אילו קשיים נוצרים בעת לחיצה של חומר לוחות מעגלים גמישים?

לוחות מעגלים מודפסים גמישים (FPCs) נחשבים כיום חיוניים במגוון תחומים של ייצור אלקטרוני בשל משקלם הקל, מידותיהם הקטנות וגמישותם ללא נזק למעגל. מסיבה זו אומצו הלוחות באופן נרחב במכשירים ללבישה, ציוד רפואי, אלקטרוניקה רכבית וציוד אלקטרוני אחר לצרכנים. עם זאת, חיבור ה-FPCs באמצעות לחיצה представляет אתגר שונה במידה רבה מחיבור לוחות מעגל קשיחים מסורתיים. כדי לשמור על אמינות וביצועים גבוהים של המוצרים, יצרנים חייבים לבצע תהליכים מיוחדים ולנצל טכניקות טיפול מיוחדות.

רגישות חום של חומרים גמישים

הבעיות שפניות הPCB הגמישות נתקלות בהן בדרך כלל במהלך הלחמה הן חשיפה לרמת חום גבוהה. למעשה, ברוב המקרים, פניות הPCB הגמישות משתמשות בפוליאימיד או בפוליאסטר כחומר היסוד שלהן, אשר לרוב דקיקות יותר ורגישות לחום יותר מאשר חומר ה-FR-4 הנפוץ מאוד בלוחות מעגלים קשיחים.

לדוגמה, חום מופרז יכול לגרום למספר בעיות במהלך הלחמה, כגון:

• עיוות פלסטי של החומר היסודי
• התנתקות השכבות של הלוח
• פגיעת חומרי הדבק
• עקירת המעגל הגמיש

מכיוון שפניות ה-PCB הגמישות אינן קשיחות ועבות כמו אלו המסורתיות, הן לא מסוגלות להפיץ את החום בצורה יסודית. לפיכך, בקרת הטמפרטורה המדויקת הופכת לדרישה הכרחית.

לשם כך, חברות כמו King Field סומכות על פרופילים של לחימה חוזרת שנותרו מכוונים בקפידה, ועל מערכות ניטור טמפרטורה שמונעות מהמוצר להתראות יתר, תוך כדי שהן עדיין מאפשרות יצירת צמתים טובים של לחם.

אי יציבות מכנית במהלך הלחמה

מלבד חום, חלשות מכנית מהווה בעיה בעת לחיצה של לוחות PCB גמישים. בעוד שלוחות קשיחים נשארים שטוחים לאורך תהליך ההרכבה וקל מאוד ללחוץ אותם, הלוחות הגמישים, לעומת זאת, עלולים להתעקל, להיפתח או אפילו לזוז ממקומם המקורי במהלך הלחיצה.

בעיות שונות בתהליך הייצור עשויות להיות:

• אי־יישור של רכיבים
• צמתים לא אחידים של לחיצה
• קושי בהרכבה אוטומטית
• ירידה בדיוק הלחיצה

השימוש בלוחות נושא או בלוחות קשיחות (stiffeners) במהלך ההרכבה הוא כנראה השיטה הנפוצה ביותר שבה יצרנים מתמודדים עם הבעיה. בדרך זו, הלוח הגמיש נשמר במצב שטוח במהלך הלחיצה, מה שמאפשר מיקום מדויק ויצירת חיבורים עקביים של לחיצה.

בנוסף, King Field משתמשת בכלים ותבניות מיוחדות שנועדו לשמור את המעגלים הגמישים במקום שלהם במהלך הלחיצה, מבלי לפגוע באימוניות ההרכבה.

מתח על הרכיבים ואימוניות צמתים של לחיצה

אחת הבעיות העיקריות הנובעות ממספר סדרות של פלטת מעגלים מדפסת גמישות (FPCB) המשתמשות בתכונת הקיפוף בפעולתן היא המתח המכאני שפועל על חיבורי הלחיצה, מאחר שהם נמצאים בשימוש חוזר ומחזירים את האזורים המחוברים של הרכיבים לפלטה. זו בעיה אמיתית בחיבורי לחיצה של פלטות מעגלים מדפסת גמישות המיועדות לסביבות דינמיות או משתנות, כגון אלקטרוניקה לבישתית או מערכות רכב.

זה מה שהקיפוף המתמשך יכול לעשות לחיבורי הלחיצה:

• התפרצות מיקרוסקופית של חיבורי הלחיצה
• אבדן רכיבים
• אי-רציפות חשמלית

יצרן, למשל King Field, בודק באופן meticulous את העיצוב של חיבורי הלחיצה ואת סידור הרכיבים כשני גורמים אשר יכולים להפחית את כמות המתח הפועל על חיבורי הלחיצה, ובמקביל להבטיח את אמינותם לאורך זמן.

חמצון ושימום של השטח

בעיה נוספת שעלולה להשפיע על חומרי פלטות מעגלים מדפסת גמישות בעת הלחיצה היא חמצון השטח. לפלטות גמישות כאלה יש סוגים שונים של מסיימים שטחיים, כגון:

• ENIG (ניקל כימי זהב שפיכה)
• OSP (שימור הלחמה אורגני)
• עיבוב באבץ או בכסף

זיהום במהלך הפעלה או אחסון יגרום לירידה ביכולת החיבור של הלוחות.

הרטבה לא תקינה עלולה להוביל לחומר חיבור חלש מאוד, אשר עלול לגרום לקישורים קצרים (Bridging), חיבורים לא מלאים ומחברי חיבור חלשים.

יצרנים יישמו באופן רציני בקרת סביבה ותהליכי ניקוי מחמירים לפני החיבור. לדוגמה, חברת King Field מפעילה הליכי בקרת איכות כדי להבטיח שטח פנימי גמיש נקי של לוחות PCB לצורך חיבור לאורך כל תהליך הייצור.

