Kompleksowy Przewodnik po projektowaniu przelotek w płytkach FPC

Przewody są metalizowane za pomocą struktur, które przebijają warstwy dielektryczne FPC (elastyczny obwód drukowany) w celu zapewnienia połączeń elektrycznych między warstwami. Należą do nich przelotowe przelotki, ślepe przelotki, przelotki zakopane oraz mikroprzelotki. W inżynierii wykorzystuje się je do międzywarstwowych połączeń sygnałowych i zasilających w dwustronnych i wielowarstwowych płytkach FPC. Średnica przelotki i rozmiar pola stykowego determinują gęstość okablowania. Przelotki umieszczone w obszarach zgięć mogą powodować koncentrację naprężeń i pękanie folii miedzianej, co stanowi poważne zagrożenie dla niezawodności projektów FPC.

Przegląd projektu połączeń FPC

Przelotki stanowią kluczowy element konstrukcyjny służący do połączeń międzywarstwowych w elastycznych obwodach drukowanych (FPC). W przypadku elastycznych płytek drukowanych projekt przelotek musi zapewniać równowagę między przewodnością elektryczną, niezawodnością mechaniczną i odpornością na zginanie. Niewłaściwy projekt przelotek jest jedną z najczęstszych przyczyn awarii obwodów FPC.

FPC typu „via”

Otwór przelotowy	Ta konstrukcja, która przenika wszystkie warstwy i charakteryzuje się zakresem średnicy otworów od 0,15 do 0,5 mm, jest najczęściej stosowana, sprawdzona i najbardziej opłacalna.
Przelotka ślepa	Od warstwy zewnętrznej do wewnętrznej materiał ten jest nieprzepuszczalny, a średnica otworów mieści się w zakresie 0,1–0,2 mm. Jest on powszechnie stosowany w projektach HDI i wymaga wiercenia laserowego. .
Pochowany w Via	Znajduje się całkowicie w warstwie wewnętrznej, a wielkość porów wynosi od 0,1 do 0,2 mm. Nie zajmuje przestrzeni w warstwie zewnętrznej, ale jego produkcja jest niezwykle skomplikowana.

Zgodnie ze specyfikacjami dotyczącymi rozmiarów

parametr	Standardowa procedura	Precyzyjne rzemiosło
Minimalna przysłona	0,2 mm	0,1 mm
Średnica podkładki	Przysłona +0,3 mm	Przysłona +0,2 mm
Odstęp między wierszami a kolumnami	0,15 mm	0,10 mm
Odległość między dołkami	0,5 mm	0,3 mm
Od otworu do krawędzi płyty	0,5 mm	0,3 mm

W ramach procesu

Wiercenie mechaniczne	Otwór o średnicy ≥ 0,2 mm nadaje się do otworów przelotowych, ale ścianki otworu mogą być chropowate. Zaletą jest niższy koszt.
Wiercenie laserowe	Dzięki średnicy otworu ≥ 0,05 mm nadaje się do wykonywania mikrootworów i otworów nieprzelotowych. Ścianki otworów po obróbce są gładkie, a zaletą tej metody jest wysoka precyzja.
Wypełniacz do galwanizacji	Przelotki wypełnione miedzią zapewniają dobre odprowadzanie ciepła i przewodność, dzięki czemu nadają się do zastosowania jako przelotki termiczne i przelotki warstwowe, jednak wiążą się z wyższymi kosztami produkcji.

Najważniejsze zasady dotyczące przelotek i zagięć

• W obszarach zginania nie wolno stosować przelotek: przelotki stanowią punkty koncentracji naprężeń, a w obszarach zginania mogą powodować pękanie folii miedzianej.

• Odległość między otworem przelotowym a granicą obszaru zagięcia wynosi ≥ 1 mm.

• Przelotki znajdujące się w pobliżu strefy dynamicznego zginania wymagają szczególnej oceny.

• Należy unikać umieszczania przelotek w pobliżu zagięć w obszarach o dużej gęstości elementów.

