Çok katmanlı sert-yavaş PCB Üretim Süreci: Adım Adım Rehber ve Endüstri İzleri

Çok katmanlı sert-yavaş PCB'ler, sert PCB'lerin yapısal istikrarını esnek devrelerin esnekliğiyle birleştiren elektronikte bir hibrit yeniliği temsil eder.Bu eşsiz tasarım cihazların bükülmesini sağlar, katlanabilir veya sıkı alanlara uyarlanabilir, katlanabilir akıllı telefonlar, otomotiv sensörleri ve tıbbi implantlar gibi modern uygulamalar için kritik olan yoğun, çok katmanlı devreleri destekler.üretim süreci geleneksel sert veya sadece esnek PCB'lerden çok daha karmaşıktır., özel malzemeler, hassas laminatör ve esnek segmentlerin dikkatli bir şekilde kullanılması gerektirir.

Bu kılavuz, çok katmanlı sert-yavaş PCB'lerin üretim sürecini, malzeme seçiminden nihai testlere kadar açıklar.ve güvenilirliği sağlamak için kritik en iyi uygulamalarİster miniatürleştirme için tasarım yapan bir mühendis, ister üretimi ölçeklendiren bir üretici olun,Bu süreci anlamak, çok katmanlı sert-yavaş teknolojinin tüm potansiyelini kullanmanıza yardımcı olacaktır..

Çok Katmanlı Sert-Yüksek PCB Nedir?
Üretime girmeden önce, çok katmanlı sert-yavaş PCB'leri ve benzersiz değerlerini tanımlamak önemlidir:

1Yapı: Tek bir bütünleşik devre oluşturmak için kaplı viaslar aracılığıyla birbirine bağlı olan alternatif sert katmanlardan (tipik olarak FR-4) ve esnek katmanlardan (örneğin, poliamid) oluşurlar.
2Ana Avantaj: Sert PCB'lerin (sabit şekil) veya sadece esnek PCB'lerin (sınırlı katman sayısı) aksine, çok katmanlı sert-esnek tasarımlar, belirli alanlarda bükülmeyi sağlayarak 4 ′′20 katman devreleri destekler (örneğin,katlanabilir bir telefon bağlantısı).
3Genel Kullanımlar: Katlanabilir elektronikler, otomotiv ADAS modülleri, giyilebilir tıbbi cihazlar ve uzay sensörleri: alan, ağırlık ve dayanıklılığın pazarlık edilemeyeceği uygulamalar.

Üretim süreci, iki çelişkili ihtiyacı dengelemeli: çok katmanlı devreler için gereken hassasiyet ve üretim sırasında esnek katmanlara zarar vermeden kaçınma esnekliği.

1. Adım: Malzeme Seçimi Güvenilir Sert-Yüksek PCB'lerin Temelleri
Malzeme seçimi, çok katmanlı sert-yavaş PCB'ler için yapıcı veya kırıcıdır, çünkü her bileşen laminatör ısıya, bükme döngüsüne ve son kullanım ortamlarına dayanmalıdır.Aşağıda kritik malzemelerin ayrımı ve özellikleri verilmiştir.:

Önemli Madde Düşünceleri
1Fleks-katı uyumluluk: Yapıştırıcılar, laminatör sırasında bükülme önlemek için hem esnek hem de katı substratların CTE'sine (termal genişleme katsayısı) uymalıdır.Polyimide esnek çekirdekleri, stresleri en aza indirmek için en iyi şekilde epoksi yapıştırıcılarla eşleştirir (CTE ~ 20 ppm/°C).
2.Flex katman dayanıklılığı: Flex izleri için yuvarlanmış kızartılmış (RA) bakır kullanın, esnekliği 10,000+ bükme döngüsüne dayanabilir, elektrodedepozite (ED) bakır için 1.000-2.000 döngüye karşı.
3Yüksek Temperatürlü Uygulamalar: Otomobil veya havacılık kullanımı için, 200 °C+'da esnekliği koruyan ve kimyasallara dirençli olan LCP (sıvı kristal polimer) esnek substratları seçin.

Adım 2: Adım Adım Çok Katmanlı Sert-Fleks Üretim Süreci
Üretim süreci, katı PCB imalatını (laminasyon, sondaj) esnek PCB teknikleriyle (zayıf substratları işleme koymak, kıvrımlardan kaçınmak) bütünleştirir.

