Многослойный жестко-гибкий процесс производства печатных плат: пошаговое руководство и отраслевые сведения

Многослойные жестко-гибкие печатные платы представляют собой гибридные инновации в электронике, сочетающие структурную стабильность жестких печатных платок с гибкостью гибких схем.Этот уникальный дизайн позволяет устройствам изгибаться, складывается или подходит для узких пространств, критически важных для современных приложений, таких как складываемые смартфоны, автомобильные датчики и медицинские имплантаты, поддерживая плотные многослойные схемы.их процесс производства намного сложнее, чем у традиционных жестких или гибких ПХБ., требующие специализированных материалов, точной ламинировки и тщательной обработки гибких сегментов.

Это руководство разгадывает процесс производства многослойных жестко-гибких ПХБ, начиная с выбора материала и заканчивая окончательным испытанием.и критических лучших практик для обеспечения надежностиНезависимо от того, являетесь ли вы инженером, проектирующим миниатюризацию, или производителем, увеличивающим производство,Понимание этого процесса поможет вам в полной мере использовать потенциал многослойной технологии жесткой гибкости.

Что такое многослойные жестко-гибкие ПХБ?
Перед тем как приступить к производству, необходимо определить многослойные жестко-гибкие ПХБ и их уникальную ценность:

1Структура: Они состоят из чередующихся жестких слоев (обычно FR-4) и гибких слоев (например, полимида), соединенных через покрытые проемы, чтобы сформировать единую интегральную схему.
2.Ключевое преимущество: в отличие от жестких ПКБ (фиксированной формы) или гибких ПКБ (ограниченное количество слоев), многослойные конструкции жестко-гибких поддерживают 420 слоев схемы, позволяя изгиба в определенных областях (например,свертываемый телефонный шарнир).
3.Обычное использование: складная электроника, автомобильные модули ADAS, носимые медицинские устройства и аэрокосмические датчики, где пространство, вес и долговечность не подлежат обсуждению.

Их производственный процесс должен сбалансировать две противоречивые потребности: точность, необходимую для многослойной схемы, и гибкость, чтобы избежать повреждения гибких слоев во время производства.

Шаг 1: Выбор материала Основа надежных жестко-гибких ПХБ
Выбор материала является решающим для многослойных жестко-гибких печатных плат, поскольку каждый компонент должен выдерживать тепло ламинирования, циклы изгиба и среды конечного использования.Ниже приведена разбивка критических материалов и их спецификации:

Критические материальные соображения
1Совместимость гибкости и жесткости: клей должен соответствовать CTE (коэффициенту теплового расширения) как гибких, так и жестких подложков, чтобы избежать деформации во время ламинирования.Полимидные гибкие ядра лучше всего сочетаются с эпоксидными клеями (CTE ~ 20 ppm/°C) для минимизации напряжения.
2Прочность гибкого слоя: для гибких следов используйте прокаленную (RA) медь, ее пластичность выдерживает более 10 000 циклов изгиба, по сравнению с 1 000 ‰ 2 000 циклов для электродепонированной (ED) меди.
3Применение в условиях высокой температуры: для использования в автомобильной или аэрокосмической промышленности выбирают гибкие субстраты LCP (жидкие кристаллические полимеры), которые сохраняют гибкость при температуре 200 °C и устойчивы к химическим веществам.

Шаг 2: Шаг за шагом многослойный процесс жестко-гибкого производства
Производственный процесс объединяет изготовление жестких печатных плат (ламинация, бурение) с гибкими методами печатных плат (обращение с хрупкими субстратами, избегание складков).

Фаза 1: Предварительная обработка и подготовка материалов
Перед созданием схемы материалы подготавливаются для обеспечения однородности и сцепления:

1. Подготовка гибкого ядра:
a.Гнуслые субстраты (например, полимид 50 мкм) очищаются изопропиловым спиртом для удаления масел и пыли, загрязняющих вещества, вызывающие отказ в склеивании.
Медная фольга (медь RA 1235μm) ламинируется с обеих сторон гибкого ядра с использованием тепла (180°C) и давления (300 psi), образуя “гибкий медный ламинат” (CCL).
2Приготовление жесткого ядра:
a.Твердые подложки (например, FR-4 длиной 1,6 мм) разрезаются до размера панели (обычно 18×24) и очищаются от оболочек для удаления острых краев.
b. Медная фольга (35 ‰ 70 μm ED медь) склеивается с жестким ядром с помощью термической ламинации, создавая основу для жестких слоев цепи.

