فرآیند تولید PCB HDI Rigid Flex

PCBهای صلب انعطاف پذیر HDI (High Density Interconnect) نشان دهنده اوج فناوری پیشرفته برد مدار چاپی است که مزایای قابلیت سیم کشی با چگالی بالا را با انعطاف پذیری بردهای انعطاف پذیر صلب ترکیب می کند.هدف این مقاله توضیح فرآیند تولید PCB انعطاف‌پذیر HDI و ارائه بینش ارزشمند در مورد ساختار، مواد و مراحل ساخت کلیدی آن است.با درک پیچیدگی‌های موجود، مهندسان و طراحان می‌توانند طرح‌های خود را بهینه کنند و به طور مؤثر با تولیدکنندگان همکاری کنند تا ایده‌های نوآورانه خود را به واقعیت تبدیل کنند.

1. درک کنیدPCB انعطاف پذیر HDI سفت و سخت：

PCB انعطاف پذیر صلب HDI (High Density Interconnect) شکل پیشرفته ای از برد مدار چاپی است که مزایای اتصال با چگالی بالا و انعطاف پذیری را ترکیب می کند.این ترکیب منحصر به فرد آنها را برای برآوردن نیازهای تجهیزات الکترونیکی مدرن مناسب می سازد.
اتصال با چگالی بالا به توانایی دستیابی به اجزای با چگالی بالا و مسیریابی سیگنال در فضای محدود برد اشاره دارد.از آنجایی که تقاضا برای دستگاه‌های کوچکتر و فشرده‌تر همچنان در حال رشد است، فناوری HDI طراحی و تولید مدارهای پیچیده را با فاکتورهای کوچک‌تر امکان‌پذیر می‌سازد. افزایش تراکم اتصال به یکدیگر اجازه می دهد تا عملکرد بیشتری در دستگاه های کوچکتر ادغام شود و آنها را کارآمدتر و قدرتمندتر می کند.
انعطاف‌پذیری یکی دیگر از ویژگی‌های کلیدی PCBهای انعطاف‌پذیر HDI است. این انعطاف پذیری به تخته اجازه می دهد تا بدون تأثیر بر عملکرد یا قابلیت اطمینان، خم، تا و یا پیچ خورده شود.انعطاف پذیری به ویژه برای دستگاه های الکترونیکی که نیاز به طراحی های فیزیکی پیچیده دارند یا نیاز به مقاومت در برابر لرزش، شوک یا محیط های شدید دارند مفید است. همچنین یکپارچه سازی یکپارچه قطعات الکترونیکی از بخش های مختلف برد مدار را امکان پذیر می کند و نیاز به اتصال دهنده ها یا کابل های اضافی را از بین می برد.
استفاده از فناوری HDI چندین مزیت دارد.اول، یکپارچگی سیگنال را با به حداقل رساندن فاصله بین اجزا و اتصالات، کاهش تلفات سیگنال، تداخل و تداخل الکترومغناطیسی به میزان زیادی بهبود می بخشد. این عملکرد و قابلیت اطمینان را برای برنامه های پرسرعت دیجیتال و RF افزایش می دهد. ثانیا، PCB انعطاف پذیر HDI می تواند به طور قابل توجهی اندازه و وزن کلی تجهیزات الکترونیکی را کاهش دهد. فناوری HDI نیاز به کانکتورها، کابل ها و اتصالات برد به برد اضافی را از بین می برد و امکان طراحی های فشرده و سبک را فراهم می کند. این به ویژه برای صنایعی مانند هوافضا و لوازم الکترونیکی مصرفی قابل حمل، که در آن صرفه جویی در وزن و فضا بسیار مهم است، ارزشمند است. علاوه بر این، فناوری HDI قابلیت اطمینان تجهیزات الکترونیکی را نیز بهبود می بخشد. با به حداقل رساندن تعداد اتصالات، PCBهای انعطاف پذیر HDI خطر خرابی ناشی از شل شدن اتصالات یا خستگی مفصل لحیم کاری را کاهش می دهند. این باعث بهبود کیفیت محصول و افزایش قابلیت اطمینان طولانی مدت می شود.
کاربردهای انعطاف پذیر HDI در صنایع مختلفی از جمله هوافضا، تجهیزات پزشکی، مخابرات و لوازم الکترونیکی مصرفی یافت می شود.در صنعت هوافضا، PCBهای انعطاف‌پذیر HDI به دلیل اندازه فشرده، وزن سبک و توانایی مقاومت در شرایط شدید در سیستم‌های کنترل پرواز، سیستم‌های اویونیک و ارتباطات استفاده می‌شوند. در زمینه پزشکی، آنها در دستگاه هایی مانند ضربان ساز، سیستم های تصویربرداری پزشکی و دستگاه های قابل کاشت استفاده می شوند. ارتباطات از راه دور و لوازم الکترونیکی مصرفی از کاهش اندازه و بهبود عملکرد PCBهای انعطاف‌پذیر HDI در تلفن‌های هوشمند، تبلت‌ها، پوشیدنی‌ها و سایر دستگاه‌های قابل حمل سود می‌برند.