Aşama 1: Ön üretim ve malzeme hazırlığı
Devre desenlemesinden önce, malzemeler tekillik ve yapışkanlığı sağlamak için hazırlanır:

1Flex çekirdek hazırlığı:
a.Yumşaq substratlar (örneğin, 50μm poliyimid) yapışkanlık arızasına neden olan yağları ve tozları temizlemek için izopropil alkol ile temizlenir.
Bakır folyo (12 ′′35μm RA bakır) sıcaklık (180 ° C) ve basınç (300 psi) kullanarak esnek çekirdeğin her iki tarafına laminatlandırılır ve ′′flex bakır kaplı laminat (CCL) oluşturur.
2Sert çekirdek hazırlama:
a. Sert substratlar (örneğin, 1,6 mm FR-4) panel boyutuna (tipik olarak 18 ′′x 24 ′′) kesilir ve keskin kenarları çıkarmak için kabuktan çıkarılır.
b. Bakır folyo (35 ¢ 70 μm ED bakır) sert devre katmanları için temel oluşturan termal laminatör yoluyla katı çekirdeğe yapıştırılır.

Aşama 2: Devre Şablonlama (Yumşak ve Sert Katmanlar)
Şablonlama, fotolitografi ve kazım kullanarak hem esnek hem de sert katmanlarda iletken izler yaratır:

1.Fotoresist Uygulama:
a.Bakırla kaplı esnek ve katı laminatlara ışık duyarlı bir direnç (sıvı veya kuru film) uygulanır.
2- Maruz kalma ve Gelişim:
a.Dayanıklılık, bir fotomaska (dörtgen desenli) ile UV ışığına maruz kalır. Maruz kalmamış direnç, kazınmak üzere bakır izlerini maruz bırakarak, geliştirme çözeltisi ile yıkanır.
3Çizim:
a.Yumşak katmanlar: İstenmeyen bakırları çıkarmak için hafif bir kazıcıya (ammonyum persülfat) daldırıldığında, poliamid altyapısına zarar vermeden sert katmanlara göre kazım süresi %20 azaltılır.
b. Sert katmanlar: FR-4 için standart olan demir klorür veya bakır klorür ile kazınmış.
4- Çıplaklığa karşı direnin.
a. Geriye kalan fotoresist bir çözücüyle (örneğin, sodyum hidroksit) çıkarılır ve hem esnek hem de sert katmanlarda son devre kalıbı ortaya çıkar.

3. aşama: Laminasyon ✓ Yapışkan ve sert katmanları bağlama
Laminasyon, sert-yavaş üretimdeki en kritik adımdır, çünkü esnek segmentleri kıvırmadan veya devreye zarar vermeden katmanları bağlamalıdır:

1Yapışkan kesme:
a. Yapışkan levhalar (örneğin, epoksi bazlı) panelin boyutuna uymak için lazerle kesilir, viaslar ve esnek alanlar için açıklıklar vardır (esnek segmentlerin katı katmanlara yapışmasını önlemek için).
2- Katman Ayarlama:
a. Katmanlar, yol ve iz kayıtlarını (toleransa ± 0.02mm) sağlamak için fidüsiyel işaretler (1 mm bakır daire) kullanarak hizalanır.Sert katman → yapışkan → esnek katman → yapışkan → sert katman.
3Kontrollü Laminasyon:
a. Yığın, vakum laminatöründe 160-180 ° C ve 400-500 psi'de 30-60 dakika boyunca basılır. Vakum hava kabarcıklarını çıkarırken, kademeli basınç esnek katmanın kıvrılmasını önler.
b. Yüksek katmanlı tasarımlar için (10+ katman) sıralı laminatör kullanılır: katmanlar birer birer eklenir ve hizalanmayı korumak için ara sıkıştırma yapılır.

