Welke uitdagingen treden op bij het solderen van flexibele printplatenmaterialen?

Flexibele printplaten (FPC’s) worden tegenwoordig beschouwd als essentieel in diverse sectoren van de elektronische productie vanwege hun lichtgewicht, compactheid en buigzaamheid zonder schade aan de schakeling. Daarom zijn ze op grote schaal toegepast in draagbare apparaten, medische apparatuur, automotive-elektronica en andere consumentenelektronica. Het solderen van FPC-materialen vormt echter een aanzienlijk andere uitdaging dan het solderen van traditionele stijve printplaten. Om de betrouwbaarheid en prestaties van de producten te waarborgen, moeten fabrikanten gespecialiseerde processen toepassen en specifieke hanteringstechnieken gebruiken.

Warmtegevoeligheid van flexibele materialen

De problemen waarmee flexibele printplaten (flexibele PCB’s) meestal tijdens het solderen te maken krijgen, zijn blootstelling aan een hoog temperatuurniveau. In feite worden voor de substraatmaterialen van flexibele PCB’s meestal polyimide of polyester gebruikt, die over het algemeen dunner en gevoeliger zijn voor hitte dan het zeer gangbare FR-4-materiaal dat wordt gebruikt in stijve printplaten.

Bijvoorbeeld kan overmatige warmte tijdens het solderen een verscheidenheid aan problemen veroorzaken, zoals:

• Plastische vervorming van het substraat
• Ontwinding van de lagen van de printplaat
• Beschadiging van de kleefmaterialen
• Vervorming van de flexibele printplaat

Aangezien flexibele PCB’s niet zo massief en dik zijn als traditionele printplaten, kunnen zij de warmte niet adequaat afvoeren. Daarom is nauwkeurige temperatuurregeling absoluut noodzakelijk.

Hiertoe vertrouwen bedrijven zoals King Field op zorgvuldig afgestemde refluxprofielen en temperatuurbewakingssystemen die oververhitting van het product voorkomen, terwijl tegelijkertijd goede soldeerverbindingen worden gevormd.

Mechanische instabiliteit tijdens het solderen

Naast warmte vormt mechanische zwakheid een probleem bij het solderen van flexibele printplatenmaterialen. Terwijl stijve printplaten tijdens het assemblageproces blijven vlak en zeer eenvoudig te solderen zijn, kunnen flexibele printplaten echter buigen, draaien of zelfs uit de oorspronkelijke positie bewegen tijdens het solderen.

Verschillende problemen in de productie kunnen dan optreden:

• Verplaatsing van componenten
• Onregelmatige soldeerverbindingen
• Moeilijkheden bij geautomatiseerde assemblage
• Verminderde solderingsnauwkeurigheid

Het gebruik van dragerplaten of verstevigingsplaten tijdens de assemblage is waarschijnlijk de meest gebruikte methode waarmee een fabrikant dit probleem aanpakt. Op deze manier wordt de flexibele printplaat tijdens het solderen in een vlakke positie gehouden, wat nauwkeurige plaatsing en consistente soldeerverbindingen mogelijk maakt.

Daarnaast gebruikt King Field speciale gereedschappen en spanvorment, ontworpen om flexibele circuits tijdens het solderen op hun plaats te houden zonder de betrouwbaarheid van de assemblage te beïnvloeden.

Mechanische belasting op componenten en betrouwbaarheid van soldeerverbindingen

Een van de belangrijkste zorgen bij sommige flexibele printplaten (PCB’s) die gebruikmaken van de buigfunctie in hun toepassing, is de mechanische spanning die wordt veroorzaakt in de soldeerverbindingen, aangezien deze herhaaldelijk worden gebogen — waardoor de gesoldeerde gebieden van de componenten op de printplaat worden geflexeerd. Dit is een reële zorg bij het solderen van flexibele PCB-assembly’s die zijn ontworpen voor dynamische of veranderende omgevingen, zoals draagbare elektronica of autotechniek.

Dit is wat continu buigen kan doen met de soldeerverbindingen:

• Microscheurtjes in soldeerverbindingen
• Verlies van componenten
• Elektrische onderbreking

Fabrikant, bijvoorbeeld King Field, besteedt veel aandacht aan het ontwerp van de soldeerverbindingen en de componentenopstelling als twee factoren die de spanning op de soldeerverbindingen kunnen verminderen en tegelijkertijd hun betrouwbaarheid op lange termijn waarborgen.

Oppervlakteoxidatie en vervuiling

Een ander probleem waaraan flexibele PCB-materialen kunnen lijden tijdens het solderen, is oppervlakteoxidatie. Dergelijke flexibele PCB’s hebben verschillende oppervlakteafwerkingen, zoals:

• ENIG (Electroless Nickel Immersion Gold)
• OSP (Organisch soldeertbaarheidsbewaarmiddel)
• Onderdompelingstin of -zilver

Verontreiniging tijdens het hanteren of opslaan leidt tot een vermindering van de soldeereigenschappen.

Onvoldoende bevochtiging kan leiden tot zeer zwak soldeergoed, wat bruggen, onvolledige verbindingen en zwakke soldeerverbindingen kan veroorzaken.

