Hướng dẫn kiểm soát độ ẩm, nướng và bảo quản Flex PCB

<!-- locale: vi -->

PCB linh hoạt có thể đảm bảo quá trình chế tạo ở tình trạng hoàn hảo nhưng vẫn bị lỗi trước khi bật nguồn lần đầu do những sự cố xảy ra trong kho, tại xưởng hoặc trong thời gian chờ trước khi lắp ráp. Polyimide có khả năng uốn tuyệt vời về mặt cơ học nhưng nó cũng có khả năng hút ẩm. Nếu hơi ẩm xâm nhập vào vật liệu và mạch điện chuyển sang trạng thái nóng chảy lại mà không có chu trình sấy khô thích hợp thì kết quả thường là hiện tượng bong lớp đệm, phồng rộp, bong tróc, cong vênh hoặc hư hỏng độ tin cậy tiềm ẩn chỉ xuất hiện sau chu trình nhiệt.

Đó là lý do tại sao việc bảo quản và nướng bánh không phải là những chi tiết kho thứ cấp. Chúng là các biện pháp kiểm soát quy trình nhằm bảo vệ năng suất, khả năng hàn và tuổi thọ lâu dài. Các nhóm đã hiểu rõ về polyimide, bán kính uốn cong và cách lắp ráp vẫn bị mất các bản dựng đắt tiền khi họ xử lý các tấm linh hoạt như FR-4 cứng nhắc.

Hướng dẫn này giải thích cách bảo quản vật liệu PCB linh hoạt, thời điểm đóng gói lại, cách chọn cấu hình nướng thực tế cũng như những nội dung mà nhóm mua hàng, chất lượng và lắp ráp nên ghi lại trước khi phát hành. Nếu bạn cũng cần ngữ cảnh xếp chồng, hãy xem lại hướng dẫn về vật liệu PCB linh hoạt, hướng dẫn lắp ráp flex PCB và hướng dẫn kiểm tra độ tin cậy của flex PCB.

Tại sao việc kiểm soát độ ẩm trên Flex lại quan trọng hơn so với các tấm ván cứng

Các tấm ván cứng có khả năng xử lý thông thường tốt hơn vì FR-4 ổn định về kích thước và ít bị biến dạng nhanh do độ ẩm trong quá trình lắp ráp. Mạch Flex thì khác. Polyimide mỏng, hệ thống kết dính, giao diện lớp phủ và các đặc điểm bằng đồng không được hỗ trợ tạo ra cấu trúc phản ứng nhanh hơn khi tiếp xúc với độ ẩm và sốc nhiệt.

Sau khi độ ẩm được hấp thụ chuyển sang dạng hơi trong quá trình phản xạ lại, áp suất sẽ hình thành bên trong lớp xếp chồng linh hoạt. Bo mạch có thể không phát nổ rõ ràng, nhưng thiệt hại là có thật: độ bám dính của miếng đệm giảm, các cạnh của lớp phủ bắt đầu nâng lên và mạch có thể mất biên độ cơ học cần thiết để uốn cong nhiều lần. Điều đó đặc biệt nguy hiểm trên các thiết kế động, nơi ngày nay thử nghiệm điện đã vượt qua nhưng độ mỏi của đồng sẽ tăng nhanh sau khi hư hỏng do lắp ráp gây ra.

"Nếu mạch linh hoạt nằm hở trên sàn sản xuất trong hai ca, thì tôi không còn tin tưởng vào tình trạng vật liệu ban đầu nữa. Trên các cấu trúc polyimide, 24 đến 48 giờ phơi nhiễm không kiểm soát có thể đủ để buộc phải đưa ra quyết định nướng trước SMT. Chi phí nướng trong 4 giờ là không đáng kể so với việc loại bỏ một cụm lắp ráp hoàn chỉnh bằng các miếng đệm được nâng lên."

— Hommer Zhao, Giám đốc Kỹ thuật tại FlexiPCB

Nguyên tắc tương tự cũng hỗ trợ việc lập kế hoạch tuân thủ. Nếu sản phẩm của bạn phải đáp ứng các yêu cầu về chỉ thị RoHS và sử dụng đỉnh nóng chảy lại không chứa chì ở khoảng 240°C đến 250°C, thì cửa sổ ứng suất nhiệt vốn đã chặt hơn so với lắp ráp SnPb eutectic. Việc quản lý độ ẩm càng trở nên quan trọng hơn.