2.فرآیند تولید PCB انعطاف پذیر HDI: گام به گام

الف. طراحی محدودیت ها و تهیه فایل های CAD:
اولین مرحله در فرآیند تولید PCB انعطاف پذیر HDI، در نظر گرفتن محدودیت های طراحی و آماده سازی فایل های CAD است. محدودیت‌های طراحی نقش مهمی در تعیین عملکرد PCB، قابلیت اطمینان و قابلیت ساخت دارند. برخی از محدودیت های مهم طراحی که باید در نظر گرفته شوند عبارتند از:
محدودیت اندازه:
اندازه PCB به نیاز دستگاهی که در آن استفاده می شود بستگی دارد. لازم است اطمینان حاصل شود که PCB بدون تأثیر بر عملکرد یا قابلیت اطمینان در فضای تعیین شده قرار می گیرد.
قابلیت اطمینان:
طراحی PCB باید قابل اعتماد باشد و بتواند شرایط عملیاتی مورد انتظار را تحمل کند. عواملی مانند دما، رطوبت، ارتعاش و تنش مکانیکی باید در طول فرآیند طراحی در نظر گرفته شوند.
یکپارچگی سیگنال:
طراحی ها باید یکپارچگی سیگنال را در نظر بگیرند تا خطر تضعیف سیگنال، نویز یا تداخل را به حداقل برسانند. سیگنال های دیجیتال و RF با سرعت بالا نیاز به مسیریابی دقیق و کنترل امپدانس دارند.
مدیریت حرارتی:
مدیریت حرارتی برای جلوگیری از گرمای بیش از حد و حصول اطمینان از عملکرد بهینه قطعات الکترونیکی حیاتی است. اتلاف گرما را می توان از طریق قرار دادن مناسب ویاهای حرارتی، سینک های حرارتی و پدهای حرارتی به دست آورد. نرم افزار CAD برای ایجاد فایل های طرح بندی PCB استفاده می شود. این به طراحان اجازه می‌دهد تا انباشته لایه، قرار دادن اجزا و مسیریابی ردیابی مس را تعریف کنند. نرم افزار CAD ابزارها و قابلیت هایی را برای نمایش و تجسم دقیق طرح ها فراهم می کند و شناسایی و تصحیح هر گونه مشکل احتمالی قبل از تولید را آسان تر می کند.
ب. انتخاب مواد و طراحی چیدمان:
بعد از آماده سازی فایل های CAD، مرحله بعدی انتخاب متریال و طراحی layup است. انتخاب مواد مناسب برای حصول اطمینان از اینکه PCBهای انعطاف‌پذیر HDI به عملکرد الکتریکی، مدیریت حرارتی و یکپارچگی مکانیکی مورد نیاز دست می‌یابند، حیاتی است. مواد لایه سفت و سخت، مانند FR-4 یا لمینت های با کارایی بالا، پشتیبانی مکانیکی و پایداری را فراهم می کنند. لایه انعطاف پذیر معمولا از پلی آمید یا فیلم پلی استر برای انعطاف پذیری و دوام ساخته می شود. فرآیند طراحی انباشته شامل تعیین چینش لایه های مختلف از جمله لایه های صلب و انعطاف پذیر، ضخامت مس و مواد دی الکتریک است. طراحی stackup باید عواملی مانند یکپارچگی سیگنال، کنترل امپدانس و توزیع توان را در نظر بگیرد. قرار دادن لایه مناسب و انتخاب مواد به اطمینان از انتقال کارآمد سیگنال، به حداقل رساندن تداخل و ایجاد انعطاف پذیری لازم کمک می کند.
ج. حفاری لیزری و تشکیل ریزچاله:
