Как мы осваивали производство гибко-жёстких печатных плат: от проб и ошибок к рабочей технологии

Производство типовых печатных плат — само по себе сложный высокотехнологичный процесс. Но когда заказчик приходит с нестандартной задачей, нам, как производителям, часто приходится этот процесс изобретать заново. Сложность усугубляется тем, что отрасль печатных плат в России — это узкий рынок производителей, к тому же несколько изолированных от зарубежной производственной базы. Если говорить откровенно: никто толком не знает, как это делать. А если и знает — держит технологию в секрете.

В этой статье мы расскажем, как на нашем заводе «ЭЛЕКТРОконнект» делали первые гибко-жёсткие платы, с какими трудностями столкнулись и как в итоге научились их выпускать на серийном уровне.

Что такое гибко-жёсткая плата с точки зрения производства

Чтобы понимать логику процесса, важно сразу сказать: когда изготавливается гибко-жёсткая печатная плата, на всех этапах (вплоть до финальной фрезеровки) она идёт сплошной заготовкой. Представьте себе слоёный пирог, где есть жёсткие участки (обычный стеклотекстолит) и гибкие участки (полиимидная плёнка с проводниками). Всё это спрессовано в единый пакет. И только в самом конце мы вырезаем готовую плату, освобождая гибкие шлейфы.

Именно из-за такой «монолитной» на время производства конструкции и возникают главные технологические проблемы.

Узкие места процесса: три задачи, которые мы решали

1. Выбор материалов: чтобы жёсткая часть не приклеилась к гибкой там, где не надо

Первая и самая принципиальная проблема — препрег (прокладочный материал, который при прессовании склеивает слои).

В обычной многослойной плате нам нужно, чтобы все слои надёжно склеились между собой. В гибко-жёсткой — всё сложнее. На участке гибкого шлейфа жёсткие слои (которые лежат сверху и снизу) не должны приклеиваться к гибкой части. Иначе плата потеряет способность изгибаться. При этом края жёстких участков должны быть скреплены с гибкой частью герметично — чтобы при гальванике химия не затекла внутрь.

С чем столкнулись:

• Обычный препрег при высокой температуре становится текучим. Его смола вытекает, затекает под гибкий шлейф и склеивает то, что должно оставаться подвижным.

• Мы перепробовали несколько типов препрегов — акриловые, эпоксидные, разные степени текучести.

Как решили:
Методом проб и ошибок мы вывели свод характеристик идеального препрега для гибко-жёстких плат:

• низкая текучесть (low-flow или no-flow);

• термостойкость, сопоставимая с FR4;

• совместимость с полиимидом гибкой части.

Мы плотно поработали с поставщиками, искали, тестировали, отбраковывали — и в итоге нашли оптимальный вариант. Сегодня мы используем специальный нетекучий препрег, который надёжно скрепляет жёсткие и гибкие зоны по краям, но не затекает в зону изгиба.

2. Как отделить жёсткую часть от гибкой — и не убить плату на гальванике

Вторая проблема — технологический зазор на стыке жёсткого и гибкого участков. В готовой плате этот стык — место, где заканчивается стеклотекстолит и начинается свободный гибкий шлейф. Но в процессе производства, пока плата идёт сплошной заготовкой, этот зазор — открытая ворота для химии.

Сначала мы попробовали очевидное: сразу выфрезеровать паз на стыке гибкой и жёсткой части. И получили катастрофу — при прохождении гальванических процессов (меднение, травление) растворы затекали под гибкую часть, разъедали полиимид, осаждали медь там, где её быть не должно. Выход брака был неприемлемым.

Как решили:
Мы перепробовали пять различных технологий защиты гибкой части от подтекания химии. Рабочей оказалась только одна — забить пазы прессовальной плёнкой.

Схема действий:

1. Берём верхний жёсткий слой (ещё до сборки пакета) и фрезеруем в нём пазы по контуру будущего гибкого участка.

2. Покрываем этот слой с двух сторон специальной прессовальной плёнкой.

3. Отправляем в пресс — под давлением и температурой плёнка вдавливается в пазы, герметично забивая их.