4. aşama: Bormacılık Katman Bağlantısı için Yollar Oluşturma
Laminasyondan sonra, esnek ve katı alanlara özel tekniklerle viyas (katları birbirine bağlayan delikler) delinilir:

1- Çalışma planlaması:
a.Gerber dosyaları yerleri belirler: delikler (tüm katmanları bağlar), kör viaslar (dış katmanları iç katmanlara bağlar) ve gömülü viaslar (sadece iç katmanları bağlar).2mm) çatlamayı önlemek için.
2Borma yöntemleri:
a.Mekanik sondaj: Temiz delikleri sağlamak için karbid matkaplarla sert katmanlar için (diametri ≥ 0,2 mm) kullanılır.
b.Lazer sondajı: UV lazerleri ile esnek katmanlar ve mikrovyalar (≤0.15 mm) için kullanılır. Polyimid substratlarına ısı hasarını en aza indirir.
3.Deburring & Desmearing:
a.Yumşak katmanlar: Plazma kazımı, hassas substratı aşınmadan duvarlardan reçine lekelerini çıkarır (kısa devreye girmekten kaçınır).
b. Sert katmanlar: Kimyasal temizleme (kaliyum permanganat kullanılarak) kaplama için duvarlar üzerinden temizlenir.

Aşama 5: Plakasyon  Elektriksel Bağlantıyı Sağlama
Katmanları birbirine bağlamak için duvarları bakırla kaplamak ve kaynaklılık için yüzey kaplamaları eklemek:

1Elektroksız Bakır Kaplama:
a. Duvarlar ve devre izleri yoluyla kimyasal bir reaksiyon (elektrik olmadan) yoluyla ince bir bakır tabakası (0,5 ‰ 1 μm) yerleştirilir ve galvanizasyon için bir temel oluşturulur.
2Elektrikli plakalama:
a. Panel, bakır sülfat banyosuna daldırılır ve elektrik akımı (24 A/dm2) ile bağlantılar yoluyla düşük direnç için kritik olan bakır kalınlığını 1525μm'ye çıkarır.Flex alanları daha düşük akım yoğunluğu kullanır (1Bakır çatlamasını önlemek için.5 ‰ 2 A/dm2).
3. Yüzey bitirme uygulaması:
a.ENIG (Electroless Nickel Immersion Gold): Eğlenceli alanlar için tercih edilir. Altının esnekliği bükülmeye dayanır; nikel bakır difüzyonunu önler.
b.HASL (Sıcak Hava Lehimleme Düzleştirme): Sert alanlar için kullanılır (harcama etkinliği, iyi lehimlenebilirlik).
c.OSP (Organic Solderability Preservative): Yüksek hacimli tüketici elektronikleri için idealdir (düşük maliyetli, düz yüzeyli).

6. aşama: Lehim maske ve ipek ekranı
Lehim maske izleri korurken, ipek ekranı bileşen etiketlerini ekler. Her ikisi de esnek alanları barındırmalıdır:

1. Solder maskesi uygulaması:
a.Sıvı fotoşekilde (LPI) polimit lehim maske panele ekran basılı olarak yapılır. Eğlenme sırasında çatlak olmaması için esnek alanlar daha esnek bir maske formülasyonu (uzantı ≥100%) kullanır.
b.UV maruziyeti ve gelişimi, bantlar ve viaslar için açıklıklar belirler; maske 60 dakika boyunca 150°C'de sertleştirilir.
2İpek ekran baskı:
a.Polyurethane bazlı mürekkep katı alanlara basılır (yapışkan alanlar ipek ekranından kaçınır, çünkü mürekkep bükme sırasında çatlar). Metin boyutu okunabilirlik için ≥0.8 mm x 0.4 mm'dir ve bantlardan 0.1 mm boşluk vardır.

7. aşama: Yönlendirme ve tekilleme ¢ Bireysel PCB'lerin ayrılması
Yönlendirme panelini, esnek segmentlere özel dikkat gösterilerek, bireysel sert-yavaş PCB'lere kesiyor:

1- Panel Montajı:
a. Panel, yolculuk sırasında esnek alanları dengelemek ve yırtılmayı önlemek için sert bir çerçeveye monte edilmiştir.
2.CNC Routing:
a. 0.8 mm uç değirmenli bir CNC yönlendiricisi PCB çevresini kesiyor. Sıkı için 100 mm / dakikaya karşı daha yavaş bir besleme hızı (50 mm / dakikaya) ile yönlendirilir.
3- Tekillik:
a.Büyük hacimli üretim için, esnek alanlar için lazer yönlendirmesi kullanılır.Mekanik gerginlik olmadan temiz kenarlar yaratır.V puanlaması önlenir (esnek-sert sınırları zayıflatır).