حفاری لیزری گامی حیاتی در ایجاد میکروویاهای مسیریابی با چگالی بالا در PCBهای HDI است. میکروویاها سوراخ‌های کوچکی هستند که برای اتصال لایه‌های مختلف PCB استفاده می‌شوند و امکان اتصالات با چگالی بالاتر را فراهم می‌کنند. حفاری لیزری مزایای متعددی نسبت به روش‌های حفاری مکانیکی سنتی دارد. دیافراگم‌های کوچک‌تر را می‌دهد و تراکم مسیریابی بالاتر و طراحی‌های فشرده‌تر را امکان‌پذیر می‌کند. حفاری لیزری همچنین دقت و کنترل بیشتری را فراهم می کند و خطر ناهماهنگی یا آسیب به مواد اطراف را کاهش می دهد. در فرآیند حفاری لیزری، از یک پرتو لیزر متمرکز برای جدا کردن مواد استفاده می‌شود و سوراخ‌های کوچکی ایجاد می‌کند. سپس سوراخ‌ها فلزی می‌شوند تا رسانایی بین لایه‌ها را فراهم کنند و امکان انتقال موثر سیگنال‌ها را فراهم کنند.
د. آبکاری مس شیمیایی:
آبکاری مس الکترولس یک مرحله کلیدی در فرآیند تولید تخته‌های انعطاف‌پذیر HDI است. این فرآیند شامل رسوب یک لایه نازک مس در ریز منافذ و روی سطح PCB است. اهمیت آبکاری مس الکترولس در توانایی آن برای اطمینان از اتصالات الکتریکی قابل اعتماد و انتقال سیگنال خوب است. لایه مس میکروویاها را پر می کند و لایه های مختلف PCB را به هم متصل می کند و یک مسیر رسانا برای سیگنال ها تشکیل می دهد. همچنین یک سطح قابل لحیم کاری برای اتصال قطعات فراهم می کند. فرآیند آبکاری مس الکترولس شامل چندین مرحله از جمله آماده سازی سطح، فعال سازی و رسوب می باشد. PCB ابتدا تمیز و فعال می شود تا چسبندگی را افزایش دهد. سپس از یک واکنش شیمیایی برای اعمال محلولی حاوی یون های مس روی سطح PCB استفاده می شود و لایه نازکی از مس را رسوب می دهد.
E. انتقال تصویر و لیتوگرافی:
انتقال تصویر و فوتولیتوگرافی اجزای فرآیند تولید PCB انعطاف پذیر HDI هستند. این مراحل شامل استفاده از یک ماده مقاوم به نور برای ایجاد یک الگوی مدار بر روی سطح PCB و قرار دادن آن در معرض نور UV از طریق یک ماسک نوری طرح‌دار است. در طول فرآیند انتقال تصویر، مواد مقاوم به نور روی سطح PCB اعمال می شود. مواد مقاوم به نور نسبت به نور UV حساس هستند و می توانند به طور انتخابی در معرض نور قرار گیرند. سپس PCB با ماسک نوری طرح‌دار تراز می‌شود و نور UV از قسمت‌های شفاف ماسک عبور می‌کند تا مقاومت نوری را در معرض دید قرار دهد. پس از قرار گرفتن در معرض، PCB برای برداشتن مقاومت نوری در معرض دید ایجاد می شود و الگوی مدار مورد نظر را باقی می گذارد. این الگوها به عنوان لایه های محافظ در فرآیندهای بعدی عمل می کنند. برای ایجاد آثار مدار، از مواد شیمیایی اچینگ برای حذف مس ناخواسته استفاده می شود. مناطقی که توسط فوتوریست پوشانده نشده اند در معرض اچانت قرار می گیرند که به طور انتخابی مس را حذف می کند و مدار مورد نظر را بر جای می گذارد.
F. فرآیند اچینگ و آبکاری:
