عملية إنتاج ثنائي الفينيل متعدد الطبقات الصلب المرن: دليل خطوة بخطوة ورؤى الصناعة

تمثل أقراص PCB الثابتة المرنة متعددة الطبقات ابتكارًا هجينًا في الإلكترونيات ، حيث تجمع بين الاستقرار الهيكلي للأقراص PCB الثابتة مع مرونة الدوائر المرنة.هذا التصميم الفريد يسمح للأجهزة بالانحناء، طي، أو تتوافق مع المساحات الضيقة الحاسمة للتطبيقات الحديثة مثل الهواتف الذكية القابلة للطي، وأجهزة الاستشعار للسيارات، والزرع الطبي، مع دعم دائرة كثيفة متعددة الطبقات.عملية إنتاجها أكثر تعقيدا بكثير من عملية إنتاج البيك بي إيه الصلبة التقليدية أو المرنة فقط، والتي تتطلب مواد متخصصة، والسلسلة الدقيقة، والتعامل بعناية مع الأجزاء المرنة.

يوضح هذا الدليل عملية إنتاج أقراص PCB الثابتة المرنة متعددة الطبقات ، من اختيار المواد إلى الاختبار النهائي.وأفضل الممارسات الحاسمة لضمان الموثوقيةسواء كنت مهندسًا مصممًا للتصغير أو صانعًا لتنمية الإنتاج،فهم هذه العملية سيساعدك على الاستفادة من الإمكانات الكاملة لتكنولوجيا متعدد الطبقات الصلبة المرنة.

ما هي أقراص PCB المتعددة الطبقات؟
قبل الانخراط في الإنتاج، من الضروري تحديد PCBات متعدد الطبقات الصلبة المرنة وقيمتها الفريدة:

1الهيكل: تتكون من طبقات صلبة متناوبة (عادة FR-4) وطبقات مرنة (على سبيل المثال ، البوليميد) ، متصلة عبر القنوات المصفوفة لتشكيل دائرة متكاملة واحدة.
2الميزة الرئيسية: على عكس أقراص PCB الصلبة (الشكل الثابت) أو أقراص PCB المرنة فقط (عدد الطبقات المحدود) ، تدعم تصاميم متعدد الطبقات الصلبة المرنة 4~20 طبقة من الدوائر مع تمكين الانحناء في مناطق محددة (مثلمفصل هاتف قابل للطي).
3الاستخدامات الشائعة: الإلكترونيات القابلة للطي ، وحدات ADAS للسيارات ، الأجهزة الطبية القابلة للارتداء ، وأجهزة الاستشعار الفضائية ‬التطبيقات التي لا يمكن التفاوض فيها على المساحة والوزن والمتانة.

يجب أن توازن عملية إنتاجها بين احتياجين متضاربتين: الدقة المطلوبة للدوائر متعددة الطبقات والمرونة لتجنب تلف الطبقات المرنة أثناء التصنيع.

الخطوة الأولى: اختيار المواد ‬ أساس PCBs الصلبة المرنة الموثوق بها
يعد اختيار المواد أمرًا حاسمًا لـ PCBs متعدد الطبقات الصلبة المرنة ، حيث يجب أن يتحمل كل عنصر حرارة التصفيف ودورات الانحناء وبيئات الاستخدام النهائي.أدناه تقسيم للمواد الحرجة ومواصفاتها:

الاعتبارات المادية الحرجة
1.التوافق بين المرنة والصلبة: يجب أن يتطابق الملصق مع CTE (معدل التوسع الحراري) لكل من الركائز المرنة والصلبة لتجنب التشوه أثناء التصفيف. على سبيل المثال ،تتزاوج نواة Polyimide Flex بشكل أفضل مع الملصقات الايبوكسي (CTE ~ 20 ppm / °C) لتقليل الإجهاد.
2متانة الطبقة المرنة: استخدم النحاس الملفوف (RA) للآثار المرنة ‬تتحمل مرونته 10000 دورة ثني أو أكثر ، مقابل 1000~2000 دورة للنحاس المتراكم بالكهرباء (ED).
3تطبيقات عالية الحرارة: لاستخدام السيارات أو الطيران، حدد LCP (البوليمر الكريستالي السائل) الركائز المرنة، والتي تحافظ على المرونة في 200 درجة مئوية + ومقاومة المواد الكيميائية.