4. Только после этого собираем полный пакет: жёсткий слой с плёнкой + гибкая часть + нижний жёсткий слой. Прессуем.

5. Заготовка проходит весь техпроцесс — сверловку, металлизацию, травление, маскировку. Химия не затекает, потому что пазы надёжно забиты плёнкой.

6. На финальной фрезеровке, когда вырезаем готовую плату по периметру, остаётся слегка согнуть заготовку на стыке — и плёнка вываливается из пазов. Гибкий шлейф освобождается.

Честное признание: метод рабочий, но очень кропотливый. Он подходит для штучных прототипов и малых серий. Для больших партий мы пошли дальше — перешли к следующему этапу.

3. Правильное оборудование как окончательное решение

Две первые задачи (отделение жесткой части и выбор материала) в итоге привели нас к пониманию: нужен не просто технологический приём, а правильное оборудование, которое позволит чисто и аккуратно разделять жёсткую часть от гибкой без повреждения.

Поэтому мы изменили направление работы и вложились в покупку оборудование, которое сейчас позволяет нам: 

• убрать жёсткий материал точно по границе;

• ни в коем случае не задеть и не поцарапать гибкий полиимидный слой;

• обеспечить чистый край без заусенцев и расслоений.

Современные станки с лазерным контролем позиции и микроподачами позволяют нам делать это на серийном уровне. Метод с прессовальной плёнкой мы оставили для особо сложных случаев (например, когда гибкий шлейф имеет очень малую ширину или сложную форму).

Что в итоге: наше текущее состояние по гибко-жёстким платам

Сегодня мы на заводе «ЭЛЕКТРОконнект» выпускаем гибко-жёсткие печатные платы на регулярной основе. Мы прошли путь от «никто не знает, как это делать» до отлаженного процесса, который включает:

• Выверенный стек материалов: специальный нетекучий препрег, полиимид для гибкой части, стандартный FR4 для жёсткой.

• Защиту гибкой зоны на время гальванических процессов — за счёт точной предварительной фрезеровки и прессования.

• Контроль качества на каждом этапе: от входного контроля материалов до рентгеновской проверки совмещения слоёв и электротеста.

• Серийную применимость: мы готовы работать не только с прототипами, но и с партиями.

Рекомендации проектировщикам (основаны на нашей боли)

Если вы только начинаете проектировать гибко-жёсткую плату или хотите заказать её у нас (или у любого другого производителя) — вот что важно учесть заранее:

1. Не пытайтесь сделать гибкий участок слишком узким. Оставьте технологический запас по краям. Чем уже шлейф, тем сложнее защитить его от подтекания химии при гальванике.

2. Согласуйте материал препрега с производителем на этапе проектирования стека. Не все нетекучие препреги совместимы с вашим классом точности и количеством слоёв.

3. Закладывайте технологические мишени для совмещения на жёстких и гибких участках. Без них точное позиционирование при прессовании и сверловке невозможно.

4. Понимайте, что гибко-жёсткая плата дороже обычной многослойки. Это не маркетинг — это реальная цена решения трёх описанных выше проблем (материалы, защита от химии, прецизионная фрезеровка).

5. Если вам нужна большая партия — проектируйте под серийное производство. Методы, которые работают для трёх образцов, могут убить экономику на тысяче плат. Обсуждайте с технологами не только электрику, но и технологичность.

Заключение

Гибко-жёсткие печатные платы — это замечательная технология для устройств, где важны компактность, вес и надёжность соединений (ноутбуки, медицинская техника, авионика, складные модули). Но за эти преимущества приходится платить — и не только деньгами, но и временем на отладку технологии.

Мы свою часть работы сделали: научились их производить. Если у вас есть проект с гибко-жёсткой платой — приносите. Мы знаем, где могут возникнуть проблемы, и умеем их решать. А если что-то пойдёт не так — мы это уже проходили и знаем, как исправить.

Больше об ЭЛЕКТРОконнект здесь:

Сайт ТГ ВК Дзен Youtube Rutube Хабр Мах