Фаза 2: Моделирование цепей (гибкие и жесткие слои)
Образцы создают проводящие следы как на гибких, так и на жестких слоях, используя фотолитографию и гравировку:

1.Фоторезистентное применение:
a.Фоточувствительный резист (жидкая или сухая пленка) наносится на медно-покрытые гибкие и жесткие ламинаты. Для гибких слоев используется гибкий резист, чтобы избежать трещин во время обращения.
2.Открытие и развитие:
a. Резистент подвергается воздействию УФ-луча через фотомаску (с схемой схемы). Невыраженный резистент смывается раствором-разработчиком, оставляя следы меди, которые должны быть выгравированы.
3- Этюд:
a.Флексивные слои: погруженные в мягкий гравирующий вещество (персульфат аммония) для удаления нежелательной меди, время гравирования сокращается на 20% по сравнению с жесткими слоями, чтобы избежать повреждения полимидной подложки.
b.Твердые слои: выгравированные хлоридом железа или хлоридом меди, стандарт для FR-4.
4- Противостойте раздеванию.
a.Остаток фоторезистора очищается растворителем (например, гидроксидом натрия), раскрывая окончательный схематический рисунок как на гибких, так и на жестких слоях.

Фаза 3: Ламинирование
Ламинация является наиболее важным этапом в производстве жестко-гибких слоев, так как она должна связывать слои, не изгибая гибкие сегменты или повреждая цепи:

1.Разрезание с помощью клея:
a.Клейкие листы (например, на основе эпоксида) разрезаны лазером, чтобы соответствовать размеру панели, с отверстиями для проемов и гибких областей (чтобы избежать склеивания гибких сегментов к жестким слоям).
2- Установка слоя:
a.Склады выравниваются с использованием фидуциальных знаков (1 мм медных кругов) для обеспечения регистрации через и следить (толерантность ± 0,02 мм).Жесткий слой → Клейкий → Гибкий слой → Клейкий → Жесткий слой.
3Контролируемая ламинация:
a.Стакан сжимается в вакуумном ламинаторе при температуре 160-180°С и 400-500 psi в течение 30-60 минут.
b. Для высокослойных конструкций (10+ слоев) используется последовательная ламинация: слои добавляются по одному за раз, с промежуточной отвержкой для поддержания выравнивания.

Фаза 4: Бурение создание проемов для соединения слоев
После ламинирования проводятся просветки (отводы, соединяющие слои) с помощью методов, адаптированных к гибким и жестким участкам:

1Планирование бурения:
a.Файлы Гербера указывают местоположение: проходные отверстия (соединяют все слои), слепые проходы (соединяют внешние и внутренние слои) и закопанные проходы (соединяют только внутренние слои).2 мм) для предотвращения трещин.
2Методы бурения:
a. Механическое бурение: используется для жестких слоев (с диаметром ≥ 0,2 мм) с карбидными сверлами (30000 оборотов в минуту) для обеспечения чистоты отверстий.
b.Лазерное бурение: используется для гибких слоев и микровиа (≤ 0,15 мм) с использованием УФ-лазеров, минимизирует тепловое повреждение полимидных субстратов.
3- Дебюрирование и обеззараживание:
a.Флексивные слои: плазменный гравирование удаляет смолистые примеси с стен (избегает коротких схем), не разрушая хрупкую подложку.
b.Твердые слои: Химическое очищение (с использованием перманганата калия) очищает стены для покрытия.

Фаза 5: Платение
Покрытие покрытий через стены медью для соединения слоев и добавление поверхностных отделок для сварки:

1. Неэлектрическая медная покрытка:
a.Тонкий слой меди (0,5μm) откладывается на стены и следы цепи посредством химической реакции (без электричества), создавая основу для электропластировки.
2Электропластика:
a.Паннель погружается в ванну с сульфатом меди, при этом электрический ток (24 A/dm2) увеличивает толщину меди до 1525μm, что является критическим для низкого сопротивления через соединения.В гибких зонах используется более низкая плотность тока (10,52 A/dm2) для предотвращения трещин меди.
3.Поверхностная отделка Применение:
a.ENIG (Electroless Nickel Immersion Gold): предпочтительно для гибких областей. Гибкость золота выдерживает изгиб; никель предотвращает диффузию меди.
b.HASL (Hot Air Solder Leveling): используется для жестких областей (рентабельность, хорошая сварная способность).
c.OSP (Organic Solderability Preservative): идеально подходит для потребительской электроники большого объема (низкая стоимость, плоская поверхность).