الخطوة 2: عملية إنتاج متعدد الطبقات الصلبة المرنة خطوة بخطوة
تتضمن عملية الإنتاج تصنيع PCB الصلبة (الصفائح والحفر) مع تقنيات PCB المرنة (معالجة الأساسيات الحساسة ، وتجنب التجاعيد). فيما يلي تقسيم مفصل ومتسلسل:

المرحلة 1: ما قبل الإنتاج وإعداد المواد
قبل رسم الدوائر، يتم إعداد المواد لضمان التكافؤ والتماسك:

1إعداد القلب المرن:
a.تتم تنظيف الركائز المرنة (على سبيل المثال ، 50μm polyimide) مع الكحول الإيزوبروبيلي لإزالة الزيوت والغبار الملوثات التي تسبب فشل الالتصاق.
يتم طلاء ورق النحاس (نحاس RA 125μm) على جانبي النواة المرنة باستخدام الحرارة (180 درجة مئوية) والضغط (300 psi) ، لتشكيل ′′طلاء النحاس المرن" (CCL).
2إعداد القلب الصلب:
أ.تقطع الأساسات الصلبة (مثل 1.6 ملم FR-4) إلى حجم اللوحة (عادة 18 × 24 ×) ويتم إزالتها لإزالة الحواف الحادة.
ب. يتم ربط ورق النحاس (35 ‰ 70μm ED النحاس) بالقلب الصلب عن طريق الطبقة الحرارية ، مما يخلق قاعدة لطبقات الدوائر الصلبة.

المرحلة 2: تصميم الدوائر (الطبقات المرنة والصلبة)
يخلق النمط آثار موصلة على كل من الطبقات المرنة والصلبة ، باستخدام التصوير الضوئي والحفر:

1مقاوم للضوء التطبيق:
a. يتم تطبيق مقاومة حساسة للضوء (فيلم سائل أو جاف) على المصفوفات المرنة والصلبة المغطاة بالنحاس. بالنسبة للطبقات المرنة ، يتم استخدام مقاومة مرنة لتجنب الشقوق أثناء التعامل.
2التعرض والتطور:
a. يتم تعريض المقاومة لأشعة فوق البنفسجية من خلال قناع فوتو (مع نمط الدوائر). يتم غسل المقاومة غير المعرضة بمحلول المطور ، تاركة آثار النحاس التي سيتم حفرها مكشوفة.
3الحفر:
أ. طبقات مرنة: تغمر في حفر خفيف (برسولفات الأمونيوم) لإزالة النحاس غير المرغوب فيه ‬يقلل وقت الحفر بنسبة 20 ٪ مقارنة بالطبقات الصلبة لتجنب التلف في رصيف البوليميد.
ب. طبقات صلبة: محفورة بالكلوريد الحديدي أو الكلوريد النحاسي، معيار لـ FR-4.
4. المقاومة تجريد:
a. يتم إزالة المقاومة الضوئية المتبقية بمذيب (مثل هيدروكسيد الصوديوم) ، مما يكشف عن نمط الدائرة النهائي على كل من الطبقات المرنة والصلبة.

