Uitgebreid Handleiding voor het ontwerpen van FPC-via’s

Vias zijn gemetalliseerde structuren die door de diëlektrische lagen van een FPC (flexibele printplaat) om elektrische verbindingen tussen de lagen tot stand te brengen. Hiertoe behoren doorgaande via’s, blinde via’s, verborgen via’s en microvia’s. In de techniek worden ze gebruikt voor signaal- en stroomverbindingen tussen de lagen in dubbelzijdige en meerlaagse FPC’s. De diameter van de via en de afmetingen van de pad bepalen de bedradingsdichtheid. Via’s die zich in buigzones bevinden, kunnen spanningsconcentraties en breuken in de koperfolie veroorzaken, wat een groot taboe is bij het ontwerpen van betrouwbare FPC’s.

Overzicht van het FPC-via-ontwerp

Via’s vormen een essentieel structureel element voor de verbinding tussen de verschillende lagen in flexibele printplaten (FPC’s). Bij flexibele printplaten moet bij het ontwerp van de via’s een evenwicht worden gevonden tussen elektrische geleidbaarheid, mechanische betrouwbaarheid en buiggedrag. Een onjuist ontwerp van de via’s is een van de meest voorkomende oorzaken van defecten aan FPC’s.

FPC via-type

Doorgaand gat	Dit ontwerp, dat alle lagen doordringt en een openingbereik heeft van 0,15-0,5 mm, is het meest gangbare, beproefde en kosteneffectieve ontwerp.
Blinde via	Van de buitenste laag tot de binnenste laag is het materiaal niet-doorboorbaar, met een gatdiameter van 0,1 tot 0,2 mm. Het wordt vaak gebruikt in HDI-ontwerpen en vereist laserboren. .
Via begraven	Het bevindt zich volledig in de binnenste laag, met een poriëngrootte die varieert van 0,1 tot 0,2 mm. Het neemt geen ruimte in de buitenste laag in, maar de productie ervan is zeer complex.

Via afmetingen

parameter	Standaardprocedure	Vakmanschap met oog voor detail
Minimale diafragmaopening	0,2 mm	0,1 mm
Diameter van het kussen	Diafragma +0,3 mm	Diafragma +0,2 mm
Afstand tussen kolommen	0,15 mm	0,10 mm
Afstand tussen de holes	0,5 mm	0,3 mm
Afstand van het gat tot de rand van de plaat	0,5 mm	0,3 mm

Via het proces

Mechanisch boren	Een opening van ≥ 0,2 mm is geschikt voor doorgaande gaten, maar de wanden van de gaten kunnen ruw zijn. Het voordeel is dat de kosten lager zijn.
Laserboren	Met een gatdiameter van ≥ 0,05 mm is het geschikt voor microgaten en blinde gaten. De wanden van de gaten zijn na bewerking glad en het voordeel is de hoge precisie.
Vulmiddel voor galvaniseren	Met koper gevulde via’s bieden een goede warmteafvoer en geleidbaarheid, waardoor ze geschikt zijn voor thermische via’s en gestapelde via’s, maar de verwerkingskosten liggen hoger.

Belangrijke regels voor via’s en bochten

• Vias zijn verboden in buigzones: Vias vormen spanningsconcentratiepunten en kunnen in buigzones ervoor zorgen dat de koperfolie barst.

• De afstand tussen het doorgaande gat en de rand van het buiggebied bedraagt ≥ 1 mm.

• Doorgangen in de buurt van de dynamische buigzone moeten apart worden beoordeeld.

• Plaats geen via’s in de buurt van bochten in gebieden met een hoge dichtheid aan componenten.

Opvallend door het ontwerp

Thermische via's worden gebruikt voor warmteafvoer:

• Opening 0,3-0,5 mm

• Afstand tussen de gaten: 0,8-1,2 mm

• Koperpasta of vulmiddel voor galvaniseren

• Onder het verwarmingselement geplaatst

• Door koperen folie te verbinden wordt het oppervlak voor warmteafvoer vergroot

Hoe wordt het diafragma bepaald?

Conventionele verbinding	0,2-0,3 mm
Stroomtoevoer via	0,3-0,5 mm
Trending via	0,3-0,5 mm
HDI-microporiën	0,1-0,2 mm
Doorvoergat voor connector	Volgens de specificaties van de connector

Bevindt de via zich in een veilige zone?

Afstand tussen de doorvoergaten tot het buiggebied	>1 mm veiligheidsmarge
Afstand tussen de doorvoergaten tot het buiggebied	0,5-1 mm moet worden beoordeeld
via het bochtgebied	verbieden
Het gebied met een hoge dichtheid aan via’s bevindt zich vlakbij de buiglijn.	Niet aanbevolen

Zijn de afmetingen van de kussentjes voldoende?

Diameter van het kussen	≥Diafragma + 0,3 mm is acceptabel
Afstand tussen kolommen	≥0,15 mm is aanvaardbaar
Afstand tussen de holes	≥0,5 mm is aanvaardbaar
Afstand van het gat tot de rand van de plaat	≥0,5 mm is aanvaardbaar

Basisregels voor het ontwerpen van halve gaten aan de rand van een plaat

1.Basisparameters

diafragma	≥0,3 mm (voor afzonderlijke halve gaten worden elliptische pads aanbevolen, en de breedte van de overige pads op de printplaat moet ≥0,3 mm zijn).
indeling	Het middelpunt van het gat moet worden uitgelijnd met de omtrek van de GM/GKO-laag, met een afwijking van ≤±0,05 mm.
Goldfinger-ontwerp	Elk pad is voorzien van 2 via’s (een halve opening aan de rand van de printplaat + een via binnenin de printplaat), die ≥0,3 mm ten opzichte van elkaar zijn verschoven, om een rijvormige opstelling te vermijden (ter voorkoming van breuk van de printplaat).