هدف از فرآیند اچ کردن حذف مس اضافی و ایجاد ردپای مدار بر روی PCB انعطاف‌پذیر HDI است. اچینگ شامل استفاده از اچانت، معمولاً محلول اسیدی یا شیمیایی، برای حذف انتخابی مس ناخواسته است. اچینگ توسط یک لایه محافظ نور مقاوم کنترل می شود که مانع از حمله اچانت به ردپای مدار مورد نیاز می شود. مدت و غلظت اچانت را با دقت کنترل کنید تا به عرض و عمق اثر مورد نظر برسید. پس از اچ کردن، مقاومت نوری باقیمانده از بین می رود تا آثار مدار نمایان شود. فرآیند جداسازی شامل استفاده از حلال‌ها برای حل کردن و حذف نور مقاوم است و ردپای مدار تمیز و کاملاً مشخصی باقی می‌ماند. برای تقویت ردپای مدار و اطمینان از رسانایی مناسب، فرآیند آبکاری مورد نیاز است. این شامل رسوب یک لایه مس اضافی بر روی آثار مدار از طریق یک فرآیند آبکاری یا آبکاری الکترولس است. ضخامت و یکنواختی آبکاری مس برای دستیابی به یک اتصال الکتریکی قابل اعتماد بسیار مهم است.
ز. کاربرد ماسک لحیم کاری و مونتاژ اجزا:
استفاده از ماسک لحیم کاری و مونتاژ اجزاء مراحل مهم در فرآیند تولید PCB انعطاف پذیر HDI هستند. از ماسک لحیم کاری برای محافظت از آثار مس و ایجاد عایق بین آنها استفاده کنید. ماسک لحیم کاری یک لایه محافظ بر روی کل سطح PCB تشکیل می دهد، به استثنای مناطقی که نیاز به لحیم کاری دارند، مانند پدهای قطعات و Vias. این به جلوگیری از پل زدن لحیم و شورت در هنگام مونتاژ کمک می کند. مونتاژ قطعات شامل قرار دادن قطعات الکترونیکی روی PCB و لحیم کردن آنها در جای خود است. اجزاء به دقت با سکوی فرود قرار گرفته و در یک راستا قرار می گیرند تا از اتصالات الکتریکی مناسب اطمینان حاصل شود. بسته به نوع قطعه و الزامات مونتاژ، از تکنیک‌های لحیم کاری مانند لحیم کاری مجدد یا موجی استفاده کنید. فرآیند لحیم کاری مجدد شامل گرم کردن PCB تا دمای خاصی است که باعث ذوب شدن لحیم شده و ایجاد یک اتصال دائمی بین لیدهای قطعه و پدهای PCB می شود. لحیم کاری موجی معمولاً برای اجزای سوراخ دار استفاده می شود، جایی که PCB از طریق موجی از لحیم مذاب عبور داده می شود تا اتصال ایجاد شود.
H. تست و کنترل کیفیت:
مرحله نهایی در فرآیند تولید PCB انعطاف پذیر HDI، آزمایش و کنترل کیفیت است. آزمایش دقیق برای اطمینان از عملکرد، قابلیت اطمینان و عملکرد PCB بسیار مهم است. تست های الکتریکی را برای بررسی شورت، باز شدن و تداوم انجام دهید. این شامل اعمال ولتاژ و جریان های خاص به PCB و اندازه گیری پاسخ با استفاده از تجهیزات تست خودکار است. بازرسی های بصری نیز برای تأیید کیفیت اتصال لحیم کاری، محل قرارگیری قطعات و تمیزی کلی PCB انجام می شود. این به شناسایی هر گونه نقص بالقوه مانند قطعات نامناسب، پل های لحیم کاری یا آلاینده ها کمک می کند. علاوه بر این، تجزیه و تحلیل تنش حرارتی را می توان برای ارزیابی توانایی PCB در تحمل چرخه دما یا شوک حرارتی انجام داد. این امر به ویژه در کاربردهایی که PCB در معرض تغییرات شدید دمایی قرار دارد بسیار مهم است. در طول و بعد از هر مرحله از فرآیند تولید، اقدامات کنترل کیفیت برای اطمینان از مطابقت PCB با مشخصات و استانداردهای مورد نیاز اجرا می شود. این شامل نظارت بر پارامترهای فرآیند، انجام کنترل فرآیند آماری (SPC) و انجام ممیزی های دوره ای برای شناسایی و اصلاح هرگونه انحراف یا ناهنجاری است.

