Johdanto
FPC-jäykistyksellä ei pelkästään pidetä osia. Se voi myös auttaa lämmönpoistossa. Mutta jos levyä pitää muokata tai korjata, jäykisteen poistaminen voi vahingoittaa johtoja. Pidä tämä mielessä.
1. Erityiskäsittelyt FPC:n jäykistämistä varten
Erikoismallien avulla jäykiste voi tehdä muutakin kuin tukea osia. Vaikka päätavoitteena on esimerkiksi osien tukeminen, jäykiste voidaan tehdä tukevaksi komponentiksi, jolloin joustolevy käyttäytyy kokoonpanon jälkeen enemmän kuin jäykkä levy.
Jäykisteen ääriviivat (muotoleikkaus) tehdään yleensä CNC-jyrsintälaitteilla. Leikkauksen aikana jätetään joitakin liitoskohtia tai siltoja, jotta jäykiste voidaan myöhemmin irrottaa tai katkaista. Näin jäykiste voidaan helposti katkaista tai poistaa kokoonpanon jälkeen.
CNC-jyrsintä on yleistä joustovalmistuksessa. Laserleikkaus ja vesisuihkuleikkaus ovat myös vaihtoehtoja. Niitä voidaan käyttää jäykisteen materiaalin valmisteluun tai esileikkaamiseen. Levyjen, joissa on korkeuseroja, leikkausmenetelmät, kuten laser- tai vesisuihkuleikkaus, voivat yksinkertaistaa prosessia. Ne myös vähentävät kustannuksia, koska leimausvälineitä ei tarvita.
2. Jäykisteiden mekaaninen työstö (leimaaminen/leikkaus)
2.1 Leimaaminen / stanssaus
Jos jäykisteen valmistuksessa käytetään verkkopuristusta tai stanssausta, tarvitaan erityisiä puristusmuotteja. Kun leimaamalla on poistettu kovaa materiaalia osien ympäriltä, jäljelle jäävä levy voidaan työntää takaisin alkuperäiseen asentoonsa. Tämä menetelmä on yleinen edullisissa jäykissä levyissä ja suurissa sarjoissa tapahtuvassa kokoonpanossa, jossa käytetään yksinkertaisia kiinnikkeitä.
2.2 Pisteytys tai osittainen leikkaaminen
Jos taipuisa ääriviiva sallii, voidaan käyttää pisteytys- tai osittaisleikkaustyökaluja. Pistoleikkaus leikkaa yleensä jousto- tai jäykisteen osittain läpi. Erikoistyökalut ohjaavat leikkaussyvyyttä. Kun osat on sijoitettu ja kokoonpano on valmis, levy voidaan katkaista pisteytysviivaa pitkin.
Useimmat muut leikkaustekniikat joutuvat leikkaamaan koko materiaalin läpi, kun taas useimmat muut leikkaustekniikat joutuvat leikkaamaan koko materiaalin läpi, verrattuna jyrsittyyn ääriviivatyöskentelyyn. Mekaanisten leikkureiden luonteen vuoksi leikatut muodot ovat yleensä suoria viivoja.
3. Jäykisteiden kiinnitykseen käytettävät liimat
Liimat, joita käytetään jäykisteiden liimaamiseen taipuisaan alustaan, valitaan niiden vaaditun käyttötarkoituksen mukaan. Joustossa käytettävien standardiliimojen lisäksi on olemassa muitakin liimatyyppejä. Yleiset jäykisteiden liimatyypit ja ominaisuudet:
3.1 Paineherkkä liima (PSA)
PSA:ta käytetään laajalti jäykisteissä. Se on joustavaa ja helppokäyttöistä. Se antaa hyvän liimauslujuuden ja voi joissakin tapauksissa parantaa kestävyyttä. Useimpia PSA:ita ei ole suunniteltu pitkäaikaiseen korkean lämpötilan käyttöön, ja ne kestävät yleensä vain lyhyen korkean lämpötilan altistumisen. Lyijyttömien juotosten (korkeammat reflow-lämpötilat) yhteydessä on tarkistettava, toimiiko PSA vaaditussa prosessissa. PSA:n erityisenä etuna on se, että se antaa joustimen tarttua lähes mihin tahansa pintaan, joten monet sisäänrakennetut jäykistysmallit ovat mahdollisia.
3.2 Kestomuoviset liimakalvot
Lämpökovetteisilla liimakalvoilla, joita kutsutaan joskus akryylipinnoitetuiksi kalvoiksi tai liimauslevyiksi, voidaan liimata jäykisteitä ja joustoja. Ne vaativat ylimääräisiä käsittelyvaiheita ja aikaa. Lämpökovettuvilla liimoilla voidaan kuitenkin saavuttaa erittäin korkea sidoslujuus ja korkea lämpötilankestävyys.