المرحلة الثالثة: التصفيف
المصفوفة هي الخطوة الأكثر أهمية في إنتاج الصلبة المرنة ، حيث يجب أن تربط الطبقات دون التجاعيد قطاعات المرنة أو تدمير الدوائر:

1قطع اللاصق:
أ. أوراق اللاصق (على سبيل المثال ، على أساس البوقسي) يتم قطعها بالليزر لتتناسب مع حجم اللوحة ، مع فتحات للممرات والمناطق المرنة (لتجنب ربط الأجزاء المرنة بالطبقات الصلبة).
2. طبقة التجميع:
a. يتم محاذاة الطبقات باستخدام العلامات الائتمانية (دوائر نحاسية 1 ملم) لضمان التسجيل عبر وتتبع (التسامح ± 0.02 ملم). عادة ما يتبع التراكم:طبقة صلبة → ملصق → طبقة مرنة → ملصق → طبقة صلبة.
3.السلسلة المسيطرة:
a. يتم الضغط على المجموعة في جهاز طلاء فراغ في 160-180 درجة مئوية و 400-500 psi لمدة 30-60 دقيقة. يزيل الفراغ فقاعات الهواء ، بينما يمنع الضغط التدريجي تجاعيد الطبقة المرنة.
b.بالنسبة لتصاميم الطبقات العالية (10 + طبقات) ، يستخدم التصفيف التسلسلي: يتم إضافة طبقات واحدة في كل مرة ، مع معالجة متوسطة للحفاظ على المواءمة.

المرحلة الرابعة: التنقيب
يتم حفر الشقوق (الثقوب التي تربط الطبقات) بعد التصفيف ، باستخدام تقنيات مصممة خصيصًا للمناطق المرنة والصلبة:

1تخطيط الحفر:
a.تحدد ملفات Gerber عن طريق المواقع: الثقوب (تصل جميع الطبقات) ، الممرات العمياء (تصل الطبقات الخارجية إلى الداخلية) ، والممرات المدفونة (تصل الطبقات الداخلية فقط). تستخدم المناطق المرنة الممرات الأصغر (0.1 ‰ 0.2mm) لتجنب الشقوق.
2أساليب الحفر:
a. الحفر الميكانيكي: يستخدم للطبقات الصلبة (من خلال قطر ≥0.2mm) مع حفر الكربيد (30,000 RPM) لضمان فتحات نظيفة.
ب. الحفر بالليزر: يستخدم للطبقات المرنة والميكروفيا (≤0.15mm) مع الليزر فوق البنفسجية يقلل من الضرر الحراري للرواتب البوليميدية.
3. التطهير و التطهير:
طبقات مرنة: الحفر بالبلازما يزيل غبار الراتنج من خلال الجدران (يتجنب الدوائر القصيرة) دون تآكل الركيزة الحساسة.
ب. طبقات صلبة: التنظيف الكيميائي (باستخدام برمنغنيت البوتاسيوم) عبر الجدران للتصفيف.

المرحلة الخامسة: الطلاء ‬ ضمان الاتصال الكهربائي
طلاء الطلاء من خلال الجدران بالنحاس لربط الطبقات وإضافة التشطيبات السطحية للاشتعال:

1. التصفية النحاسية غير الكهربائية:
a. يتم إيداع طبقة نحاسية رقيقة (0.5μm) على الجدران وآثار الدوائر عن طريق تفاعل كيميائي (بدون كهرباء) ، مما يخلق قاعدة للتصفيف الكهربائي.
2.الكهرباء:
a. يتم غمر اللوحة في حمام كبريتات النحاس ، مع تيار كهربائي (24 A / dm2) بناء سمك النحاس إلى 1525μm الحرجة لمقاومة منخفضة عبر الاتصالات.تستخدم المناطق المرنة كثافة تيار أقل (1.5 ‰ 2 A/dm2) لتجنب تشق النحاس.
3.التطبيقات النهائية للسطح:
a.ENIG (الذهب الغمر النيكل غير الكهربائي): يفضل للمناطق المرنة √ الصلبة الذهب مقاومة للانحناء ؛ النيكل يمنع انتشار النحاس.
b.HASL (تسوية اللحام بالهواء الساخن): تستخدم للمناطق الصلبة (فعالة من حيث التكلفة ، قابلية لللحام جيدة).
c.OSP (الحافز العضوي للصلبة): مثالي للأجهزة الإلكترونية الاستهلاكية ذات الحجم الكبير (تكلفة منخفضة ، سطح مسطح).