הפעלה וסיכון לפגיעות

בשל עובייתם הדקיקה והריגידיות הנמוכה בהשוואה ללוחות קשיחים, לוחות PCB גמישים עלולים להיפגע בקלות רבה גם ללא כוונה במהלך החיבור. למעשה, טיפול לא תקין בהם עלול לגרום ל:

• קימוט או סדקים בחומר הבסיס
• פגיעות בשרשראות הנחושת
• הדרדרות באיכות מדפי החיבור

תהליכים קפדניים לטיפול ברכיבים הם חובה, במיוחד במהלך הלחיצה, וחייבים להיעשות על ידי מפעילים וטכנאים. בנוסף, רובוטים שחלק מהקו לייצור עשויים להיות מחדש כדי לשקף גם את האופי הפגיע של מעגלים גמישים.

תהליכי טיפול מפורטים בבירור והכשרת המפעילים הם התכונות העיקריות בתהליך ייצור PCB גמיש ב-King Field.

מבנים מרובי שכבות מורכבים

בעידן ההתקדמות של האלקטרוניקה, קיימים כה רבים PCB גמישים מרובי שכבות אשר יכולים לכלול תכונות נוספות רבות; עם זאת, הלחיצה של PCB גמיש מרובה שכבות היא גם אחת הבעיות החדשות הנובעות מהשימוש ב-PCB גמיש מרובה שכבות לאחר הלחיצה:

• חום שאינו מתפזר באופן אחיד
• סיכון גבוה יותר להתפצלות הלוח לשכבות נפרדות
• מתח פנימי בין השכבות.

מכיוון שהמבנה הרב-שכבתי עצמו הוא מורכב מאוד, נדרשים בקרה תהליכית מעולה וחומרים הטובים ביותר כדי לשמור על שלמות המבנית של הלוח

לא יושפע במהלך הלחיצה.

מאז תחילתה, חברת King Field השקיעה מאמץ רב לא רק ברכישת שליטה בחומרים ובתהליכי ייצור של לוחות מעגלים גמישים, אלא גם הדגישה תמיד את השיפור ההדרגתי של שיטותיה כדי למקסם את אמינות תהליכי הלחיצה בעבור תכנונים מורכבים של לוחות מעגלים גמישים.

הגבלות תכנון המשפיעות על הלחיצה

למעשה, הלחיצה נכונה של רכיבי PCB גמישים אינה רק שלב אחד בתהליך; היא מתחילה כבר בשלב התכנון הנכון. רק גישה תכנונית נכונה יכולה להפוך את עבודת מהנדס הלחיצה לפשוטה ונוחה.

בחירת גודל ומרחק בין פדים

נתיבת המסלולים (Traces) באזור הסמוך לאזור שבו תבוצע עקימה

הזזת מיקום הרכיבים מחוץ לאזורי הגמישות

השתמשו באלמנט קשיח (Stiffener) עבור רכיב(ים) גדול(ים)

בין אם ישנו מהנדס שעובד ידנית או שאין, שיקול הנקודות הללו בשלב התכנון קובע את רמת האיכות של הלחיצה ואת עמידות המוצר הכוללת שניתן להשיג.

יצרני קינג פילד מוכרים בקרב הלקוחות כצוות מצוין שעושה עבודה משותפת עם הלקוח כדי להבטיח שפריסת לוח החיבור הגמיש (PCB) תיעשה בדרך שתקל על תהליכי הלحام היעילים והאמינים.

סיכום

לוחות חיבור מודפסים גמישים (Flexible PCBs) הם סוג של לוח חיבור מודפס שיכולים לשנות לחלוטין את המראה ואת תפקודם של מכשירים אלקטרוניים. הם מאפשרים עיצוב מכשירים קטנים בהרבה וגמישים מאוד. עם זאת, טכניקות הלחיצה לחומרים של לוחות חיבור מודפסים גמישים פותחו באופן שונה מאוד מאלו המשמשות בלוחות קשיחים, ולכן יוצרים סט אחר לגמרי של בעיות הדורשות כישורים מיוחדים, טיפול זהיר ובקרת תהליכים הדוקה. הבעיות העיקריות הן רגישות החומר לחום, אי-יציבות מכנית, אמינות מחברי הלחיצה, זיהום שטח, סיכונים בתפעול, מורכבות רב-שכבתית והגבלות בעיצוב. בנוסף לחיפוש יצרנים מומחים, דרושים גם ציוד ייצור מודרני ושיטות הלחיצה הטובות ביותר כדי להתגבר על הבעיות הללו.

ל-king field יש ידע יוצא דופן בייצור ובהרכבה של מעגלים גמישים. לכן, החברה לא רק מסוגלת לספק פתרונות ל-PCB גמיש באיכות גבוהה, אלא גם יכולה ללוות את הלקוחות בכל שלב במסע שלהם בתעשיית האלקטרוניקה המתקדמת במהירות. החברה תמיד שמרה על סטנדרטים הגבוהים ביותר באיכות תוך פיתוח אינטנסיבי של חדשנות במוצרים, וכך תמיד הייתה מסוגלת לספק פרויקטים מהימנים של PCB גמיש, יחד עם עמידות לטווח הארוך.

בשנים הבאות, עד שהאלקטרוניקה הגמישה תהפוך יותר ויותר מפותחת, הדבר החשוב ביותר לייצרני חומרי PCB גמיש יהיה להיות בעלי כישורים גבוהים הן באמנות והן במדע של לחיצה (soldering) של חומרים אלו, אם הם רוצים לייצר את המוצרים האלקטרוניים החדשים הטובים ביותר.