3.3 Nestemäiset liimat
Jäykisteiden liimaamiseen käytetään yksi- tai kaksikomponenttisia epoksiliimoja. Niitä on vaikea levittää tasaisesti, joten ne ovat harvinaisempia kuin kalvoliimat. Nestemäiset liimat muodostavat liimausreunaan asteittaisen epoksihelman. Tämä helmi auttaa lievittämään jännitystä siirtymäreunassa.
3.4 Termoplastiset liimakalvot
Termoplastiset liimakalvot ovat toinen yleinen valinta. Niissä on alhainen jännitys ja ne ovat täysin polymeerisiä ilman kemiallista kovettumista. Ne kiinnittyvät moniin pintoihin, ja niitä on raportoitu olevan helppo muokata. Nämä ominaisuudet laajentavat niiden käyttöä.
3.5 UV-kovetteiset liimat
UV-kovetteiset liimat ovat toinen vaihtoehto. Jotkin koostumukset ovat silkkipainettavissa. Jotkin UV-aktivoituvat polymeerit voivat aktivoinnin jälkeen osoittaa PSA:n kaltaista tarttuvuutta. Koska UV-liimat kovettuvat nopeasti, ne ovat hyödyllisiä malleissa, joissa tarvitaan nopeaa pehmeän ja kovan välisen siirtymää ja rasituksenpoistoa.
4. Jäykisteiden reiät (välysreiät, asennusreiät, kiinnitysreiät).
Reiät, jotka on tarkoitettu osan tyhjentämiseen, ja reiät, jotka on tarkoitettu lopulliseen kokoonpanoon, ovat erilaisia, ja niillä on joskus vastakkaisia vaikutuksia. Suunnittelusääntöjen on vastattava käyttötarkoitusta. Suunnittelutiedoissa on selitettävä, miten reikien halkaisijat valitaan.
Jos tämä jätetään huomiotta suunnittelussa tai valmistuksessa, osan reikien ja kuparin välisissä liitoskohdissa saattaa esiintyä aukkoja tai kuparikatkoksia. Saatat tarvita myöhempiä korjauksia.
4.1 Jäykisteessä olevat komponenttien välykset ja reiät
Reikien, jotka tyhjentävät pinnoitetut läpireiät, tulisi olla 250 µm - 375 µm suurempia kuin pinnoitetut läpireiät. Tämä kompensoi mahdollisen vinoutuman laminoinnin aikana ja auttaa varmistamaan, että jäykiste ei tuki päällystettyjä reikiä.
4.2 Asennus / kiinnitysreiät
Asennusta varten tehtyjen jäykisteen reikien on oltava hieman pienempiä kuin joustimen reikien. Tämä auttaa estämään kokoonpanon jännityksen siirtymisen joustoon. Tätä ei aina vaadita. Joissakin malleissa joustin voidaan kiinnittää suoraan kantajaan ilman jäykistettä.
4.3 Tukemattomat kiinnitysreiät
Jos kiinnitysreiässä ei ole jäykistystukea, pidä kuparia reiän ympärillä (rengasmainen rengas) lujuuden lisäämiseksi. Jos rakenne sallii, samaa menetelmää voidaan käyttää tavallisiin asennusreikiin. Tämä muoto helpottaa myös maadoitusta.
5. Yleiset FPC-jäykistemateriaalit ja niiden ominaisuudet
FPC:ssä käytetään yleisesti kolmea jäykistysmateriaalia: PI, FR4 ja ruostumaton teräs. Yksityiskohdat:
5.1 PI (polyimidi)
PI on tekninen erikoismateriaali. Sitä käytetään laajalti ilmailu- ja avaruusalalla, mikroelektroniikassa, nanotekniikassa, nestekidenäytöissä, erotuskalvoissa ja lasereissa. Se on liekinkestävä ja kestää korkeita ja matalia lämpötiloja. Pitkäaikaiskäytön lämpötila-alueet vaihtelevat laatuluokittain, mutta PI kestää laajan alueen. FPC:ssä PI:tä käytetään suojakalvona ja jäykistyslevyinä. PI-suojakalvo eristää virtapiirejä. PI-jäykistyslevyjä käytetään kultasormien takaosassa ja muilla alueilla, joilla tarvitaan eristystä ja vahvistusta. PI-jäykisteen paksuus valitaan suunnittelun ja ympäristön mukaan. Toleranssi voidaan säätää ±0,03 mm:n tarkkuudella. PI kestää hyvin prosessilämpötiloja (yleisesti 130 °C-280 °C, laadusta riippuen). Yleiset PI-jäykisteen paksuudet: 0,075 mm, 0,1 mm, 0,125 mm, 0,15 mm, 0,175 mm, 0,2 mm, 0,225 mm, 0,25 mm.
