แท่นวางแบบให้ความร้อนมีบทบาทอย่างไรในการเคลือบแผงวงจรพิมพ์แบบยืดหยุ่นอย่างแม่นยำ

วงจรที่ยืดหยุ่นและโค้งงอได้ภายในบานพับของสมาร์ทโฟนหรือสายสวนทางการแพทย์นั้นสร้างขึ้นโดยการซ้อนชั้นฟอยล์ทองแดงบางและเปราะบางและฟิล์มโพลีอิไมด์สีอำพัน- การเคลือบเสร็จสิ้นโดยใช้เครื่องอัดไฮดรอลิกแบบให้ความร้อน โดยที่แท่นวางต้องใช้ความร้อนและแรงกดที่แม่นยำ นุ่มนวล และสม่ำเสมอทั่วทั้งแผงขนาดใหญ่ทั้งหมด การเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ จุดร้อนใดๆ จะทำให้ฟิล์มบางหดตัว บิดเบี้ยว หรือสร้างพันธะไม่เท่ากัน ซึ่งจะทำให้ลักษณะทางไฟฟ้าที่แม่นยำของวงจรยืดหยุ่นเสียหายได้

กระบวนการเคลือบที่แม่นยำสำหรับวงจรพิมพ์แบบยืดหยุ่น
วงจรพิมพ์แบบยืดหยุ่น (FPC) ถูกสร้างขึ้นโดยการเคลือบชั้นบางๆ หลายชั้นเข้าด้วยกันเพื่อสร้างเป็นลามิเนตวงจรแบบยืดหยุ่นฟังก์ชันเดียว สแต็กทั่วไปประกอบด้วย:

แผ่นฐานโพลีอิไมด์ (เช่น Kapton®) ให้ความยืดหยุ่นทางกลและเป็นฉนวนไฟฟ้า

ทางเดินไฟฟ้าถูกสร้างขึ้นโดยการกัดแผ่นฟอยล์ทองแดงบางๆ ซึ่งโดยทั่วไปจะมีขนาด 12-35 μm

ฟิล์มกาวเทอร์โมพลาสติก (เช่น อะคริลิกหรืออีพอกซีดัดแปลง) ซึ่งละลายและไหลภายใต้ความร้อนและความดันเพื่อยึดติดกับชั้นต่างๆ

มีความไวต่ออุณหภูมิและความดันอย่างมาก พอลิอิไมด์เริ่มสลายตัวที่อุณหภูมิประมาณ 400 องศา และฟอยล์ทองแดงสามารถออกซิไดซ์หรือเกิดรอยย่นได้ กาวจะต้องได้รับความร้อนจนถึงช่วงอุณหภูมิที่กำหนด (มักจะอยู่ที่ 180-200 องศา) เพื่อให้กาวละลายและไหลสม่ำเสมอ แต่ไม่สูงจนทำให้เสื่อมสภาพหรือปล่อยก๊าซออกมา ต้องใช้แรงกดสม่ำเสมอทั่วทั้งแผงในระหว่างกระบวนการเคลือบ เพื่อให้ได้เส้นพันธะที่สม่ำเสมอและหลีกเลี่ยงฟองอากาศ

แท่นวางแบบให้ความร้อน: เครื่องมือสำคัญ
วิธีการเคลือบวงจรพิมพ์แบบยืดหยุ่นด้วยแผ่นทำความร้อนทำได้โดยใช้เครื่องเคลือบบัตร แท่นพิมพ์มีแผ่นเรียบและขัดเงาขนาดใหญ่ขนาดใหญ่สองแผ่น ด้านบนและด้านล่าง แท่นยึดจับชั้นโพลีอิไมด์ กาว และทองแดงที่ซ้อนกัน กระบอกสูบไฮดรอลิกหรือนิวแมติกปิดแท่นพิมพ์ด้วยแรงดันที่ควบคุมได้ ในขณะเดียวกัน เครื่องทำความร้อนแบบคาร์ทริดจ์หรือน้ำมันร้อนที่ไหลผ่านจะทำความร้อนแท่นวางจนถึงอุณหภูมิเป้าหมายด้วยเครื่องทำความร้อนไฟฟ้าแบบต้านทานไฟฟ้าในตัว

