мало поглощает влагу. Однако из-за невысокой температуры плавления возможности пайки на этом материале сильно ограничены. Кроме этого, лавсан имеет высокий коэффициент теплового расширения и становится хрупким при низких отрицательных температурах (см. таблицу).
В последние годы появляются новые материалы, которые могут заменить полиимид и лавсан при производстве ГПП. Жидкокристаллические полимеры (LCP) обладают весьма привлекательными характеристиками. Их весьма низкое влагопоглощение (0,02–0,1%) позволяет обойтись без обязательной для гигроскопичного полиимида сушки. Электрические параметры позволяют применять жидкокристаллические полимеры для изготовления СВЧ-плат. И, наконец, так же, как и полиимид, эти материалы поддаются химическому травлению. Для СВЧ-применений также хорошо подходят фторполимерные фольгированные диэлектрики, чьи тангенс угла потерь и диэлектрическая проницаемость крайне малы. Еще один перспективный материал – полиэтиленнафталат (PEN) – можно назвать компромиссным решением между полиимидом и лавсаном с точки зрения стоимости и характеристик. Окончательный выбор материала зависит от требований к готовому изделию, температуры пайки и экономических факторов [5].
Проводящие дорожки на ГПП выполняют из меди. Этот металл уже давно зарекомендовал себя как материал с хорошей проводимостью, пластичностью и способностью принимать на себя финишные покрытия. Важно, что медь обеспечивает однородность проводящих материалов на многослойной плате, так как она применяется и при металлизации переходных отверстий.
Для формирования проводников чаще всего применяются так называемые ламинаты – пленки из базового материала с медным проводящим слоем. Традиционный, широко применяемый при производстве жестких ПП метод изготовления ламинатов – наклеивание на основу медной фольги с помощью адгезивов. При производстве гибких ламинатов этот метод имеет ограничения. Для соединения фольги и пленки должны применяться только акриловые адгезивы, так как эпоксидные адгезивы хрупки, а температура полимеризации полиимидных адгезивов слишком высока для базового материала. Однако максимальная рабочая температура акрилового адгезива около 120°С, а это значит, что плата, при сборке которой применялся этот адгезив, также будет иметь невысокую максимальную рабочую температуру. Поэтому при производстве ГПП все чаще применяются безадгезивные ламинаты. Слой меди толщиной 2–5 мкм на таких ламинатах формируется методами гальванического осаждения с предварительной плазменной очисткой поверхности пленки и напыления промежуточного слоя-затравки. Безадгезивные ламинаты также производятся и по "противоположной" технологии методом полива диэлектрика на фольгу-носитель.
Важное преимущество безадгезивных ламинатов – малая толщина. Эти материалы позволяют создавать проводящий рисунок с более высоким разрешением. Несмотря на их более высокую стоимость, применение безадгезивных ламинатов зачастую оправдано их преимуществами [6].
Для защиты проводников и придания плате большей гибкости служат покровные (защитные) слои. Материалы покровных пленок – недополимеризованные материалы на основе акрилатов, полиуретанов, акрилэпоксидов и др. Если для обнажения монтажных поверхностей используются фотолитографические процессы, в пленки вводят вещества, избирательно полимеризующиеся при УФ-облучении. Фотопроявляемые покровные слои наносятся вакуумным распылением (подобно сухой паяльной маске). Материалом покрывается вся плата, а после экспонирования и проявки защитный слой удаляется с контактных площадок платы.
Вместо покровных слоев могут применяться защитные покрытия, которые наносятся методом трафаретной печати и отверждаются под действием тепла или УФ-излучения. Защитные покрытия наносятся на платы, изгиб которых в процессе эксплуатации незначителен.
При производстве многослойных гибких печатных плат также применяются соединительные пленки со слоем адгезива, с которого перед сборкой снимается защитная пленка.
При необходимости увеличить прочность (уменьшить гибкость) участков ГПП в районах разъемов, слабых мест и т.д. добавляются усиливающие элементы, которые могут быть из пластика, металла, стеклопластика и т.д. Часто усиление участков платы выполняется с помощью дополнительных покровных слоев.
Для защиты контактных площадок плат и обеспечения их паяемости в течение срока хранения применяются финишные покрытия. Наиболее простой способ – лужение с выравниванием горячим воздухом (HAL или HASL). Плата погружается в ванну с горячим припоем (свинцовосодержащим или бессвинцовым), а после этого обдувается горячим воздухом, который выравнивает слой припоя. Это покрытие дольше всего сохраняет паяемость. Однако, несмотря на применение горячего воздуха, поверхность контактных площадок платы после нанесения покрытия HASL остается недостаточно ровной для установки мелких компонентов. Еще один недостаток HASL – жесткий термоудар, который испытывает плата при погружении в расплавленный припой, особенно бессвинцовый. Считается, что это отрицательно влияет на надежность межсоединений платы.