5.2 FR4
FR4 on paloturvallinen materiaali. Paperipohjaisiin levyihin verrattuna sillä on parempi mekaaninen lujuus, mittapysyvyys, iskunkestävyys ja kosteudenkestävyys. Sen sähköinen suorituskyky on hyvä ja se toimii korkeammissa lämpötiloissa. Käsittelyssä sillä on usein etuja muihin hartsi-lasikuitulevyihin verrattuna. FPC-tuotannossa FR4-levyä käytetään pääasiassa jäykisteenä juotosalueiden takana. Se lisää kovuutta juotosalueella ja suojaa pintaliitososia toistuvan taivutuksen aiheuttamilta vioilta. Koska FR4 kuluu enemmän kuin PI, sitä ei yleensä käytetä kultasormien jäykistämiseen. FR4-jäykisteiden osalta: jos paksuus 1,0 mm, toleranssi on ±0,1 mm. Yleiset FR4-jäykisteiden paksuudet: 0,1 mm, 0,2 mm, 0,3 mm, 0,4 mm, 0,5 mm, 0,6 mm, 0,7 mm, 1,6 mm.
Nopea vertailu: PI:llä on tiukemmat toleranssit ja hyvä lämmönkestävyys, mutta se ei ole kovin kova. FR4 on paksumpi ja jäykempi, siinä on suuremmat toleranssit ja se on vakaampi käsin koottaessa, mutta sitä on vaikeampi muokata.
5.3 Teräsjäykisteet (ruostumaton teräs)
Yleensä ruostumatonta terästä 303. 303 on austeniittinen ruostumaton teräs, jossa on rikkiä ja seleeniä työstettävyyden ja pintakäsittelyn parantamiseksi. FPC-jäykisteissä on usein monimutkaisia muotoja, ja ruostumaton 303 on helppo syövyttää. FPC-tuotteissa, joissa tarvitaan suurta vakautta, 303-teräksestä valmistetut jäykisteet ovat yleisiä. Teräsjäykisteitä ei voida porata CNC-ohjauksella eikä leikata FPC-laserilla. Ne valmistetaan yleensä kemiallisella syövytyksellä, joten kustannukset ovat korkeammat. Ne on koottava käsin, prosessi on monimutkaisempi ja kustannukset ovat korkeammat. Yleiset teräsjäykisteiden paksuudet: 0,1 mm, 0,2 mm.
6. Suunnittelukohdat ja käytännön neuvot
Kun suunnittelet jäykisteitä ja reikiä, tee selväksi kunkin reiän käyttötarkoitus (välys, kokoonpano, kiinnitys). Ilmoita reiän halkaisija, toleranssi ja sijaintitoleranssi suunnittelumerkinnöissä.
Jäykisteissä, jotka ovat lähellä pinnoitettuja reikiä, on jätettävä riittävästi välystä tai suurennettava reikää 250-375 µm:llä, jotta pinnoitetut reiät eivät tukkeudu laminoinnin aikana.
Jos jäykiste kestää kokoonpanoa tai mekaanista rasitusta, kannattaa harkita kovempia materiaaleja, kuten FR4:ää tai terästä. Mutta jos tuleva uudelleenkäsittely on todennäköistä, suosi PI- tai kestomuovikalvoratkaisuja, joita on helpompi muokata.
Kun valitset liimoja, ota huomioon uudelleenjuoksutuslämpötilat (erityisesti lyijytöntä juottamista varten), jälkityöstötarpeet, pitkän aikavälin ympäristö (lämpötila, kosteus) ja liimattavat pinnat.
Monimutkaisten muotojen tai erittäin tarkkojen jäykisteiden valmistuksessa kannattaa suosia kemiallista syövytystä tai laserleikkausta työkalujen kustannusten alentamiseksi. Suuria määriä ja säännöllisiä muotoja varten kannattaa harkita leimausta tai stanssausta yksikkökustannusten alentamiseksi.
Jos joudut irrottamaan jäykisteen kokoonpanon jälkeen, jätä jäykisteen ja joustimen väliin siltoja tai pisteviivoja, jotta se voidaan katkaista tai poistaa myöhemmin.
7. Yhteenveto (hyvät ja huonot puolet)
PI-jäykisteet: tiukka toleranssi, hyvä korkean lämpötilan kestävyys, helppo integroida joustoon, hyvä jälkityöstettävyys; ei yhtä kova kuin FR4.
FR4-jäykisteet: paksummat, kovemmat, vakaammat juotosalueille; suurempi toleranssi, vaikeampi muokata.
303-teräksestä valmistetut jäykisteet: erittäin jäykät ja vakaat, mutta kalliimmat, syövyttämällä tehdyt, vaativat manuaalista kokoonpanoa ja jälkityöt ovat vaikeita.