Фаза 6: Маска и шелкопряда
Сплавная маска защищает следы, в то время как шелковой экран добавляет этикетки компонентов, оба должны вмещать гибкие области:

1. Применение маски для сварки:
a.Маска сжимания полимида с жидким фотообразием (LPI) напечатана на панели. На гибких участках используется более гибкая формула маски (удлинение ≥ 100%), чтобы избежать трещин во время изгиба.
b.Ультрафиолетовое воздействие и развитие определяют отверстия для подкладки и прокладки; маска отверждается при температуре 150 °C в течение 60 минут.
2- Шелковые печати:
a.чернила на полиуретановой основе печатаются на жестких поверхностях (гибкие области избегают шелковой пленки, так как чернила трескаются при изгибе).

Фаза 7: Маршрутизация и сингуляция
Маршрутизация разрезает панель на отдельные жестко-гибкие печатные платы, с особым вниманием к гибким сегментам:

1.Установка панели:
a. Панель устанавливается на жесткую раму для стабилизации сгибаемых участков во время маршрутизации, предотвращая разрыв.
2. CNC маршрутизация:
a. CNC-маршрутизатор с 0,8 мм конечным мельником разрезает периметр печатного листа.
3- Одиночество:
a.Для производства больших объемов лазерное направление используется для гибких областей, создает чистые края без механического напряжения.

Фаза 8: Испытания и контроль качества
Жёстко-гибкие ПХБ проходят строгие испытания для обеспечения электрической и механической надежности:

Многослойные жестко-гибкие и другие виды ПКБ: сравнительный анализ
Чтобы понять, почему жесткий флекс выбирают для конкретных применений, сравните его производство и производительность с альтернативами:

Критические производственные проблемы и решения
Многослойное жестко-гибкое производство сталкивается с уникальными препятствиями, решаемыми специализированными методами:

1.Флексификация слоя во время ламинирования
a. Проблема: Неравномерное давление приводит к сложению флекс-сегментов, повреждающих следы.
b.Решение: Используйте вакуумные ламинировщики с программируемыми рампами давления (постепенное увеличение от 100 до 500 psi) и силиконовыми подкладками для равномерного распределения давления.
2.Посредством однородности покрытия в гибких зонах
a.Ответственность: малые проемы (≤ 0,15 мм) в гибких слоях страдают от тонкой облицовки.
b.Решение: повысить температуру безэлектробетонной бани до 45°C (против 40°C для жесткой) и добавить поверхностно-активные вещества для улучшения притока раствора в маленькие проходы.
3Деламинация на гибких-жестких границах
a.Ответственность: отказ в склеивании между гибкими и жесткими слоями из-за несоответствия CTE.
b.Решение: используйте гибридные клеи акрило-эпоксидные (CTE ~18 ppm/°C) и предварительно отвердите гибкие слои при температуре 120°C перед окончательной ламинировкой.
4Следы трещин во время изгиба
a.Ответственность: следы меди в местах сгибания трещины после повторного сгибания.
b.Решение: Используйте медь RA (вязкая) и проектируйте углы следов 45° (а не 90°) для распределения напряжения; добавьте петли для снятия напряжения в гибкие сегменты.

Преимущества многослойных жестко-гибких ПХБ (построены на производственном процессе)
Специализированный производственный процесс дает уникальные преимущества по сравнению с традиционными ПХБ:

a.Сбережение пространства: интегрирует несколько жестких печатных плат в одну конструкцию, уменьшая количество разъемов на 50~70% (например, на свертываемом телефоне используется 1 жестко-гибкая печатная плата против 3 отдельных жестких печатных плат).
b.Уменьшение веса: на 30-40% легче, чем эквивалентные жесткие ПХБ, что имеет решающее значение для аэрокосмических и носимых устройств.
c.Повышенная надежность: меньше соединителей означает меньше точек отказа √ уровень отказов на поле на 60% ниже, чем у жестких печатных плат с проводными соединениями, согласно данным IPC.
d. Свобода проектирования: позволяет создавать 3D-упаковки (например, обертывание вокруг двигателя) и складываемые формы, которые невозможны с жесткими печатными пластинами.