Điều gì thường xảy ra khi quy tắc lưu trữ không rõ ràng

Hầu hết các hư hỏng về độ ẩm khi uốn không bắt đầu bằng một lỗi nghiêm trọng. Chúng xuất phát từ một số quyết định thông thường chưa bao giờ được chính thức hóa: vật liệu còn lại trong các khay mở, không có nhật ký độ ẩm cho khu vực chứa đồ, không có quy tắc đóng gói lại sau khi kiểm tra đến và không có thỏa thuận về việc có được phép nướng lần thứ hai sau khi lắp ráp một phần hay không.

Dưới đây là những kiểu thất bại phổ biến nhất mà chúng tôi thấy:

Điểm cuối cùng đó thường bị bỏ qua. Nướng là cần thiết, nhưng nó không phải là nút đặt lại miễn phí. Mỗi sự thay đổi nhiệt bổ sung đều tiêu tốn biên độ quy trình. Khách du lịch của bạn không chỉ phải cho biết liệu mạch đã được nướng hay chưa mà còn phải cho biết bao nhiêu lần, ở nhiệt độ nào và trong bao lâu.

Ma trận cửa sổ lưu trữ và nướng thực tế

Cấu hình chính xác phụ thuộc vào trọng lượng đồng, hệ thống kết dính, chất làm cứng và liệu các bộ phận đã được gắn vào chưa. Tuy nhiên, hầu hết người mua và đội lắp ráp đều cần một ma trận thực tế để xác định khi nào nên giữ, khi nào nên đóng gói lại và khi nào nên nướng.

Những con số này là quy tắc khởi đầu, không phải quy luật phổ quát. Một số công trình được phục vụ tốt hơn ở nhiệt độ 120°C trong thời gian ngắn hơn. Những loại khác, đặc biệt là các cấu trúc hoặc bộ phận có nhiều chất kết dính có nhãn đính kèm, cần nhiệt độ thấp hơn và thời gian lưu giữ lâu hơn. Cách quyết định đúng đắn là khớp hướng dẫn nướng với bộ vật liệu thực tế và xác nhận kết quả thông qua độ bền vỏ, độ phẳng, khả năng hàn và hiệu suất vượt qua lần đầu.

Để biết thông tin cơ bản về quy trình, hãy so sánh điều này với hướng dẫn quy trình sản xuất PCB linh hoạt của chúng tôi, điều này cho thấy lý do tại sao xử lý vật liệu là một trong những yếu tố thúc đẩy năng suất lớn nhất trong sản xuất linh hoạt.

Cách chọn hồ sơ nướng an toàn

Cấu hình nướng tốt sẽ loại bỏ độ ẩm được hấp thụ mà không tạo ra ứng suất cơ học mới. Trong thực tế, điều đó có nghĩa là kỹ thuật phải cân bằng bốn yếu tố cùng một lúc:

1. Giới hạn nhiệt độ của việc xếp chồng. Polyimide không dính có thể chịu được các chu kỳ khác nhau so với các cấu trúc hoặc bộ phận dựa trên chất kết dính có chất làm cứng được hỗ trợ bởi PSA.
2. Độ dày và cân bằng đồng. Flex một lớp mỏng đáp ứng nhanh hơn các đuôi hoặc cụm linh kiện cứng nhiều lớp mang đồng nặng.
3. Giai đoạn lắp ráp. Tấm Flex trần đơn giản hơn. Khi có đầu nối, nhãn hoặc mối hàn một phần, lượng nhiệt sẽ thay đổi.
4. Lịch trình dây chuyền. Nếu các tấm ván vẫn còn nguyên 12 giờ sau khi nướng thì quy trình này chưa thực sự giải quyết được vấn đề về độ ẩm.

"Tôi thích một hồ sơ nướng nhàm chán mà người vận hành có thể thực hiện nhiều lần hơn là một hồ sơ tích cực giúp tiết kiệm 90 phút trên giấy. Trên các sản phẩm linh hoạt, tính nhất quán đánh bại tốc độ. Quy trình ổn định ở 105°C với thời gian dừng 6 giờ được ghi lại thường có giá trị hơn so với hồ sơ gấp rút mà các ca khác nhau diễn giải khác nhau."