المرحلة السادسة: قناع اللحام و الشاشة الحريرية
يحمي قناع اللحام الأثر، في حين يضيف الشاشة الحريرية ملصقات المكونات، يجب أن تستوعب كل منهما المناطق المرنة:

1تطبيق قناع الصلبة:
a. يتم طباعة قناع اللحام البوليميد السائل (LPI) على اللوحة. تستخدم المناطق المرنة صياغة قناع أكثر مرونة (إطالة ≥ 100٪) لتجنب الشقوق أثناء الانحناء.
ب. التعرض للأشعة فوق البنفسجية وتطوره يحدد فتحات للوسائد والشاشات؛ يتم تعزيز القناع عند درجة حرارة 150 درجة مئوية لمدة 60 دقيقة.
2طباعة الشاشة الحرير:
a. يتم طباعة الحبر القائم على البوليوريثان على المناطق الصلبة (تجنب المناطق المرنة الشاشة الحريرية ، حيث يتشقق الحبر أثناء الانحناء). حجم النص ≥ 0.8mm x 0.4mm للقراءة ، مع إفراغ 0.1mm من الأدوات.

المرحلة 7: التوجيه والتمييز
يقطع التوجيه اللوحة إلى لوحات PCB صلبة ومرنة فردية ، مع عناية خاصة للقطع المرنة:

1.إصلاحات اللوحة:
a. يتم تركيب اللوحة على إطار جامد لتحقيق الاستقرار في المناطق المرنة أثناء التوجيه ، ومنع التمزق.
2.CNC التوجيه:
a.موجر CNC مع طاحونة نهاية 0.8 ملم يقطع حول محيط PCB. يتم توجيه المناطق المرنة بمعدل تغذية أبطأ (50 ملم / دقيقة مقابل 100 ملم / دقيقة للصلبة) لتجنب التجاعيد.
3. التوحيد:
a.لإنتاج الكميات الكبيرة ، يستخدم توجيه الليزر للمناطق المرنة ✓ يخلق حواف نظيفة دون إجهاد ميكانيكي. يتم تجنب V-scoring (إنه يضعف الحدود المرنة الصلبة).

المرحلة 8: الاختبار ومراقبة الجودة
تخضع أقراص PCB الصلبة المرنة لاختبارات صارمة لضمان الموثوقية الكهربائية والميكانيكية:

عدة طبقات صلبة مرنة مقابل أنواع PCB الأخرى: تحليل مقارن
لفهم لماذا يتم اختيار الرقيق المرن لتطبيقات محددة، قارن إنتاجها وأدائها مع البدائل:

التحديات والحلول الحاسمة للإنتاج
تواجه الإنتاج المتعدد الطبقات الصلب المرن عقبات فريدة من نوعها تتم معالجتها من خلال التقنيات المتخصصة:

1.تجاعيد الطبقة المرنة أثناء التصفيف
التحدي: الضغط غير المتساوي يسبب طي قطاعات التلاعب، مما يؤدي إلى تدمير آثار.
ب. الحل: استخدم المصففات الفراغية مع منحدرات الضغط القابلة للبرمجة (زيادة تدريجية من 100 إلى 500 psi) والوسائد السيليكونية لتوزيع الضغط بالتساوي.
2من خلال توحيد الطلاء في المناطق المرنة
a. التحدي: الشفائح الصغيرة (≤0.15mm) في الطبقات المرنة تعاني من طبقة رقيقة.
ب.الحل: زيادة درجة حرارة حمام النحاس غير الكهربائي إلى 45 درجة مئوية (مقابل 40 درجة مئوية للصلبة) وإضافة المواد النشطة السطحية لتحسين تدفق المحلول إلى القنوات الصغيرة.
3.التمرير في الحدود المرنة الصلبة
a. التحدي: فشل الالتصاق بين الطبقات المرنة والصلبة بسبب عدم تطابق CTE.
ب.الحل: استخدم الصمغات الهجينة الأكريلية - الإيبوكسي (CTE ~ 18 ppm / °C) وقم بتجهيز طبقات التكيف قبل 120 °C قبل التصفيف النهائي.
4آثار الشقوق أثناء الانحناء
التحدي: آثار النحاس في المناطق المرنة تتشقق بعد الانحناء المتكرر.
ب. الحل: استخدم النحاس الراتب (المرونة) وتصميم زوايا أثر من 45 درجة (وليس 90 درجة) لتوزيع الضغط؛ إضافة حلقات تخفيف الضغط في الأجزاء المرنة.

