Bo mạch rigid-flex chia công việc cho hai vật liệu: những phần mật độ cao, được nâng đỡ tốt vẫn nằm trên FR-4, và kết nối giữa chúng được làm trên polyimide gập theo hình dáng của vỏ máy. Phần flex được thiết kế ở độ uốn cố định — nó được tạo hình trong quá trình gia công hoặc lắp ráp, không để uốn liên tục suốt vòng đời sản phẩm.
Kết cấu này loại bỏ được gì
- Đầu nối — cặp đầu nối và bề mặt tiếp xúc flex-với-bo biến mất, nên ít linh kiện phải mua, dự trữ và gắn hơn.
- Đường tín hiệu — truyền dẫn trở thành bo cứng đến flex đến bo cứng thay vì bo cứng đến đầu nối đến flex đến đầu nối đến bo cứng. Ít lần đổi môi trường hơn nghĩa là suy hao ở các bề mặt tiếp xúc thấp hơn, điều này có lợi cho sản phẩm phụ thuộc vào độ chính xác tín hiệu.
- Lắp ráp — ít linh kiện hơn giúp giảm giờ công SMT và giờ lắp ráp thành phẩm, còn ít mã linh kiện hơn giúp giảm công quản lý và tồn kho đi kèm.
- Độ tin cậy — những mối hàn hỏng đầu tiên trong kết nối cắm-rút hoàn toàn không tồn tại.
Bo mạch rigid-flex được sản xuất thế nào
Lõi flex được làm trước. FR-4 và prepreg được khoan và xử lý bề mặt, bộ lớp được tán đinh và ép trong một chu trình duy nhất — laminate phủ đồng, prepreg, lõi flex đã hoàn thiện, prepreg, laminate trên — sau đó panel được cắt biên và đo độ giãn nở, co vì polyimide dịch chuyển và độ trùng khớp của mọi lớp sau đều phụ thuộc vào đó. Tiếp theo là khoan, khử keo bằng plasma, tạo đồng và mạ theo hình, rồi tạo hình lớp ngoài, mặt nạ hàn, hoàn thiện, kiểm thử điện, dập và kiểm tra cuối.
Đánh đổi giữa thiết kế và chi phí
Bo mạch rigid-flex đắt hơn một bo flex cộng bo cứng riêng, và khoảng cách đó có vẻ lớn trước khi tính đến đầu nối, giờ công lắp ráp và tồn kho mà nó loại bỏ. Thường cần một tấm giữ để các phần flex nằm phẳng trong suốt SMT và reflow, điều này làm tăng chi phí lắp ráp; vùng uốn được giữ không có lỗ xuyên mạ, tấm gia cường được dùng ở nơi đầu nối cần nằm phẳng, và số lớp, khối lượng đồng cùng tính đối xứng của cấu trúc lớp được đặt để panel vẫn phẳng sau khi ép.
Ranh giới giữa phần cứng và phần flex nằm ở đâu
Trên bản vẽ bo mạch rigid-flex, điều quyết định không phải số lớp mà là đường mà hai nửa gặp nhau và thứ gì băng qua đường đó. Số lớp, số lần ép và tấm giữ đều suy ra từ đường này, nên nó được chốt trên cấu trúc lớp từ rất lâu trước khi làm panel.
- Ranh giới là chỗ đổi vật liệu, không phải một nét trên giấy. Nơi lõi flex rời khỏi bộ lớp cứng, lớp phủ bảo vệ và keo dừng lại, đồng phải chạy mà không có lỗ xuyên mạ và không có góc nhọn, và các đường dẫn cắt qua đường uốn theo góc vuông thay vì chạy dọc theo nó. Một dây dẫn đổi chiều rộng ngay tại điểm đó sẽ dồn biến dạng vào một chỗ.
- Số lần gập quyết định cấp thiết kế. Đoạn được tạo hình một lần khi lắp ráp rồi giữ nguyên khác về kết cấu với đoạn chuyển động liên tục: chỗ uốn tĩnh chịu được lớp phủ dày hơn và bán kính chặt hơn, còn đoạn chuyển động liên tục cần màng nền và màng phủ mỏng hơn, bán kính lớn hơn và không có tấm gia cường bên trong vùng uốn.
- Tấm gia cường đặt ở nơi có linh kiện. Mọi đầu nối và mọi vỏ SMT phải nằm trên phần cứng hoặc trên vùng đã gia cường, nếu không chính mối hàn trở thành bản lề và chuyển động dồn vào đúng chỗ không chịu được.