— Hommer Zhao, Giám đốc Kỹ thuật tại FlexiPCB

Theo quy tắc ban đầu, nhiều nhóm lắp ráp sử dụng nhiệt độ từ 105°C đến 120°C trong 4 đến 8 giờ trên các mạch uốn trần, sau đó yêu cầu lắp ráp trong vòng 8 giờ hoặc đóng gói lại ngay lập tức. Đối với các công trình nhạy cảm, hãy xác thực công thức bằng các lô thử thay vì sao chép hướng dẫn nướng trên bảng cứng.

Bạn cũng nên xác định những gì không nên làm:

• Không nướng khi chưa xác nhận xem chất kết dính, nhãn hoặc chất mang tạm thời có giới hạn thấp hơn hay không.
• Không xếp các tấm quá chặt khiến luồng không khí không đều.
• Không đưa các bộ phận đã nướng ra môi trường không khí xung quanh không được kiểm soát trong suốt ca làm việc và cho rằng chúng vẫn khô.
• Không tái sử dụng gói hút ẩm vô thời hạn.
• Không phê duyệt các quyết định đặc biệt của người vận hành về chu kỳ nướng thứ hai hoặc thứ ba mà không có phê duyệt kỹ thuật.

Đóng gói, đóng gói lại và kỷ luật tại cửa hàng

Kết quả tốt thường đến từ những điều khiển đơn giản được thực hiện mọi lúc. Các chương trình linh hoạt hiệu quả nhất viết các quy tắc này trực tiếp vào các hướng dẫn công việc nhận, sắp xếp và SMT:

• Ghi lại ngày giờ mở gói khô.
• Bảo quản vật liệu đã mở nắp trong túi chống ẩm kèm theo thẻ hút ẩm và chống ẩm mới.
• Sử dụng các kệ riêng biệt cho vật liệu chưa mở, đã mở, nướng và lưu giữ kỹ thuật.
• Xác định người sở hữu các quyết định về tuổi thọ sàn trên mỗi ca.
• Liên kết hồ sơ nướng với số lô để nhóm chất lượng có thể sử dụng chúng trong quá trình phân tích nguyên nhân gốc rễ.
• Kiểm tra độ ẩm tại kho hàng dọc, không chỉ tại kho chính.

Đây là nơi hệ thống chất lượng quan trọng. Cho dù nhà máy của bạn tuân theo các quy trình nội bộ hay các khuôn khổ rộng hơn liên quan đến IPC, thì điểm chung là như nhau: nếu quy tắc lưu trữ không thể đo lường được thì cuối cùng quy tắc đó sẽ bị bỏ qua.

Câu hỏi về DFM và nhà cung cấp Người mua nên hỏi sớm

Kiểm soát độ ẩm hoạt động tốt nhất khi nó được chỉ định trước PO đầu tiên, không phải sau lần phân tích lỗi đầu tiên. Người mua và nhóm phần cứng nên hỏi nhà cung cấp những câu hỏi này trong quá trình đánh giá DFM:

• Bạn khuyến nghị nhiệt độ bảo quản và phạm vi độ ẩm tương đối cho việc xếp chồng chính xác này là bao nhiêu?
• Hồ sơ nướng nào được bạn phê duyệt trước SMT và điều kiện nào khiến hồ sơ đó không hợp lệ?
• Cho phép bao nhiêu chu kỳ nướng trước khi rủi ro hiệu suất tăng lên?
• Chất làm cứng, chất kết dính, màng chắn hoặc nhãn có làm thay đổi cửa sổ nướng không?
• Phương pháp đóng gói vận chuyển được sử dụng như thế nào: hút chân không, đếm hạt hút ẩm, thẻ chỉ báo độ ẩm, dán nhãn thùng carton?
• Kiểm tra nghiệm thu nào chứng minh vật liệu vẫn ổn định sau khi nướng?

"Các nhà cung cấp linh hoạt mạnh nhất không chỉ vận chuyển các tấm mà còn vận chuyển các nguyên tắc xử lý. Nếu gói báo giá không nói gì về gói khô, giới hạn phơi nhiễm hoặc hồ sơ nướng trước đã được phê duyệt, thì người mua sẽ được yêu cầu khám phá khung quy trình đó bằng chi phí của họ."