8. aşama: Test ve kalite kontrolü
Sert-yavaş PCB'ler elektrik ve mekanik güvenilirliği sağlamak için sıkı testlere tabi tutulur:

Çok katmanlı sert-yavaş diğer PCB türlerine karşı: Karşılaştırmalı analiz
Katı-yavaşlamanın neden belirli uygulamalar için seçildiğini anlamak için, üretimini ve performansını alternatiflerle karşılaştırın:

Kritik Üretim Zorlukları ve Çözümleri
Çok katmanlı sert-yavaş üretim, özel tekniklerle ele alınan benzersiz engellerle karşı karşıyadır:

1Laminasyon sırasında esnek katman kırpılması
a. Zorluk: Eşsiz basınç, esnek segmentlerin katlanmasına ve izlere zarar vermesine neden olur.
b. Çözüm: Basıncı eşit bir şekilde dağıtmak için programlanabilir basınç rampalı (aşağıdan 100 ila 500 psi'ye kadar artış) ve silikon yastıklarla vakum laminatörleri kullanın.
2.Flex Bölgelerinde Plating Tekdüzeliği üzerinden
a.Sorun: Flex katmanlarındaki küçük viaslar (≤0.15mm) ince kaplamalardan muzdarip.
b. Çözüm: Elektroksız bakır banyosunun sıcaklığını 45°C'ye yükseltin (sert için 40°C'ye karşı) ve küçük viaslara çözeltinin akışını iyileştirmek için yüzey aktivantları ekleyin.
3.Yumşak-sert sınırlarda katman kesimi
a.Sorun: CTE uyumsuzluğu nedeniyle esnek ve sert katmanlar arasındaki yapışkanlık arızası.
b. Çözüm: Akrilik-epoksi hibrit yapıştırıcılar (CTE ~ 18 ppm/°C) kullanın ve son laminatörden önce 120 °C'de esnek katmanları önceden iyileştirin.
4- Eğme sırasında yırtılma izleri
a. Zorluk: Flex alanlarında bakır izleri, tekrar tekrar büküldükten sonra çatlar.
b. Çözüm: Stres dağıtımını sağlamak için RA bakır (düktil) kullanın ve 45° (90° değil) tasarım iz açısı kullanın; esnek segmentlere “stress relief” döngüleri ekleyin.

Çok katmanlı sert-yavaş PCB'lerin avantajları (Üretim süreci tarafından yönlendirilmiştir)
Uzmanca üretim süreci, geleneksel PCB'lere kıyasla benzersiz avantajlar sunar:

a.Mekan tasarrufu: Bir tasarım içine birden fazla sert PCB'yi entegre ederek, konektör sayısını %50~70% azaltır (örneğin, katlanabilir bir telefonun bağlantısı 3 ayrı sert PCB'ye karşı 1 sert-yavaş PCB kullanır).
b.Kama azaltma: Havacılık ve giyilebilir cihazlar için kritik olan eşdeğer sert PCB'lerden %30~40% daha hafif.
c.Artırılmış Güvenilirlik: Daha az konektör daha az arıza noktası anlamına gelir. IPC verilerine göre, alan arızası oranları kablolu bağlantıları olan sert PCB'lerden% 60 daha düşüktür.
d.Tasarım Özgürlüğü: Sert PCB'lerle mümkün olmayan 3 boyutlu ambalajlama (örneğin, bir motoru sarmak) ve katlanabilir form faktörlerini sağlar.

Çok katmanlı sert-yavaş PCB'lerin endüstriyel uygulamaları
Üretim süreci, kilit sektörlerin ihtiyaçlarını karşılamak için uyarlanmıştır:
1Tüketici Elektronikleri
a. Katlanabilir Telefonlar (örneğin, Samsung Galaxy Z Fold): Çubuklardaki çok katmanlı sert-fleksif PCB'ler, 200.000+ bükme döngüsünü sağlayan 20+ döngü katmanını destekler.
b. Giyilebilir cihazlar (örneğin, Apple Watch): İnce (0,5 mm) sert-yavaş tasarımlar, 6 ∼ 8 katmanlı sensör ve işlemci barındırırken bileklere uymaktadır.