فوائد أقراص PCB متعدد الطبقات الصلبة المرنة (تتبع عملية الإنتاج)
تقدم عملية الإنتاج المتخصصة مزايا فريدة من نوعها على الـ PCB التقليدية:

توفير المساحة: يدمج العديد من أقراص PCB الصلبة في تصميم واحد ، مما يقلل من عدد الموصلات بنسبة 50٪ إلى 70٪ (على سبيل المثال ، يستخدم مفصل الهاتف القابل للطي 1 PCB صلبة مرنة مقابل 3 أقراص PCB صلبة منفصلة).
ب. تخفيض الوزن: 30٪ إلى 40٪ أخف من PCBs الصلبة المكافئة ، وهو أمر حاسم لأجهزة الطيران والفضاء والأجهزة القابلة للارتداء.
c. زيادة في الموثوقية: يعني عدد أقل من الموصلات نقاط فشل أقل ٪ معدلات فشل المجال أقل من أقراص PCB الصلبة ذات الاتصالات السلكية ، وفقًا لبيانات IPC.
d.حرية التصميم: تمكن من تعبئة ثلاثية الأبعاد (على سبيل المثال، لف المحرك) و عوامل الشكل القابلة للطي غير ممكنة مع أقراص PCB جامدة.

التطبيقات الصناعية لـ PCBs متعدد الطبقات الصلبة المرنة
عملية الإنتاج مصممة لتلبية احتياجات القطاعات الرئيسية:
1إلكترونيات المستهلك
أ. الهواتف القابلة للطي (مثل سامسونج غالاكسي زي فولد): تدعم أقراص PCB الصلبة المرنة متعددة الطبقات في المسامير أكثر من 20 طبقة من الدوائر ، مما يتيح 200،000 دورة ثنائية.
b.الأجهزة القابلة للارتداء (على سبيل المثال ، Apple Watch): تصاميم رقيقة (0.5 ملم) صلبة مرنة تتوافق مع المعصمين بينما تحتوي على 6 × 8 طبقة من أجهزة الاستشعار والمعالجات.

2السيارات
أ. أجهزة استشعار أداس: الأقراص المنسقة الصلبة تلتف حول إطارات المركبات، وتتصل بالكاميرات والرادار وLiDAR، على الرغم من درجات الحرارة من -40 درجة مئوية إلى 125 درجة مئوية.
نظام إدارة البطارية للسيارات الكهربائية (BMS): قطاعات مرنة تمر الطاقة بين خلايا البطارية، مما يقلل الوزن بنسبة 35٪ مقارنة مع PCBs الصلبة.

3الأجهزة الطبية
أ. أجهزة تنظيم ضربات القلب القابلة للزرع: طبقات متكاملة بيولوجيا من البوليميد و 4-6 طبقات من الدوائر تناسب أحجام 1 سم 3 ، تتحمل السوائل البدنية.
ب. أجهزة المسح بالموجات فوق الصوتية المحمولة: تتحرك أجهزة PCB الصلبة والمرنة لتتناسب مع أشكال المسح مع الحفاظ على سلامة الإشارة لالتقاط الصور عالية الدقة.