3. چالش های پیش روی تولید بردهای انعطاف پذیر HDI:

ساخت بردهای انعطاف‌پذیر HDI پیچیدگی‌ها و چالش‌هایی را ارائه می‌دهد که باید با دقت مدیریت شوند تا محصول نهایی با کیفیت بالا تضمین شود.این چالش ها حول سه حوزه کلیدی می چرخند: هم ترازی دقیق، عیوب سطح و تغییرات امپدانس در حین لمینیت.
تراز دقیق برای تخته های انعطاف پذیر HDI بسیار مهم است زیرا آنها شامل چندین لایه و مواد هستند که باید دقیقاً در جای خود قرار گیرند. دستیابی به هم ترازی دقیق نیاز به جابجایی دقیق و قرار دادن لایه های مختلف دارد تا اطمینان حاصل شود که vias و سایر اجزا به درستی تراز شده اند. هر گونه ناهماهنگی می تواند باعث مشکلات عمده ای مانند از دست دادن سیگنال، شلوار کوتاه یا شکستگی شود. تولیدکنندگان باید روی تجهیزات و فناوری پیشرفته سرمایه گذاری کنند تا از همسویی دقیق در طول فرآیند تولید اطمینان حاصل کنند.
اجتناب از عیوب سطحی یکی دیگر از چالش های اصلی است. در طول فرآیند تولید، عیوب سطحی مانند خراش، فرورفتگی یا آلاینده‌ها ممکن است رخ دهد که بر عملکرد و قابلیت اطمینان بردهای انعطاف‌پذیر HDI تأثیر می‌گذارد.این عیوب می توانند در اتصالات الکتریکی اختلال ایجاد کنند، یکپارچگی سیگنال را تحت تاثیر قرار دهند یا حتی باعث از کار افتادن کامل برد شوند. برای جلوگیری از عیوب سطحی، اقدامات کنترل کیفی دقیق باید انجام شود، از جمله حمل و نقل دقیق، بازرسی های منظم و استفاده از محیط تمیز در طول تولید.
به حداقل رساندن تغییرات امپدانس در طول لمینیت برای حفظ عملکرد الکتریکی بردهای انعطاف پذیر HDI بسیار مهم است.لمینیت شامل استفاده از گرما و فشار برای اتصال لایه های مختلف به یکدیگر است. با این حال، این فرآیند ممکن است باعث تغییر در ثابت دی الکتریک و عرض هادی شود و در نتیجه تغییرات امپدانس نامطلوب ایجاد شود. کنترل فرآیند لمینیت برای به حداقل رساندن این تغییرات نیازمند کنترل دقیق دما، فشار و زمان و همچنین رعایت دقیق مشخصات طراحی است. علاوه بر این، می توان از تکنیک های آزمایش و تأیید پیشرفته برای اطمینان از حفظ امپدانس مورد نیاز استفاده کرد.
غلبه بر این چالش ها در ساخت بردهای انعطاف پذیر HDI مستلزم این است که طراحان و سازندگان در طول فرآیند با یکدیگر همکاری نزدیک داشته باشند.طراحان باید به دقت محدودیت های تولید را در نظر بگیرند و به طور موثر آنها را به تولید کنندگان منتقل کنند. از سوی دیگر، تولیدکنندگان باید الزامات و محدودیت‌های طراحی را درک کنند تا فرآیند تولید مناسب را پیاده‌سازی کنند. همکاری به رفع مشکلات احتمالی در اوایل مرحله طراحی کمک می‌کند و تضمین می‌کند که فرآیند تولید برای بردهای انعطاف‌پذیر HDI با کیفیت بالا بهینه شده است.

نتیجه گیری：

فرآیند تولید PCB انعطاف‌پذیر HDI مجموعه‌ای از مراحل پیچیده اما حیاتی است که نیازمند فناوری ماهر، دقیق و قابل اعتماد است.درک هر مرحله از فرآیند، Capel را قادر می سازد تا توانایی خود را برای ارائه خروجی برجسته در مهلت های زمانی محدود بهینه کند. با اولویت‌بندی تلاش‌های مشترک طراحی، اتوماسیون و بهبود مستمر فرآیند، Capel می‌تواند در خط مقدم تولید PCB انعطاف‌پذیر HDI باقی بماند و تقاضای رو به رشد برای بردهای چند منظوره و با کارایی بالا در سراسر صنایع را برآورده کند.