Покрытие OSP представляет собой органический защитный слой, наносимый на контакты. Это самый дешевый вид покрытия. Оно имеет ограниченный срок хранения и уничтожается после первой пайки, исключая возможность многократного монтажа/демонтажа компонентов.
При производстве печатных плат наиболее распространено покрытие ENIG – иммерсионное золото на никеле. При пайке тончайший слой золота растворяется, открывая чистую никелевую поверхность. Это покрытие наиболее долговечно, однако имеет свои особенности и характерные дефекты – "черные площадки" и появление интерметаллидов. Покрытие, содержащее никель, нельзя наносить на сгибающиеся участки платы.
В отдельных случаях применяются и менее распространенные виды покрытий – иммерсионное олово (ImmSn) и иммерсионное серебро (ImmAg) [7].
особенности проектирования гибких печатных плат
При проектировании ГПП нужно понимать, что увеличение числа слоев платы приводит к уменьшению ее гибкости, появлению внутренних напряжений и, как следствие, снижению надежности. По возможности следует отказаться от многослойных структур. Гибкие соединители можно реализовать как несколько независимых одно- или двухслойных шлейфов, расположенных один под другим. Если многослойность необходима, переходные отверстия должны находиться только в усиленных частях платы вне зон перегибов. Проводники в зоне изгиба должны быть равномерно распределены, иметь в этом месте максимальную и постоянную ширину и расположены перпендикулярно изгибу. Во избежание перелома проводники в смежных слоях не должны находиться друг под другом, допустимо их размещение в шахматном порядке. Металлические полигоны на гибких платах должны выполняться в виде сетки со вскрытиями от 0,65 до 1,7 мм. Для снижения внутренних напряжений внутренние углы контура платы и отверстий должны быть скруглены с минимальным радиусом 1,5 мм, а разрезы и вырезы – заканчиваться аналогичными отверстиями. Контактные площадки должны быть каплевидной формы, так как в местах соединения проводника и круглой площадки также возникают напряжения.
Радиус статического изгиба платы рассчитывается следующим образом:
для односторонних плат он равен 3–6 толщинам платы;
для двусторонних – 6–10 толщинам;
для многослойных – 10–15 и более толщинам.
Радиус динамического изгиба для односторонних плат должен быть равен 20–40 толщинам. С увеличением радиуса динамического изгиба увеличивается время жизни платы [8].
При конструировании ГЖПП очень важна симметрия ее структуры. Желательно, чтобы все жесткие части платы были одинаковой толщины и структуры, а гибкие – одинаковой конструкции и числа слоев. В противном случае сложность производства платы, а следовательно, и ее стоимость резко возрастают. Если предполагается автоматический монтаж компонентов, ГЖПП должна быть размещена в жесткой панели либо мультизаготовке (рис.7). Изготовление плат в мультизаготовках также может снизить стоимость производства; это особенно важно при серийном изготовлении гибких плат. После сборки платы разделяются скрайбированием или фрезеровкой с перемычками, сложный контур вырезается лазерным резцом. Требования к панелям, размещению крепежных отверстий, реперных точек и перемычек аналогичны требованиям для жестких плат.
Непосредственно перед монтажом гибкие и гибко-жесткие платы необходимо просушить. При пайке в печи оплавления желательно защищать гибкие части плат экранами для снижения воздействия теплового удара на адгезивные материалы [9].
Источники
wikipedia.org.
blog.iteadstudio.com.
www.andus.de.
Полиимиды. – www.pslc.ws.
Медведев А., Сержантов А., Мылов Г., Семенов П. Конструирование гибких и гибко-жестких плат. – kit-e.ru.
Медведев А. Материалы для гибких печатных плат. – tech-e.ru.
Шейкин М. Не оловом единым. Технологии и свойства современных финишных покрытий печатных плат. – Электроника: НТБ, 2013, №3, с.154.
Типичные ошибки при проектировании гибких плат. – pcbtech.ru.
Гибкие и гибко-жесткие печатные платы. Комментарии к стандарту IPC-2223A. Ч.2. – pcbtech.ru.
www.bestpcbs.com.
Отзывы читателей