4الفضاء والدفاع
a.شاشات الأقمار الصناعية: شاشات PCB الثابتة المرنة خفيفة الوزن (30 غرامًا لكل لوحة) يمكن طيها في مركبات الإطلاق ونشرها في الفضاء ، وتتحمل الإشعاع والبرد الشديد.
أجهزة سماعة عسكرية: تتوافق الأجزاء المرنة مع آذان المستخدم، في حين أن الطبقات الصلبة تضم رقائق الاتصال التي تلبي معايير الاهتزاز MIL-STD-883.

الأسئلة الشائعة
س: ما هو الحد الأقصى لعدد الطبقات في PCB متعدد الطبقات الصلبة المرنة؟
ج: معظم الشركات المصنعة تنتج تصاميم 412 طبقة ، ولكن العمليات المتقدمة (التصفيف التسلسلي) يمكن أن تحقق 20 + طبقة للتطبيقات الجوية والطبية.

س: كم من الوقت يستغرق لإنتاج أقراص PCB متعدد الطبقات؟
الجواب: تستغرق النماذج الأولية 2-3 أسابيع (بسبب التصفيف والاختبار المتخصصين) ؛ إنتاج الكميات الكبيرة (10k + وحدات) يستغرق 4-6 أسابيع.

س: هل يمكن أن تستخدم أقراص PCB الثابتة المرنة مكونات سطحية (SMDs) على المناطق المرنة؟
ج: نعم ، ولكن يجب أن تكون المكونات “مرنة ” (على سبيل المثال ، المقاومات الرقاقة ≤0603 ، لا توجد وحدات تشغيل كبيرة) لتجنب الشقوق أثناء الانحناء.يتم تقليل حجم معجون اللحام بنسبة 30٪ على المناطق المرنة لمنع الإجهاد المشترك.

س: ما هو الحد الأدنى لقطر الانحناء لPCB متعدد الطبقات؟
ج: عادةً ما يكون سمك الطبقة المرنة 5 × 10 (على سبيل المثال ، الطبقة البوليميدية 50μm لديها نصف قطر ثني أدنى 250 × 500μm).

س: هل الـ PCBات الثابتة المرنة متعددة الطبقات متوافقة مع RoHS؟
الجواب: نعم، يتم استخدام مواد مثل اللحام الخالي من الرصاص واللصاقات الخالية من الهالوجين والبوليميد المتوافقة مع RoHS. يقدم المصنعون وثائق DoC (إعلان المطابقة) للتحقق من الامتثال.

الاستنتاج
إن عملية إنتاج أقراص الـ (بي سي بي) الثابتة المرنة متعددة الطبقات هي معجزة تقنية، توازن بين دقة التصنيع الصلب متعدد الطبقات مع حساسية التعامل مع الدوائر المرنة.من اختيار المواد (بوليميد لـ flex، FR-4 للصلبة) إلى التصفيف المتحكم به وتوجيه الليزر ، يتم تحسين كل خطوة لإنشاء ألواح صغيرة الوزن ودائمة الدوام ومتعددة الاستخدامات.

في حين أن تكاليف الإنتاج أعلى من PCB التقليدية، والفوائد توفير المساحة،ويزيد من الموثوقية ‬جعل الأقراص الصلبة المرنة متعددة الطبقات لا غنى عنها للابتكار في الأقراص القابلة للطي، صناعات السيارات والطب والفضاء.الشراكة مع المتخصصين ذوي الخبرة في إنتاج الصلبة المرنة (وفقا لمراقبة صارمة للجودة) هو مفتاح لفتح هذه الفوائد.

وبما أن الأجهزة تستمر في التقلص وتتطلب المزيد من الوظائف، فإن دور الأقراص الصلبة المرنة متعددة الطبقات لن ينمو إلا بسبب التقدم في تقنيات الإنتاج التي تقلل من التكاليف وتحسن الأداء.