2.Belangrijkste punten van het proces

Rond de rand van het halve gat (straal ≥ 0,1 mm) afschaven om bramen te verwijderen; de hoofdas van het elliptische kussentje is ≥ 0,6 mm en de nevenas is ≥ 0,4 mm.

Ontwerp van een breukbestendige plaat voor doorvoergaten

Verboden voorwerpen

• De via's moeten in rijen worden geplaatst (verticaal/horizontaal verspringend met 0,3-0,5 mm);

• Kussentjes met een half gat of venster bevinden zich in het buiggebied (op ≥0,5 mm van het midden van de buiging);

• Het positioneringsgat bevindt zich op minder dan 0,5 mm van de rand van de printplaat (de rand van het positioneringsgat bevindt zich op ≥0,5 mm van het frame van de printplaat).

soldeerpunten en soldeermasker

• De buitendiameter van het doorgaande gat moet groter zijn dan of gelijk zijn aan de binnendiameter plus 0,2 mm; de buitendiameter van het insteekgat moet groter zijn dan of gelijk zijn aan de binnendiameter plus 0,4 mm.

• Buitendiameter van het open gedeelte + 0,05-0,1 mm.

• De doorvoergaten moeten volledig bedekt zijn door de beschermfolie; het is niet toegestaan dat ze gedeeltelijk openliggen (om oxidatie en breuk te voorkomen).

Definitie van boorgatlagen

• Gemetalliseerd gat (PTH): Ontworpen in de boorgatlaag, met een diametertolerantie van ±10%.

• (Niet-gemetalliseerde gaten/groeven: ontworpen op de GM/GKO-laag, op dezelfde laag als de randlijn van de printplaat, en er mogen geen overbodige lijnen voorkomen (om weglatingen te voorkomen).

DFM-checklist

• Is het type via aangeduid?

• Voldoen de opening en de afmetingen van het kussentje aan de specificaties?

• Bevindt de via zich in het bochtgebied?

• Is de afstand tussen het doorgaande gat en het buiggebied ≥ 1 mm?

• Is de dikte van het koper in de via ≥20 μm?

• Is het proces voor blinde via’s en verzonken via’s bevestigd?

• Is het ontkalkingsproces tijdens het boren bevestigd?

• Zijn de hete via’s met koper gevuld?

• Is er een 100%-elektrische test gepland?

Veelvoorkomende fouten

Het buiggebied is zichtbaar door de opening	Via’s zijn punten waar spanning zich concentreert; bij buiging scheurt de koperfolie ter hoogte van de via. Via’s mogen niet worden aangebracht in het buiggebied.
Onvoldoende koperdikte in het gat	Er treedt breuk onder thermische belasting op wanneer de diameter van het kopergat kleiner is dan 20 μm, waardoor de procescapaciteit van het galvaniseren moet worden gecontroleerd.
Via-pads zijn te klein	Een slechte galvanisatie, waarbij de diameter van het contactvlak kleiner is dan de diameter van het gat plus 0,25 mm, leidt tot onderbrekingen tussen de lagen.
Er zijn geen blinde gaten geboord om boorgruis te verwijderen.	Als er lijmresten op de wanden van lasergeboorde blinde gaten achterblijven en deze niet worden verwijderd, leidt dit tot isolatieproblemen tussen de lagen.
Hete via’s zonder kopervulling	Gaten hebben een hoge thermische weerstand en zorgen voor een slechte warmteafvoer; thermische via’s moeten worden gevuld met koper of koperpasta.
Via-offset niet gedetecteerd	Door een afwijking in de uitlijning tijdens het boren ontstond er kortsluiting tussen de via en de bedrading, waardoor een AOI-inspectie nodig was.

Ontwerprichtlijnen voor het ontwerpen van FPC-via’s in praktische toepassingen

Bij praktische toepassingen moet bij het ontwerp van via’s uitgebreid rekening worden gehouden met diverse factoren, waaronder elektrische prestaties, thermische eigenschappen, mechanische betrouwbaarheid en proceshaalbaarheid. Bij draagbare apparaten moeten via's bijvoorbeeld zorgen voor een stabiele signaaloverdracht en tegelijkertijd bestand zijn tegen mechanische omgevingen waarin ze vaak worden gebogen; in de auto-elektronica moeten via's grotere temperatuurschommelingen en trillingsschokken weerstaan; en bij hoogfrequente toepassingen worden de elektromagnetische eigenschappen van via's een primaire overweging. Deze multifysische koppelingsanalyse maakt het moderne ontwerp van FPC-via's tot een complex systeemtechnisch project, waarvoor geavanceerde simulatietools en uitgebreide technische ervaring nodig zijn om het te optimaliseren.

Samenvatten

Naarmate elektronische apparaten zich steeds verder ontwikkelen in de richting van miniaturisatie en betere prestaties, ondergaat ook de FPC-via-technologie voortdurend innovaties. Er ontstaan nieuwe fabricagetechnieken voor microvia’s, geleidende materialen en oplossingen voor verbindingen met hoge dichtheid, waardoor via’s steeds kleiner worden, betrouwbaarder worden en superieure elektrothermische prestaties leveren. Deze technologische vooruitgang verlegt niet alleen de grenzen van de toepassingsmogelijkheden van FPC's, maar biedt ook meer mogelijkheden voor het ontwerp van elektronische apparaten van de volgende generatie, waarmee de enorme waarde van deze minuscule structuur in de moderne elektronische techniek volledig tot uiting komt. Als u FPC's in grote hoeveelheden wilt laten produceren, neem dan contact op met Geyuan Electronics voor hulp.