ตัวแท่นวางนั้นเป็นเหล็กขนาดใหญ่ แบนอย่างแม่นยำ และอุ่นอย่างอ่อนโยน โดยบดขยี้ชั้นที่ละเอียดอ่อนของวงจรที่ยืดหยุ่นให้เป็นชิ้นเดียวที่ไม่แตกหักและโค้งงอได้

ข้อกำหนดด้านประสิทธิภาพที่สำคัญของแผ่นความร้อนในการเคลือบ FPC
ความสม่ำเสมอของอุณหภูมิ +1 องศาทั่วทั้งแท่นวาง
ความต้องการที่สำคัญที่สุดสำหรับแผ่นเคลือบ FPC คือความสม่ำเสมอของอุณหภูมิ ตำแหน่งที่ร้อนหรือเย็นเฉพาะที่จะทำให้กาวแข็งตัวไม่สม่ำเสมอ หรือการหดตัวที่แตกต่างกันของโพลีอิไมด์ ส่งผลให้:

การม้วนงอหรือการบิดงอของวงจรสำเร็จรูป

การเปลี่ยนแปลงความแข็งแรงของพันธะบนแผง

ทองแดงขนาดเล็ก-มีรอยบิดเบี้ยว

การแยกชั้นระหว่างกระบวนการบัดกรีหรือดัดงอในภายหลัง

แผ่นให้ความร้อน-ของ-ศิลปะ-นี้มีจุดมุ่งหมายเพื่อให้อุณหภูมิเป็นเนื้อเดียวกัน ±1 องศาหรือดีกว่าทั่วทั้งพื้นที่ทำงาน ทำได้โดย:

รูปแบบเครื่องทำความร้อนที่ปรับให้เหมาะสม: ตลับหรือหล่อ-ในเครื่องทำความร้อนจะถูกจัดกลุ่มในโซนที่มีความหนาแน่นเพิ่มขึ้นไปทางขอบเพื่อชดเชยการสูญเสียความร้อน

วัสดุแผ่นนำความร้อน: แผ่นอลูมิเนียมหรือเหล็กคลายความเครียดคุณภาพสูงที่กระจายความร้อนได้อย่างสม่ำเสมอ อลูมิเนียมมีข้อดีตรงที่ตอบสนองต่ออุณหภูมิได้เร็วกว่า แต่เหล็กให้ความแข็งแกร่งทางกลและความทนทานต่อการสึกหรอสูงกว่า

การควบคุมอุณหภูมิเป็นแบบวงปิด เทอร์โมคัปเปิ้ลหลายตัวถูกวางในตำแหน่งที่แตกต่างกันเพื่อส่งกลับไปยังตัวควบคุม PID ซึ่งควบคุมพลังงานเครื่องทำความร้อนแยกกันสำหรับแต่ละโซน

พื้นผิวและความเรียบ
แผ่นรองจะต้องเรียบภายในไม่กี่ไมครอน (โดยปกติจะน้อยกว่าหรือเท่ากับ 5 ไมครอนบนพื้นผิวแผงทั้งหมด) ความผิดปกติใดๆ บนพื้นผิวจะทำให้เกิดแรงกดที่ไม่สม่ำเสมอ- ซึ่งในทางกลับกันจะสร้างความหนาของเส้นพันธะที่แตกต่างกัน บริเวณที่มีแรงดันต่ำอาจไม่ยึดติดกับรอยทองแดงบางๆ เลย และบริเวณที่มีแรงดันสูงอาจทำให้กาวแตกหรือทำให้ทองแดงบิดเบี้ยว พื้นผิวแท่นขัดและขัดเงาจนกลายเป็นกระจกโดยมีค่าความหยาบพื้นผิว (Ra) 0.2–0.4 ไมครอน

ปล่อยชั้นไม่ติด
กาวเทอร์โมพลาสติกที่ใช้ในการเคลือบ FPC มีความโน้มเอียงอย่างมากในการยึดติดกับพื้นผิวโลหะ ชั้นปล่อยจะถูกใช้เพื่อป้องกันไม่ให้วงจรที่หายขาดเกาะติดกับแท่นวาง ตัวเลือกที่พบบ่อยที่สุดคือการเคลือบ PTFE (โพลีเตตระฟลูออโรเอทิลีน) แบบบาง{2}}ไม่ติดหรือฟิล์มแยก PTFE ที่แยกไว้ระหว่างปึกและแท่น PTFE ให้:

