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在设计软硬结合板的过程中要注意哪些

作者:鑫沃达电子  时间:2017-05-23  点击:

传统的软硬结合板,会包含外部硬质电路板材料层与夹心软板堆叠层,PTH端点被用来进行层间互连与内部线路对外硬质区域的连接。这些硬质表面只有单纯的衬垫,没有导体配置或其它导电区域,因为它的目的是要保护所有线路避免组装产生的连接、短路与损伤。

所有连接器或硬体贴附都发生在硬质区,此外也是提供线路的支撑、应变解除与原件支撑。硬质区之间的互连是依靠其它的软板层,它们个别受到保护膜贴附,但是一般不会与其它各个软板完全连接,这样可以获得比较好的挠曲性与降低弯折应力。

1.设计的方式

软硬结合板是以片状模式制作,而且只在硬质与软性区域都完成时才进行软板切形处理。在这个阶段前,层状介电质是搭在一起通过制程,而设计者可以认定所有层都具有相等支撑。对于任何软板制程,会建立机械性布局以精确的尺寸来建构所有端点,依据线路类型重组线路清单并加以图形配置,决定整体软板的形式、设定设计准则、布线,同时留意一些额外的事项,包括:
 .确认软板与硬板的外型
 .特别的工具槽、开窗与斜角
 .决定软板区域:单面或双面、贴附或不贴附
 .材料选择
 .规格
机械结构层的设计遵循线束公差处理,整体硬板区域的尺寸可以依据NC机械等级的公差水准处理,而硬板区域间的软板层则要局部处理其公差,硬质区之间的软板布局应该要提供膨胀补偿,但是应该要注意到多个软板层的软性区域在组装时可能产生的互相牵制。
2.避免堆叠设计的影响
硬质区域间使用适当的软板长度,以达到同种应力降低效果以免增加制作复杂度。为贴附的单面软板层会比双面软板更为柔和,但是可能会增加制作成本。它们是堆叠结构中常使用的设计,但还是建议只提供给供应商作为它们的判断依据。供应商护倾向提供比较有报价竞争力的堆叠技术,但是了解到未来实际使用的堆叠设计限制,也可能影响供应商的判断。
并不建议软板衬垫在压合后呈现裸露状态,软硬结合板需要经过PTH制程,露在外面的衬垫可能让软硬结合板制程复杂化,特备是如果需要焊锡涂装的表面处理。因为软硬结合板最终制程需要切形,通过这个制程时线路复杂与太多暴露面都容易受损。焊锡面会在压合温度下裂化,这可能会让焊垫变得无法焊接,因此焊锡应该在压合后处理。如果露衬垫在电浆、无电析渡、浸镀和回焊是,都被密封在片状结构内部受到保护,只要在最初切形后才出现,可近接的区域状况会保持的比较好。
3.对齐、组合
对于任何多层产品而言,其首要议题就是提供精确的对位与层间对齐关系。软硬结合板是高附加值的产品,其中材料成本是比较次要的因素,在组合结构中加入太多的线路护导致接点间的距离过大,未必是一种经济做法。
最合适的处理方法是使用后蚀刻-冲压技术,各层具有多个光学标靶可以用来产生蚀刻与保护膜的工具孔。工件可以用整片的方式通过制程,但是在堆叠、后蚀刻、切割、堆叠等会受到尺寸变异过大影响的制程中,则应该要考虑采用个别小片处理以降低尺寸缩小的影响。
硬质区应该要以工具插销围绕,这样可以强化与稳固个别7寸左右的铜面板。群体公差的处理,可以将各个硬质区域分离,额外的工具插销或压合治具成本应该会因为良率提高而均摊。
非常期待硬质区厚度是均匀的,具有不同厚度的硬质区域无法同时进行PTH制程,且必须要强制进行序列压合增加成本。如果软板互连到硬质区并不是必要的,则这个区域应该要从软板区域消除改用硬质胶片来取代,以保持比较好的厚度均匀度。如果可能,PTH点必须至少离开任何成形边0.125in以上,当然这个规则与所制作的软硬结合板厚度和结构有关。
PTH制程会因为软板与硬板混合而变得比较复杂,要想达到三种材料面都维持相同蚀刻量有困难,因此电浆处理是常见的处理方式。孔的纵横比也要留意,合理的不要超过5:1以维持比较好的生产性。
