Abrangente Guia para o projeto de vias em placas de circuito impresso flexíveis (FPC)

As vias são estruturas metalizadas que penetram nas camadas dielétricas de um FPC (Circuito Impresso Flexível) para permitir a interligação elétrica entre camadas. Estas incluem vias de passagem, vias cegas, vias enterradas e microvias. Na engenharia, são utilizadas para ligações de sinal e de alimentação entre camadas em FPCs de dupla face e multicamadas. O diâmetro das vias e o tamanho das pastilhas determinam a densidade de cablagem. As vias localizadas em áreas de flexão podem causar concentração de tensões e ruptura da folha de cobre, o que constitui um dos principais tabus no projeto de fiabilidade dos FPC.

Visão geral do projeto de FPC via

As vias são um elemento estrutural fundamental para a interligação entre camadas nos circuitos impressos flexíveis (FPC). Nas placas de circuito flexíveis, o projeto das vias deve equilibrar a condutividade elétrica, a fiabilidade mecânica e o desempenho em flexão. Um projeto inadequado das vias é uma das causas mais comuns de falha nos FPC.

FPC do tipo «via»

Com orifício passante	Este modelo, que penetra em todas as camadas e possui um intervalo de abertura de 0,15 a 0,5 mm, é o mais utilizado, o mais maduro e o mais económico.
Via cega	Desde a camada exterior até à camada interior, não é penetrante, com um intervalo de diâmetros dos orifícios de 0,1 a 0,2 mm. É frequentemente utilizado em projetos HDI e requer perfuração a laser. .
Enterrado Via	Encontra-se inteiramente na camada interna, com um tamanho de poro que varia entre 0,1 e 0,2 mm. Não ocupa espaço na camada externa, mas a sua fabricação é extremamente complexa.

Especificações relativas ao tamanho das vias

parâmetro	Processo padrão	Trabalho artesanal de precisão
Abertura mínima	0,2 mm	0,1 mm
Diâmetro da pastilha	Abertura +0,3 mm	Abertura +0,2 mm
Espaçamento entre alíneas e linhas	0,15 mm	0,10 mm
Distância entre buracos	0,5 mm	0,3 mm
Distância entre o orifício e a borda da placa	0,5 mm	0,3 mm

Através do processo

Perfuração mecânica	Uma abertura ≥ 0,2 mm é adequada para orifícios passantes, mas as paredes do orifício podem apresentar uma superfície rugosa. A vantagem é o custo mais baixo.
Perfuração a laser	Com um diâmetro de furo ≥ 0,05 mm, é adequado para microfuros e furos cegos. As paredes dos furos ficam lisas após o processamento, sendo a sua vantagem a elevada precisão.
Material de enchimento para galvanoplastia	As vias preenchidas com cobre oferecem boa dissipação de calor e condutividade, tornando-as adequadas para vias térmicas e vias empilhadas, mas apresentam custos de processamento mais elevados.

Regras fundamentais para vias e curvas

• As vias são proibidas em zonas de flexão: as vias são pontos de concentração de tensão e, em zonas de flexão, podem provocar fissuras na folha de cobre.

• A distância entre o orifício de passagem e o limite da área da curva é ≥ 1 mm.

• As vias próximas da zona de flexão dinâmica requerem uma avaliação especial.

• Evite colocar vias perto de curvas em áreas com grande densidade de componentes.

Em destaque pelo design

As vias térmicas são utilizadas para a dissipação de calor:

• Abertura de 0,3-0,5 mm

• Distância entre os orifícios: 0,8-1,2 mm

• Pasta de cobre ou material de enchimento para galvanoplastia

• Colocado por baixo do elemento de aquecimento

• A ligação da folha de cobre aumenta a área de dissipação de calor

Como é determinada a abertura?

Interligação convencional	0,2-0,3 mm
Alimentação via	0,3-0,5 mm
Em destaque via	0,3-0,5 mm
Microporos HDI	0,1-0,2 mm
Orifício de passagem do conector	De acordo com as especificações do conector

A via encontra-se numa zona segura?

Distância entre o orifício e a zona de curvatura	>1 mm de margem de segurança
Distância entre o orifício e a zona de curvatura	0,5-1 mm requer avaliação
na zona da curva	proibir
A zona com maior densidade de vias situa-se junto à linha de curva.	Não recomendado

Os tamanhos das almofadas são suficientes?

Diâmetro da pastilha	≥Abertura + 0,3 mm é aceitável
Espaçamento entre alíneas e linhas	≥0,15 mm é aceitável
Distância entre buracos	≥0,5 mm é aceitável
Distância entre o orifício e a borda da placa	≥0,5 mm é aceitável

Regras fundamentais para a conceção de meios orifícios na borda da chapa

1.Parâmetros básicos

abertura	≥0,3 mm (no caso de meios orifícios independentes, recomenda-se a utilização de almofadas elípticas, devendo a largura das restantes almofadas na placa ser ≥0,3 mm).
disposição	O centro do orifício deve estar alinhado com o contorno da camada GM/GKO, com um desvio de ≤±0,05 mm.
Design «Gold Finger»	Cada pastilha está equipada com 2 vias (meio orifício na borda da placa + via no interior da placa), deslocadas em ≥0,3 mm, para evitar um disposição em linha (a fim de prevenir a quebra da placa).