คุณภาพการปลดปล่อยที่ดีเยี่ยมสำหรับวงจรที่มีความยืดหยุ่นในการลอกออกโดยไม่เกิดความเสียหาย

ความเสถียรที่อุณหภูมิสูง (สูงถึง 260 องศา สูงกว่าอุณหภูมิการเคลือบมาก

ความเฉื่อยของสารเคมี ป้องกันการเกิดปฏิกิริยากับผลิตภัณฑ์ที่ปล่อยก๊าซจากกาว

สำหรับการผลิตที่มีปริมาณมากมาก จะใช้แผ่นปล่อยแบบใช้แล้วทิ้ง (เช่น ฟิล์มฟลูออริเนตเอทิลีนโพรพิลีน (FEP)) แทน และจะถูกเปลี่ยนใหม่หลังแต่ละรอบ

วงจรการเคลือบ: ร้อนและเย็นภายใต้ความกดดัน
วงจรการเคลือบโดยรวมอยู่ภายใต้การดูแลอย่างใกล้ชิด และโดยทั่วไปประกอบด้วยสามขั้นตอน:

ระยะการทำความร้อน-: เครื่องกดปิดไปที่แรงดันเริ่มต้นต่ำ (แรงดันสัมผัส) แท่นวางจะถูกให้ความร้อนจนถึงอุณหภูมิเป้าหมาย (180-2000 C) ในอัตราที่ได้รับการควบคุม (เช่น 5-10 องศา C/นาที) ทางลาดที่ช้าช่วยให้กาวละลายช้าๆ และป้องกันการกระแทกจากความร้อนต่อโพลีอิไมด์

ระยะแช่ (แข็งตัว): เมื่อได้อุณหภูมิที่ถูกต้อง ความดันจะเพิ่มขึ้นจนถึงแรงดันการเคลือบสุดท้าย (10–30 กก./ซม.2) สำหรับช่วงเวลาที่กำหนด (มักจะ 10–30 นาที) อุณหภูมิจะคงอยู่ที่ระดับสม่ำเสมอ ช่วยให้กาวไหลได้อย่างสมบูรณ์ ทำให้พื้นผิวทองแดงและโพลิอิไมด์เปียกและการบ่ม

เฟสการทำความเย็น-: เครื่องทำความร้อนจะปิดและแท่นวางจะถูกทำให้เย็นลง โดยมักจะใช้ช่องระบายความร้อนของน้ำภายใน- โดยที่ยังคงรักษาแรงดันไว้เต็มที่ การระบายความร้อนที่ควบคุมจะช่วยป้องกันการบิดงอของวงจรเนื่องจากการหดตัวของความร้อนที่แตกต่างกัน หากอุณหภูมิลดลงต่ำกว่า 50 องศา แผ่นลามิเนตที่ระบายความร้อนจะถูกเอาออก

หมายเหตุ: สภาพแวดล้อมของห้องปลอดเชื้อและกระบวนการควบคุมแบบคงที่
การเคลือบวงจรพิมพ์แบบยืดหยุ่นควรทำในสภาพแวดล้อมห้องปลอดเชื้อ โดยทั่วไปคือ ISO Class 7 หรือสูงกว่า อนุภาคฝุ่นใดๆ ที่มีอยู่ในอากาศและการตกตะกอนระหว่างฟอยล์ทองแดงกับชั้นกาวจะทำให้เกิดข้อผิดพลาดถาวร อนุภาคดังกล่าวสามารถสร้างการขาดการยึดเกาะในท้องถิ่นที่อาจนำไปสู่การเปิดหรือไม่นานหลังจากการงอ อนุภาคยังสามารถทะลุฉนวนโพลีอิไมด์บางๆ ได้ ทำให้เกิดความล้มเหลวด้านความน่าเชื่อถือที่ซ่อนอยู่