2Otomotiv
a.ADAS Sensörleri: Sert-yavaş PCB'ler -40°C'den 125°C'ye kadar sıcaklıklarda araç çerçevelerinin etrafında bükülür, kameraları, radarları ve LiDAR'ları bağlar.
b.EV Pil Yönetim Sistemleri (BMS): Esnek segmentler pil hücreleri arasında güç yönlendirir ve sert PCB'lere göre ağırlığı% 35 azaltır.

3. Tıbbi cihazlar
a.İmplan edilebilir kalp hızlandırıcıları: Biyolojik uyumlu poliyimid fleks katmanları ve 1cm3 hacimlere uygun 4-6 katmanlık devreler, vücut sıvılarına dayanıklı.
b. Taşınabilir Ultrason Sondaları: Yüksek çözünürlüklü görüntüleme için sinyal bütünlüğünü korurken sert-fleks PCB'ler, sonda şekillerine uyacak şekilde bükülür.

4Havacılık ve Savunma
a.Uydu Antenleri: Hafif sert-yavaş PCB'ler (30g her kart) fırlatma araçlarına katlanır ve radyasyona ve aşırı soğuğa dayanarak uzaya yerleştirilir.
b.Askeri kulaklıklar: Esnek segmentler kullanıcı kulaklarına uygun, sert katmanlar ise MIL-STD-883 titreşim standartlarını karşılayan iletişim yongalarını barındırır.

Sık Sorulan Sorular
S: Çok katmanlı sert-yavaş PCB'de maksimum katman sayısı nedir?
Cevap: Çoğu üreticinin ürettiği 4 ′′ 12 katman tasarımları, ancak gelişmiş süreçler (sürekli laminatör) havacılık ve tıbbi uygulamalar için 20+ katman elde edebilir.

S: Çok katmanlı sert-yavaş PCB'lerin üretilmesi ne kadar sürer?
A: Prototipler 2-3 hafta sürer (özel laminasyon ve test nedeniyle); yüksek hacimli üretim (10k+ birim) 4-6 hafta sürer.

S: Sert-yavaş PCB'ler esnek alanlarda yüzey montajı bileşenleri (SMD) kullanabilir mi?
C: Evet, ancak bileşenler bükme sırasında çatlamayı önlemek için “evetlilik dostu” olmalıdır (örneğin, çip dirençleri ≤0603, büyük IC'ler yoktur).Eklemlerin gerilmesini önlemek için yalıtım pasta hacmi esnek alanlarda% 30 azaltılır.

S: Çok katmanlı sert-yavaş PCB için minimum bükme yarıçapı nedir?
A: Tipik olarak esnek katman kalınlığının 5 ′′ 10 katı (örneğin, 50μm'lik bir poliyimid katmanın minimum bükme yarıçapı 250 ′′ 500μm'dir). Daha sıkı yarıçaplar iz çatlama riski yaratır.

S: Çok katmanlı sert-yavaş PCB'ler RoHS uyumlu mu?
A: Evet, kurşunsuz lehim, halogensiz yapıştırıcılar ve RoHS uyumlu poliamid gibi malzemeler kullanılır.

Sonuçlar
Çok katmanlı sert-yavaş PCB'lerin üretim süreci, çok katmanlı sert imalatın hassasiyetini esnek devre işlemiyle dengeleyen teknik bir harikadır.Malzeme seçiminden (fleks için poliamid), FR-4 sert) den kontrol edilen laminatör ve lazer yönlendirmesine kadar, her adım kompakt, dayanıklı ve çok yönlü olan paneller oluşturmak için optimize edilmiştir.

Üretim maliyetleri geleneksel PCB'lere göre daha yüksek olsa da, faydaları alan tasarrufu, ağırlık azalması,ve daha fazla güvenilirlik, çok katmanlı sert-yavaş PCB'leri katlanabilir PCB'lerde yenilik için vazgeçilmez hale getirir.Otomobil, tıp ve havacılık endüstrileri için.Sert-yavaş üretim konusunda deneyimli uzmanlarla ortaklık kurmak (ve sıkı kalite kontrolünü takip etmek) bu avantajları açığa çıkarmanın anahtarıdır..

Cihazlar küçülmeye devam ettikçe ve daha fazla işlevsellik talep ettikçe, maliyeti düşüren ve performansı artıran üretim tekniklerindeki ilerlemeler nedeniyle çok katmanlı sert-yavaş PCB'lerin rolü sadece büyüyecektir..