2.Pontos-chave do processo

Arredondar a borda do meio-furo (raio ≥ 0,1 mm) para eliminar rebarbas; o eixo principal da almofada elíptica é ≥ 0,6 mm e o eixo secundário é ≥ 0,4 mm.

Concepção de placa anti-quebra com disposição de orifícios passantes

Artigos proibidos

• As vias devem ser dispostas em filas (deslocadas verticalmente/horizontalmente em 0,3-0,5 mm);

• As almofadas de meio orifício/janela estão localizadas na zona de curvatura (a ≥ 0,5 mm do centro da curvatura);

• O orifício de posicionamento encontra-se a menos de 0,5 mm da borda da placa (a borda do orifício de posicionamento está a ≥0,5 mm da moldura da placa).

pontos de soldadura e máscara de soldadura

• O diâmetro exterior do orifício de passagem deve ser maior ou igual ao diâmetro interior mais 0,2 mm; o diâmetro exterior do orifício de inserção deve ser maior ou igual ao diâmetro interior mais 0,4 mm.

• Diâmetro exterior da área aberta + 0,05-0,1 mm.

• As vias devem estar totalmente cobertas pela película protetora; é proibida a abertura parcial (para evitar a oxidação e a quebra).

Definição das camadas do furo

• Orifício metalizado (PTH): Concebido na camada do orifício, com uma tolerância de diâmetro de ±10%.

• (Orifícios/ranhuras não metalizados: devem ser desenhados na camada GM/GKO, na mesma camada que a linha do contorno da placa, e não são permitidas linhas supérfluas (para evitar omissões).

Lista de verificação de DFM

• O tipo de via já foi identificado?

• A abertura e o tamanho da almofada cumprem as especificações?

• A via encontra-se na zona da curva?

• A distância entre o orifício de passagem e a zona de curvatura é ≥ 1 mm?

• A espessura do cobre da via é ≥20 μm?

• O processo de vias cegas/vias enterradas já foi confirmado?

• O processo de descalcificação da perfuração já foi confirmado?

• As vias quentes foram preenchidas com cobre?

• Já foi planeado o teste elétrico 100%?

Erros comuns

A área de dobragem fica exposta através do orifício	As vias são pontos de concentração de tensão; quando dobrada, a folha de cobre racha ao nível da via. As vias devem ser proibidas na zona de dobragem.
Espessura insuficiente do cobre no orifício	A fratura sob tensão térmica ocorre quando o diâmetro do orifício de cobre é inferior a 20 μm, o que exige a confirmação da capacidade do processo de galvanoplastia.
As pastilhas de travão são demasiado pequenas	Uma galvanoplastia mal executada, quando o diâmetro da pastilha é inferior ao diâmetro do orifício + 0,25 mm, provoca circuitos abertos entre camadas.
Não foram perfurados furos cegos para remover os resíduos da perfuração.	O adesivo residual nas paredes dos orifícios cegos a laser, se não for removido, provocará problemas de isolamento entre camadas.
Vias quentes sem enchimento de cobre	Os orifícios apresentam elevada resistência térmica e fraca dissipação de calor; as vias térmicas devem ser preenchidas com cobre ou pasta de cobre.
Não foi detetado o desvio de via	O desalinhamento da perfuração provocou um curto-circuito entre a via e a cablagem, o que exigiu uma inspeção AOI.

Referência de projeto para o desenho de vias em FPC em aplicações práticas

Nas aplicações práticas, o desenho das vias requer uma análise abrangente de vários fatores, incluindo o desempenho elétrico, as características térmicas, a fiabilidade mecânica e a viabilidade do processo. Por exemplo, nos dispositivos vestíveis, as vias devem garantir uma transmissão de sinal estável, ao mesmo tempo que se adaptam a ambientes mecânicos sujeitos a flexões frequentes; na eletrónica automóvel, as vias têm de suportar maiores variações de temperatura e choques de vibração; e em aplicações de alta frequência, as características eletromagnéticas das vias tornam-se uma consideração primordial. Esta análise de acoplamento multifísico torna o projeto moderno de vias em FPC um projeto complexo de engenharia de sistemas, exigindo ferramentas de simulação avançadas e uma vasta experiência em engenharia para a sua otimização.

Resumir

À medida que os dispositivos eletrónicos continuam a evoluir no sentido da miniaturização e de um desempenho superior, a tecnologia de vias dos FPC também está em constante inovação. Estão a surgir novas técnicas de fabrico de microvias, materiais condutores e soluções de interligação de alta densidade, levando as vias a tamanhos mais pequenos, maior fiabilidade e desempenho eletrotérmico superior. Estes avanços tecnológicos não só ampliam os limites de aplicação dos FPC, como também proporcionam mais possibilidades para a conceção de dispositivos eletrónicos de próxima geração, demonstrando plenamente o imenso valor desta minúscula estrutura na engenharia eletrónica moderna. Se necessitar de fabrico de FPC em grande volume, contacte a Geyuan Electronics para obter assistência.