การควบคุมแบบคงที่เป็นส่วนสำคัญแต่มักถูกละเลยในเทคนิคห้องคลีนรูมสำหรับการเคลือบ FPC ฟิล์มโพลีอิไมด์และแผ่นกันซึมเป็นฉนวนที่ดีและสะสมประจุไฟฟ้าสถิตได้ง่าย พื้นผิวที่มีประจุจะเก็บฝุ่นจากอากาศในระยะทางไกล มีการติดตั้งแท่งไอออไนซ์ (เครื่องกำจัดไฟฟ้าสถิต) ในบริเวณงานกดเคลือบ แท่งไอออไนซ์จะท่วมพื้นที่ด้วยไอออนบวกและลบ เพื่อทำให้ประจุไฟฟ้าสถิตเป็นกลางบนปล่องหรือแท่น ขั้นตอนง่ายๆ นี้จะช่วยขจัดข้อบกพร่องของฝุ่นได้อย่างมาก

แผ่นทำความร้อน วัสดุที่ใช้
ข้อดีข้อเสียของวัสดุ
เหล็กกล้าเครื่องมือลดความเครียด (เช่น P20, H13) มีความแข็งสูง คงความเรียบได้ดี ต้านทานการสึกหรอได้ดี การนำความร้อนลดลง ความร้อนที่ซบเซา-ขึ้นและเย็นลง-
อะลูมิเนียมหล่อขึ้นรูป 6061 หรือ 7075 การนำความร้อนที่สูงขึ้น ปฏิกิริยาที่เร็วขึ้น น้ำหนักที่ลดลง ความเหนียวที่ต่ำกว่า แนวโน้มที่จะเกิดความเสียหายที่พื้นผิวมากขึ้น
แผ่นคอมโพสิตหรือแผ่นเคลือบ เหล็กเคลือบ PTFE-ให้คุณสมบัติไม่-ติดยึดโดยไม่จำเป็นต้องแยกฟิล์มออก การเคลือบผิวจะสึกหรอเมื่อเวลาผ่านไปและจะต้องเคลือบใหม่เป็นระยะๆ
สำหรับการผลิตวงจรแบบยืดหยุ่น-แบบแข็ง-ในปริมาณมาก เพลตอะลูมิเนียมที่มีการเคลือบแบบปล่อยแบบ PTFE{2}} ที่แข็งแกร่งกำลังแพร่หลายมากขึ้นเนื่องจากมีรอบเวลาที่รวดเร็วและการปลดปล่อยที่ดีกว่า

สรุป: หัวใจสำคัญของการผลิตวงจรแบบยืดหยุ่นที่ง่ายและแม่นยำ
แผ่นรองที่ให้ความร้อนเป็นหัวใจเชิงกลและความร้อนที่นุ่มนวล แต่มีความแม่นยำสูง-ของการเคลือบวงจรแบบยืดหยุ่น ซึ่งเป็นเครื่องมือที่ผลิตระบบประสาทอิเล็กทรอนิกส์ของโลกสมัยใหม่ แผ่นทำความร้อนให้ความร้อนที่อุณหภูมิต่ำสม่ำเสมอ (180–200 องศา , ±1 องศา ) และแรงดันแบนระดับไมครอน-บนแผงขนาดใหญ่ ยึดเกาะชั้นทองแดงและโพลีอิไมด์ที่เปราะบางได้โดยไม่บิดเบี้ยว การหดตัว หรือการยึดเกาะที่ไม่สม่ำเสมอ การปลดปล่อยที่สมบูรณ์แบบด้วยพื้นผิว PTFE ไม่ติด-พร้อมโปรโตคอลห้องคลีนรูมและการควบคุมไฟฟ้าสถิตแบบไอออนไนซ์เพื่อกำจัดข้อบกพร่องของอนุภาค

ในการเริ่มดัดวงจร คุณต้องมีแผ่นให้ความร้อนที่เรียบและสวยงาม การเคลือบคือการควบคุมและละเอียดอ่อนของแผ่นทำความร้อน ซึ่งรองรับความน่าเชื่อถือของวงจรพิมพ์ทุกวงจร ตั้งแต่โทรศัพท์มือถือแบบพับได้ไปจนถึงอุปกรณ์ทางการแพทย์แบบฝัง