Fabrikanten hebben streng milieucontrole- en reinigingsprocessen geïmplementeerd vóór het solderen. Zo heeft King Field kwaliteitscontroleprocedures om tijdens de gehele productie schone, flexibele printplatenoppervlakken voor solderen te garanderen.

Hantering en beschadigingsrisico

Doordat flexibele printplaten dunner en breekbaarder zijn dan stijve printplaten, kunnen ze zeer gemakkelijk, zelfs onopzettelijk, tijdens het solderen beschadigd raken. Bij onjuiste hantering kan dit leiden tot:

• Plooien of barsten in het substraat
• Beschadiging van de koperbanen
• Afbreking van de soldeerpads

Strikte hanteringsprocedures zijn een must, vooral tijdens het solderen, en moeten worden gevolgd door operators en technici. Bovendien kunnen robots die deel uitmaken van de productielijn opnieuw worden geconfigureerd om ook rekening te houden met de kwetsbare aard van flexibele circuits.

Duidelijk omschreven hanteringsprocedures en operatoropleiding zijn de belangrijkste kenmerken van het proces voor de fabricage van flexibele PCB’s bij King Field.

Complexe meervlakstructuren

In het tijdperk van de vooruitgang van de elektronica bestaan er talloze meervlakflexibele PCB’s, waarmee meer functies mogelijk zijn. Het solderen van meervlakflexibele PCB’s vormt echter ook één van de nieuwe uitdagingen die gepaard gaan met meervlakflexibele PCB’s na het solderen:

• Ongeëvenredige warmteverdeling
• Hogere kans op scheiding van de printplaat in lagen
• Interne spanning tussen de lagen.

Aangezien de meervlakstructuur op zich al zeer complex is, zijn uitstekende procescontroles en de beste materialen absoluut noodzakelijk om de structurele integriteit van de printplaat te waarborgen.

Wordt niet beïnvloed tijdens het solderen.

Vanaf het begin heeft King Field niet alleen grote inspanningen geleverd om materialen en productieprocessen voor flexibele printplaten te beheersen, maar ook voortdurend de nadruk gelegd op constante verbetering van hun methoden om de betrouwbaarheid van de soldeerprocessen voor complexe flexibele printplatenontwerpen te maximaliseren.

Ontwerpbeperkingen die het solderen beïnvloeden

In feite is het correct solderen van flexibele PCB-assembly’s niet zomaar een procedurestap; het begint eigenlijk met een juist ontwerp. Alleen een correct ontwerpmaatregel maakt het werk van de soldeeringenieur zowel eenvoudig als comfortabel.

Kiezen van de grootte en onderlinge afstand van de soldeerpads

De trace aanleggen in de buurt van het gebied waar buigen plaatsgaat

De componentenplaatsing buiten de flexgebieden verplaatsen

Een verstevigingsplaat gebruiken voor de grote component(en)

Of er nu een ingenieur handmatig werkt of niet: het overwegen van deze factoren in het ontwerpstadium bepaalt de kwaliteit van het solderen en de algehele duurzaamheid van het product.

Fabrikanten van King Field staan bij klanten bekend als een uitstekend team dat samen met de klant werkt om ervoor te zorgen dat de flexibele printplaatopzet op zo’n manier wordt uitgevoerd dat efficiënte en betrouwbare soldeerprocessen worden ondersteund.

Conclusie

Flexibele printplaten (Flexible PCB's) zijn een soort geprinte schakelplaat die het uiterlijk en de werking van elektronische apparaten volledig kan veranderen. Ze maken aanzienlijk kleinere en zeer flexibele apparaatontwerpen mogelijk. De soldeertechnieken voor flexibele PCB-materialen zijn echter vrij anders ontwikkeld dan die voor stijve printplaten en brengen daarom een geheel andere reeks problemen met zich mee, die speciale vaardigheden, zorgvuldige behandeling en strakke procescontroles vereisen. De belangrijkste problemen zijn de hittegevoeligheid van het materiaal, mechanische instabiliteit, betrouwbaarheid van de soldeerverbindingen, oppervlakteverontreiniging, risico's bij het hanteren, complexiteit van meerdere lagen en ontwerpbeperkingen. Naast het inschakelen van ervaren fabrikanten zijn ook moderne productieapparatuur en de beste soldeermethoden noodzakelijk om deze problemen te overwinnen.

King Field heeft uitzonderlijk veel kennis van de productie en montage van flexibele circuits. Daarom is het bedrijf niet alleen in staat om een hoogwaardige oplossing voor flexibele PCB's te leveren, maar kan het klanten ook begeleiden bij elke stap van hun traject binnen de snel evoluerende elektronica-industrie. Het bedrijf houdt zich altijd aan de hoogste kwaliteitsnormen en ontwikkelt intensief productinnovatie, waardoor het altijd betrouwbare projecten voor flexibele PCB's kan leveren, met duurzaamheid op lange termijn.

In de komende jaren, totdat flexibele elektronica steeds verder ontwikkeld is, zal het voor fabrikanten van materialen voor flexibele PCB's essentieel zijn om zowel de kunst als de wetenschap van het solderen van deze materialen te beheersen, wil men de beste nieuwe elektronische producten produceren.