Atrakcyjny wygląd

Przelotki termiczne służą do odprowadzania ciepła:

• Przepustowość 0,3–0,5 mm

• Odległość między otworami: 0,8–1,2 mm

• Pasta miedziana lub wypełniacz do galwanizacji

• Umieszczone poniżej elementu grzejnego

• Połączenie folii miedzianej zwiększa powierzchnię odprowadzania ciepła

W jaki sposób ustala się wartość przysłony?

Tradycyjne połączenie	0,2–0,3 mm
Zasilanie poprzez	0,3–0,5 mm
Popularne na	0,3–0,5 mm
Mikropory HDI	0,1–0,2 mm
Otwór przelotowy złącza	Zgodnie ze specyfikacjami złącza

Czy przelotka znajduje się w strefie bezpiecznej?

Odległość otworu przelotowego od obszaru zagięcia	>1 mm zapasu bezpieczeństwa
Odległość otworu przelotowego od obszaru zagięcia	0,5–1 mm wymaga oceny
przez obszar zakrętu	zakazać
Obszar o dużej gęstości przelotek znajduje się w pobliżu linii zagięcia.	Nie zalecane

Czy rozmiary podkładek są wystarczające?

Średnica podkładki	≥Przysłona + 0,3 mm jest dopuszczalna
Odstęp między wierszami a kolumnami	Wartość ≥0,15 mm jest dopuszczalna
Odległość między dołkami	Wartość ≥0,5 mm jest dopuszczalna
Od otworu do krawędzi płyty	Wartość ≥0,5 mm jest dopuszczalna

Podstawowe zasady projektowania półotworów na krawędzi blachy

1.Podstawowe parametry

przysłona	≥0,3 mm (w przypadku niezależnych półotworów zaleca się stosowanie podkładek eliptycznych, a szerokość pozostałych podkładek na płytce powinna wynosić ≥0,3 mm).
układ	Środek otworu powinien być wyrównany z konturem warstwy GM/GKO, przy odchyleniu wynoszącym ≤±0,05 mm.
Projekt „Złoty palec”	Każda podkładka jest wyposażona w 2 przelotki (półotwór na krawędzi płytki + przelotka wewnątrz płytki), rozmieszczone w odległości ≥0,3 mm od siebie, aby uniknąć ułożenia w rzędzie (w celu zapobieżenia pęknięciu płytki).

2.Najważniejsze elementy procesu

Należy zaokrąglić krawędź półotworu (promień ≥ 0,1 mm) w celu usunięcia zadziorów; dłuższa oś eliptycznej podkładki wynosi ≥ 0,6 mm, a krótsza oś ≥ 0,4 mm.

Projekt płytki zabezpieczającej przed pęknięciem w układzie z otworami przelotowymi

Przedmioty zabronione

• Przelotki powinny być ułożone w rzędach (z przesunięciem w pionie/poziomej o 0,3–0,5 mm);

• Podkładki z półotworem/okienkiem znajdują się w obszarze zgięcia (w odległości ≥0,5 mm od środka zgięcia);

• Otwór pozycjonujący znajduje się w odległości mniejszej niż 0,5 mm od krawędzi płytki (krawędź otworu pozycjonującego znajduje się w odległości ≥0,5 mm od ramki płytki).

punkty lutownicze i maska lutownicza

• Średnica zewnętrzna otworu przelotowego musi być większa lub równa średnicy wewnętrznej powiększonej o 0,2 mm; średnica zewnętrzna otworu wprowadzającego musi być większa lub równa średnicy wewnętrznej powiększonej o 0,4 mm.

• Średnica zewnętrzna otwartej powierzchni + 0,05–0,1 mm.

• Otwory przelotowe muszą być całkowicie pokryte warstwą ochronną; niedopuszczalne jest ich częściowe odsłonięcie (w celu zapobieżenia utlenianiu i pękaniu).

Określenie warstw w odwiercie

• Otwór metalizowany (PTH): Zaprojektowany w warstwie otworu, z tolerancją średnicy wynoszącą ±10%.

• (Otwory/rowki niemetalizowane: należy je zaprojektować na warstwie GM/GKO, na tej samej warstwie co linia obramowania płytki, przy czym nie dopuszcza się obecności żadnych zbędnych linii (w celu uniknięcia pominięć)).

Lista kontrolna DFM

• Czy typ przelotki został oznaczony?

