Гибкие печатные платы активно используются на рынке наряду с классическими жесткими аналогами. Их основные преимущества – минимальная толщина и небольшой вес. Это позволяет снизить размеры готового электронного модуля. Изготовление гибких печатных плат наделено и другими преимуществами: низкое сопротивление охлаждению, безупречная системная надежность, долговечность. Эти особенности сделали их востребованными при производстве ультразвуковых преобразователей, медицинской электроники (особенно в области эндоскопии), проводников, слуховых аппаратов, автомобильных панелей, смарт-карт, видеокарт и пр. Познакомимся с ними более подробно.
Исходный материал
Производство гибких печатных плат предполагает использование материалов, которым характерна размерная стабильность, стойкость к разрыву, повышенным температурам (актуально при пайке). Они должны сохранять высокую гибкость даже в экстремальных условиях, не поддаваться расслоению во влажной среде или при нагреве, отличаться химической стойкостью, быть негорючими.
При изготовлении гибких плат применяются следующие категории материалов:
- Диэлектрическая основа. Наиболее часто используются полиимидные пленки. Они сохраняют свои свойства при температуре от минус 200 до плюс 300 0С, поддаются протравливанию в горячих щелочах. Имеют отличные электрические показатели. Также часто применяют и полиэфирные пленки из таких полиэтилентерефталатов, как лавсан, майлар, Melinex, Mylon, Luminor, Celanar. Они недорогие, поддаются легкой формовке, имеют хороший баланс электрических показателей. Свои свойства они сохраняют в температурном диапазоне от минус 60 до плюс 105 0С.
- Адгезив. Это материал для соединения базы и фольги. Также его используют при производстве многослойных гибких плат, гибко-жестких изделий. Чаще всего применяется акриловый адгезив. Он совместим с полиамидной основой, поддается травлению щелочами. Склейку жесткой части при производстве гибко-жестких электронных компонентов выполняют эпоксидным клеем из модифицированной смолы. Может использоваться и полиамидный адгезив, но он требует достаточно высокой температурной обработки.
- Фольга. Самый распространенный вариант – медная фольга. Материал отличается высокой электропроводностью. Его можно покрывать другими составами. А еще важно, что металлизация отверстий также выполняется медью, то есть в плате получается однородность токопроводящих материалов. Нередко применяю фольгированный материал из сплавов меди. Он прочный и стойкий к повреждению, перегибам.
- Покровные пленки. Это защитный материал, аналог паяльной маски, только гибкий. В основном применяются недополимеризованные полимеры из акрилатов, полиуретанов. Для соединения слоев в многослойных изделиях используют специальные пленки с адгезивом.
Неправильно подобранный материал приведет к появлению дефектов гибких печатных плат их браковке. Поэтому к его выбору всегда подходят тщательно, учитывая эксплуатационные свойства, пригодность к применению, стоимость.
Типы гибких и гибко-жестких печатных плат
В зависимости от конструкции эти электронные компоненты классифицируются согласно стандартам IEC, IPC. Выделяют такие категории:
- Тип 1. Односторонний электронный компонент с одним токопроводящим слоем. Может иметь дополнительное упрочнение или быть без него.
- Тип 2. Двусторонняя плата с двумя токопроводящими слоями. Соединение выполняется через металлизированные отверстия. Также бывают с упрочнением или без него.
- Тип 3. Многослойное изделие с металлизированными отверстиями. Количество токопроводящих слоев – 3 и более. Упрочнения могут быть либо отсутствовать.
- Тип 4. Предполагает изготовление гибко жестких печатных плат с тремя и более токопроводящими слоями. Металлизированные отверстия - сквозные.
- Тип 5. В этой категории представлены как гибкие, так и гибко-жесткие печатные платы с числом слоев 2 и более, но металлизированные отверстия здесь не сквозные.
Особенности конструкции – не единственная классификация печатных плат. Также предусмотрено подразделение в зависимости от назначения. Здесь также выделяют несколько категорий:
- А. В таких платах гибкость актуальна только на этапе сборки конечного изделия. То есть им характерна статическая устойчивость. Согнули, собрали электронный компонент и в таком виде плата будет находиться все остальное время.
- В. Это уже платы с динамической устойчивостью. То есть в процессе эксплуатации они могут неоднократно сгибаться и разгибаться. Выделяют периодически гибкие (выдерживают сотни, тысячи перегибов) и непрерывно гибкие (выдерживают миллионы и миллиарды перегибов). Допустимое количество циклов указывается в технической документации.
- С. Платы, предназначенные для использования в средах с температурой свыше 105 0С.
- D. Это платы, которые необходимо сертифицировать согласно требованиям UL. Для них характерна очень высокая огнестойкость.
Технология изготовления гибких печатных плат
Производства гибкой платы предполагает последовательное выполнение ряда технологических этапов:
- Вырубка заготовки. Готовятся все материалы, которые потребуются в процессе сборки: диэлектрическая основа, фольга, упрочняющий слой, разделительная пленка и пр.
- Сверление отверстий. Фольга – тонкий, мягкий материал. И отдельно проделывать в ней отверстия не представляется возможным. Поэтому изначально саму плату штабелируют, послойно укладывая друг на друга основу и фольгу.
- Удаление пластиковой стружки, которая осталась после сверления отверстий. Это обеспечит высокое качество металлизации отверстий.
- Металлизация отверстий. Химическое осаждение применяется как предварительная обработка. Здесь важно подобрать оптимальное время воздействия и скорость реакции. После химического воздействия, когда толщина меди составляет не более 0,3-0,5 мкм, мгновенно выполняют гальваническое осаждение. Это позволит увеличить толщину слоя до 3-4 мкм. А этого вполне достаточно для сохранения целостности металлизации стенок при последующих работах.
- Очистка и перенос рисунка. Поверхность платы зачищают, придает ей шероховатость. Далее наносится сухой пленочный фоторезист. Технология ничем не отличается от аналогичной, выполняемой при работах с жесткими платами. Главное – не повредить хрупкую пленку.
- Травление и подготовка к нанесению плакирующего слоя. Травление требует строго соблюдения направления распыления раствора. После обработки поверхность тщательно очищается, что позволит получить необходимую силу сцепления. Перед ламинированием материалы тщательно высушивают – не менее суток их выдерживают в сушильном шкафу для удаления влаги.
- Ламинирование. Время процесса, давление, скорость нагрева, определяется индивидуально под каждый технологический процесс и зависит в первую очередь от вида основы. Также важно правильно подобрать прокладочный материал. Он должен быть пластичным, иметь низкую текучесть, не давать усадки после усадки. Если не соблюдать этих требований, получим визуально ненаблюдаемые виды дефектов при изготовлении гибких печатных плат, которые проявят себя уже в эксплуатационном процессе.
- Сушка и нанесение финишного покрытия. Во время сушки удаляются окончательно остатки влаги. Далее выполняется горячее лужение, которое предотвратит последующее насыщение влагой.
- Обработка контура. В массовом производстве для решения этой задачи используются прецизионные стальные штампы.
- Упаковка. Каждое изделие упаковывается в отдельную обертку с разделителями. Далее по несколько изделий помещают в вакуумную упаковку, что обеспечивает длительное и надежное хранение.
К каждому технологическому этапу следует подходить профессионально. Только так можно получить качественную гибкую печатную плату, которая станет надежной основой любой электроники.