- Số lớp do vùng uốn quyết định, không do mật độ. Phần flex thường giữ số lớp ít nhất trong khi các lớp dồn về phía cứng, nên lõi flex được làm và kiểm tra trước rồi bộ lớp cứng được ép bao quanh; khi phía cứng dày đặc đến mức cần lỗ khoan laser, chỉ phía đó đi theo cách của PCB HDI.
- Chỗ uốn cần khoảng nhả. Một khe hở trong lớp phủ, đường bao rộng rãi và chiều dài tự do ngắn ở chỗ chuyển tiếp cho đồng chỗ để dịch chuyển; một đoạn flex cắt sát mép cứng sẽ rách ở góc.
Báo giá không thể quyết định thay thiết kế những điểm này.
Đường này thay đổi chương trình khoan, số lần ép, tấm giữ và kiểm thử điện, nên nó được chốt trong buổi xem xét kỹ thuật, cùng chỗ với việc khóa số lớp của phía cứng.
PCB rigid-flex được dùng ở đâu
Thiết bị cầm tay và thiết bị thông minh, module camera, thiết bị y tế như thiết bị cấy ghép và thiết bị theo dõi nơi không gian và khối lượng quyết định thiết kế, và hệ thống an ninh, điều khiển có màn hình hoặc cảm biến trên phần chuyển động. Khi mạch uốn liên tục nhưng không cần phần cứng, một PCB flex là phương án đơn giản hơn.
Điều gì tạo nên giá của một bo mạch rigid-flex
Hai báo giá cho cùng một bản vẽ có thể lệch nhau nhiều mà không bên nào sai, vì giá đi theo số lần bộ lớp qua máy ép, cách giữ các đoạn flex trong lúc lắp ráp và phần nào của đơn hàng phải làm hai lần, chứ không theo diện tích thành phẩm.
- Lõi flex là một bo mạch riêng trước khi trở thành một phần của bo khác. Nó được làm, kiểm tra và thử nghiệm trên panel riêng rồi mới được ép vào bộ lớp cứng, nên một đơn rigid-flex mang hai lần sản xuất và hai lần hao hụt năng suất thay vì một.
- Mỗi chu trình ép là thêm một lượt qua cán lớp, khoan và định vị. Bộ lớp có lớp chôn hoặc bo có phần cứng ở nhiều hơn một mặt phải ép nhiều hơn một lần, và polyimide dịch chuyển sau mỗi chu trình, nên chi phí chuẩn bị và kiểm tra định vị phải trả lại; nguồn gốc của con số này nằm trên trang PCB nhiều lớp.
- Tấm giữ là dụng cụ gá, không phải bao bì. Các đoạn flex phải được giữ phẳng suốt quá trình in kem hàn, SMT và reflow, tấm giữ được làm riêng cho panel này và khi số lượng ít thì chi phí dồn lên vài tấm bo, nên nó thường được tính thành một hạng mục một lần thay vì chia vào đơn giá.
- Tấm gia cường và lớp phủ là những bước dán riêng. Mỗi tấm gia cường polyimide, PET, FR-4 hay thép không gỉ có cách dán và cách đóng rắn riêng, và chồng nhiều tấm nghĩa là chồng nhiều bước, nên bộ gia cường trên bản vẽ được đọc như một khoản chi phí chứ không phải chú thích.
- Việc kiểm tra diễn ra trước và sau khi ép. Lõi flex được kiểm trên panel riêng, bo thành phẩm được kiểm lại sau khi ép, mạ và hoàn thiện, còn bài thử uốn trên chi tiết thành phẩm cần đồ gá riêng cho từng thiết kế: đó là chi phí của thiết kế, không phải của số lượng.
Tính so sánh được đọc từ cùng danh sách theo chiều ngược lại.
Cùng số lớp mỗi bên, cùng họ vật liệu cán, cùng cấp uốn, cùng bộ gia cường, cùng tấm giữ và cách chia panel, và cùng số lượng. Giới hạn của từng trục nằm trên trang năng lực.
Yêu cầu báo giá
Gửi bộ Gerber kèm cấu trúc lớp, tỷ lệ phần cứng trên phần flex, bán kính uốn và số lớp. Mẫu thử trả trong 1–3 ngày và lô vừa trong 4–10 ngày; giới hạn công nghệ đứng sau báo giá nằm trên trang năng lực và chứng chỉ đã cấp trên trang chứng chỉ.
Bo mạch rigid-flex tiếp tục sang lắp ráp được trình bày trên trang lắp ráp PCB tại Trung Quốc, bao gồm cung ứng linh kiện và lắp ráp thành phẩm.