• Czy rozmiar otworu i podkładki są zgodne ze specyfikacją?

• Czy przelotka znajduje się w obszarze zagięcia?

• Czy odległość między otworem przelotowym a obszarem zagięcia wynosi ≥ 1 mm?

• Czy grubość miedzi w przelotce wynosi ≥20 μm?

• Czy proces wykonywania przelotek ślepych i podziemnych został potwierdzony?

• Czy potwierdzono skuteczność procesu usuwania kamienia podczas wiercenia?

• Czy gorące przelotki zostały wypełnione miedzią?

• Czy zaplanowano przeprowadzenie badań elektrycznych 100%?

Typowe błędy

Obszar gięcia jest widoczny przez otwór	Przelotki stanowią punkty koncentracji naprężeń; podczas zginania folia miedziana pęka w miejscu przelotki. W obszarze zginania nie wolno stosować przelotek.
Niewystarczająca grubość miedzi w otworze	Pęknięcie pod wpływem naprężeń termicznych występuje, gdy średnica otworu w miedzi jest mniejsza niż 20 μm, co wymaga potwierdzenia zdolności procesowej galwanizacji.
Zbyt małe podkładki	Niewłaściwe galwanizowanie, gdy średnica podkładki jest mniejsza niż średnica otworu + 0,25 mm, prowadzi do przerw w połączeniach międzywarstwowych.
Nie wywiercono otworów ślepych w celu usunięcia odpadów wiertniczych.	Pozostałości kleju na ściankach ślepych otworów wycinanych laserowo, jeśli nie zostaną usunięte, spowodują problemy z izolacją międzywarstwową.
Gorące przelotki bez wypełnienia miedzianego	Otwory charakteryzują się wysoką rezystancją termiczną i słabym odprowadzaniem ciepła; przelotki termiczne należy wypełnić miedzią lub pastą miedzianą.
Nie wykryto przesunięcia „Via”	Niewłaściwe ustawienie wiertła spowodowało zwarcie między przelotką a okablowaniem, co wymagało przeprowadzenia kontroli AOI.

Wytyczne projektowe dotyczące projektowania przelotek w elastycznych obwodach drukowanych (FPC) w praktycznych zastosowaniach

W praktyce projektowanie przelotek wymaga kompleksowego uwzględnienia wielu czynników, w tym parametrów elektrycznych, właściwości termicznych, niezawodności mechanicznej oraz wykonalności technologicznej. Na przykład w urządzeniach noszonych na ciele przelotki muszą zapewniać stabilną transmisję sygnału, dostosowując się jednocześnie do środowisk mechanicznych charakteryzujących się częstym zginaniem; w elektronice samochodowej przelotki muszą wytrzymywać większe wahania temperatury i wstrząsy; natomiast w zastosowaniach wysokoczęstotliwościowych głównym czynnikiem stają się właściwości elektromagnetyczne przelotek. Ta analiza sprzężenia wielofizycznego sprawia, że projektowanie przelotek w nowoczesnych płytkach FPC staje się złożonym projektem inżynierii systemowej, wymagającym zaawansowanych narzędzi symulacyjnych i bogatego doświadczenia inżynierskiego w celu optymalizacji.

Podsumuj

W miarę jak urządzenia elektroniczne ewoluują w kierunku miniaturyzacji i coraz większej wydajności, technologia przelotek w elastycznych płytkach drukowanych (FPC) również podlega ciągłym innowacjom. Pojawiają się nowe techniki wytwarzania mikroprzelotek, materiały przewodzące oraz rozwiązania w zakresie połączeń o wysokiej gęstości, co przyczynia się do zmniejszania rozmiarów przelotek, zwiększania ich niezawodności oraz poprawy parametrów elektrotermicznych. Te postępy technologiczne nie tylko poszerzają granice zastosowań FPC, ale także zapewniają więcej możliwości w zakresie projektowania urządzeń elektronicznych nowej generacji, w pełni pokazując ogromną wartość tej niewielkiej struktury we współczesnej inżynierii elektronicznej. Jeśli potrzebujesz produkcji FPC na dużą skalę, skontaktuj się z firmą Geyuan Electronics w celu uzyskania pomocy.