外型应该要力求简单且尽量接近矩形,以避免半径或外型无法利用切形机常用的0.062in切刀进行切割。软板区域应该要与硬板区在成形后呈现垂直关系,硬质区域边缘应该要修圆角或者进行保护处理,以保护软板避免撕裂或切割损伤。
规格
材料、结构的规格与需求应该要尽可能开放,不要定义狭窄的介电质、黏着剂选择与厚度,可以使用现成的规格。导体层应该要尽量搭配电性需求保持一致,比较厚的电路需要比较厚的黏着剂层,这会降低散热性的表现。
工具
硬质区域的外型公差应该尽量接近,因为这个切割作业是利用无电镀的工具孔为基准,以NC切形设备生产的。
对于软硬结合板需要的特殊工具为:
  .槽切形程式用来事先定义出硬板区域在软板部分的让出区
  .开窗模具用来清除软板区域的黏着剂
  .堆叠治具
  .切割软板挠曲区域边缘的模具
硬质区域间的软板边缘,可以在多层堆叠前利用钢制刀模切割,对位可以利用片状边缘的工具孔。
灌胶在软硬结合板很少使用的,定型或弯折治具也不是很普遍的。如果要使用到堆叠设计,会有更多工具来使用制程内的大量处理。这些包括特别的压合与成形治具,同时会有更好的立体电性测试与组装。
材料
软板最终应用决定材料与成本,有两种普遍用于软板的介电质材料:可承受焊接的昂贵系统与低温低成本无法焊接的系统。如果组装是在低温下处理,意味着如:卷、螺旋、顺接插销或者弹簧端子、无插力连接器、导电黏着剂等都在内,这些方面的应用如:聚酯树脂与PEN是不错的选择。对于要在大量焊接下存活的材料,聚酰亚胺树脂是最好的选择,这是因为聚酰亚胺树脂绝缘软板有可能进行焊接,不过需要相当细致的技术,且良率也可能会因为衬垫分离而降低。
聚酰亚胺与聚酯树脂间的潜在成本差异,以单纯材料而言有十倍以上的差异,但是无法转换成软板成本的相对比例。制程人力、设备与分摊成本是软板制造的主要成本元素,从聚酰亚胺转换到聚酯树脂材料的可能变动比率,只有大约20%的成本差异。
以卷对卷材料进行生产时更明显的经济因子,另外热塑型乙烯膜与聚酯树脂都允许连体卷装生产,透过基材与保护膜循环压合可以明显简化程式。其整合性影响是,在卷对卷生产并使用聚酯树脂与其它塑胶会降低成本。
因为它们并不贵,采用比较厚的3-5mil聚酯树脂成本仍然可承受,有时候业者甚至使用PTF技术,材料厚度会达到10mil,这可以改善软板尺寸稳定度与降低操作及撕裂问题。聚酯树脂系统具有低吸湿与相对良好的介电质特性,它们除了成本与耐热性外,还是类似于聚酰亚胺材料。因为软板材料的选择,与采用的品质标准及组装技术相关,因此计算整体成本与采用材料的选择就相对复杂。
4.材料选择对于设计的影响
材料的选择被定义在工程图的标记资料上,他会指定材料结构与品质基准。材料选择对设计有重大影响,更深度的检讨则会出现在动态应用部分,至于其他材料,设计间的互相影响,简单总结:
   .软板设计方面,介电质通过制程的尺寸稳定度是关键的考量
   .比较大的衬垫区有利于维持孔圈衬垫的完整性,在采用低温介电质时对焊接组装有利,因为增加面积有更好的耐热性与防止分层能力。较大的衬垫设计可能会促使层数增加,这会影响材料的成本
  .高弹性的持久性需要薄的膜与平衡结构
  .想要采用聚酯树脂材料进行PTH多层结构制作相当困难,而最佳的多层结构建构法,是采用无胶低膨胀材料的结合胶片与黏着剂层
  .底片与材料选用关系不大,例如:良好的线路可以在任何介电质上依据蚀刻因子进行补偿,而铜皮厚度也需要改变补偿因子。如果用在金属线路软板的设计被用在PTF产品,其重要改变是在线路宽度与电流负载方面。它在端子处理的技术选择也受限,某些连接器技术也可能无法使用。


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