Промышленное применение многослойных жестко-гибких ПХБ
Производственный процесс адаптирован к потребностям ключевых секторов:
1Потребительская электроника
a.Складываемые телефоны (например, Samsung Galaxy Z Fold): многослойные жестко-гибкие печатные платы в петлях поддерживают более 20 слоев схемы, что позволяет выполнять более 200 000 циклов изгиба.
b.Носящиеся устройства (например, Apple Watch): тонкие (0,5 мм) конструкции с жесткой гибкостью соответствуют запястьям, при этом в них размещены 6-8 слоев датчиков и процессоров.

2. Автомобильные
a.Сенсоры ADAS: жестко-гибкие печатные платы изгибаются вокруг рамы транспортного средства, соединяют камеры, радар и LiDAR, несмотря на температуру от -40°C до 125°C.
b.Системы управления батареями электромобилей (BMS): гибкие сегменты направляют энергию между батарейными ячейками, уменьшая вес на 35% по сравнению с жесткими печатными пластинами.

3. Медицинские изделия
a. Имплантируемые кардиостимуляторы: биосовместимые полимидные гибкие слои и 4-6 слоев цепей, вмещающих 1 см3, выдерживающие жидкости организма.
b.Портативные ультразвуковые зонды: жестко-гибкие печатные платы изгибаются, чтобы соответствовать форме зондов, сохраняя целостность сигнала для получения изображений с высоким разрешением.

4Аэрокосмическая и оборонная промышленность
a.Спутниковые антенны: Легкие жестко-гибкие ПХБ (30 г на доску) складываются в ракеты-носители и развертываются в космосе, выдерживая излучение и сильную холод.
b. Военные гарнитуры: гибкие сегменты соответствуют ушам пользователя, в то время как жесткие слои содержат коммуникационные чипы, отвечающие стандартам вибрации MIL-STD-883.

Частые вопросы
Вопрос: Каково максимальное количество слоев в многослойной жестко-гибкой печати?
О: Большинство производителей производят конструкции с 412 слоями, но передовые процессы (последовательное ламинирование) могут достичь более 20 слоев для аэрокосмических и медицинских приложений.

Вопрос: Сколько времени требуется для производства многослойных жестко-гибких ПХБ?
Ответ: Прототипы занимают 2-3 недели (из-за специализированной ламинирования и тестирования); большое производство (10 000+ единиц) занимает 4-6 недель.

В: Могут ли жестко-гибкие печатные платы использовать поверхностно-находящиеся компоненты (SMD) на гибких участках?
О: Да, но компоненты должны быть “гибкими” (например, чип-резисторы ≤0603, без больших ИС), чтобы избежать трещин во время изгиба.Объем пасты для сварки уменьшается на 30% на гибких участках, чтобы предотвратить напряжение суставов.

Вопрос: Каков минимальный радиус изгиба для многослойной жестко-гибкой печати?
О: Обычно толщина флекс-слоя в 5×10 раз (например, полиамидный слой 50 мкм имеет минимальный радиус изгиба 250 500 мкм).

Вопрос: Соответствуют ли многослойные жестко-гибкие печатные платы требованиям RoHS?
Ответ: Да, используются материалы, такие как безсвинцовая сварка, безгалогенные клеи и полимид, соответствующий требованиям RoHS.

Заключение
Производственный процесс многослойных жестко-гибких печатных плат является техническим чудом, балансирующим точность многослойного жесткого производства с деликатностью обработки гибкой схемы.Из выбора материала (полимид для гибкости), FR-4 для жесткого) до контролируемой ламинирования и лазерного маршрутизации, каждый шаг оптимизирован для создания компактных, прочных и универсальных досок.

Хотя издержки производства выше, чем у традиционных ПХБ, преимуществаи повышенная надежность делает многослойные жёстко-гибкие печатные платы незаменимыми для инноваций в области складной продукции, автомобильной, медицинской и аэрокосмической промышленности.Партнерство со специалистами, имеющими опыт в производстве жестких и гибких деталей (и соблюдение строгого контроля качества) является ключом к реализации этих преимуществ..

Поскольку устройства продолжают уменьшаться и требуют большей функциональности, роль многослойных жестко-гибких печатных плат будет только расти, благодаря достижениям в производственных методах, которые снижают затраты и улучшают производительность..