— Hommer Zhao, Giám đốc Kỹ thuật tại FlexiPCB

Nếu bạn đang tối ưu hóa độ tin cậy khi uốn cong, tính toàn vẹn của mối hàn và chi phí xếp chồng, thì việc kiểm soát độ ẩm cũng nên được xem xét như vậy. Đây không phải là vấn đề về kho hàng. Nó là một phần của thiết kế cho khả năng sản xuất.

Câu hỏi thường gặp

PCB linh hoạt có thể tránh bị khô trong bao lâu trước khi nướng?

Một quy tắc thận trọng là đóng gói lại mạch trong cùng một ca và yêu cầu nướng khi thời gian phơi sáng mở đạt 8 đến 24 giờ, tùy thuộc vào độ ẩm và sự xếp chồng lên nhau. Ở mức hơn 60% RH hoặc không rõ lịch sử phơi nhiễm, hầu hết các nhóm nên giữ lại lô hàng và sử dụng hồ sơ nướng đã được phê duyệt trước khi nung lại không chì ở nhiệt độ 240°C đến 250°C.

Nhiệt độ nướng thông thường đối với PCB polyimide flex là bao nhiêu?

Nhiều nhà sản xuất bắt đầu ở nhiệt độ 105°C đến 120°C trong 4 đến 8 giờ đối với mạch uốn trần, sau đó tinh chỉnh cấu hình bằng hệ thống kết dính và giai đoạn lắp ráp. Công thức chính xác phải được xác nhận về độ phẳng, độ bền bong tróc và khả năng hàn, đặc biệt là trên các kết cấu nhiều lớp hoặc có chất làm cứng.

Tôi có thể sử dụng quy tắc nướng giống như bảng FR-4 cứng không?

Thường thì không. Mạch linh hoạt sử dụng polyimide, lớp phủ và bề mặt kết dính mỏng hơn, phản ứng khác với nhiệt độ và độ ẩm so với FR-4. Quy tắc bảng cứng có thể làm khô vật liệu hoặc gây căng thẳng quá mức cho kết cấu uốn.

Một PCB linh hoạt có thể được nướng an toàn bao nhiêu lần?

Không có con số chung, nhưng nhiều nhóm chất lượng đặt ra giới hạn nội bộ là một hoặc hai chu trình nướng được kiểm soát trước khi yêu cầu xem xét kỹ thuật. Khi các chu kỳ lặp lại bắt đầu, nguy cơ oxy hóa, lão hóa chất kết dính và các vấn đề về truy xuất nguồn gốc sẽ tăng lên nhanh chóng.

Độ ẩm chỉ ảnh hưởng đến hình thức bên ngoài hay có thể gây hư hỏng đồng ruộng?

Nó hoàn toàn có thể tạo ra sự cố tại hiện trường. Bảng vẫn có thể đạt được tính liên tục và AOI sau khi lắp ráp, tuy nhiên độ bám dính của miếng đệm hoặc lớp phủ bị suy yếu có thể làm giảm tuổi thọ uốn cong và gây ra hiện tượng mở không liên tục sau chu trình nhiệt, rung hoặc chuyển động dịch vụ.

Cần ghi gì vào thông số mua hàng?

Ở mức tối thiểu, các điều kiện bảo quản tài liệu, mức phơi sáng mở tối đa, hồ sơ nướng đã được phê duyệt, phương pháp đóng bao lại, yêu cầu về chất hút ẩm, yêu cầu về thẻ độ ẩm và khả năng truy xuất nguồn gốc ở cấp độ lô. Nếu sản phẩm có độ tin cậy cao, hãy xác định những thử nghiệm nào xác nhận vật liệu vẫn có thể chấp nhận được sau khi nướng.

Khuyến nghị cuối cùng

Nếu bạn xây dựng bằng mạch linh hoạt, hãy coi việc kiểm soát độ ẩm là một phần của thiết kế sản xuất chứ không phải là bản vá lắp ráp vào phút cuối. Xác định giới hạn lưu trữ trước chuyến hàng đầu tiên, xác thực hồ sơ nướng trên ngăn xếp thực tế và đảm bảo mọi lô đã mở đều có chủ sở hữu, bộ hẹn giờ và quy tắc đóng gói lại.

Nếu bạn cần trợ giúp xem xét giới hạn lưu trữ, cửa sổ nướng trước hoặc xử lý polyimide cho chương trình mới, liên hệ với nhóm PCB linh hoạt của chúng tôi hoặc yêu cầu báo giá. Chúng tôi có thể xem xét cách xếp chồng, phương pháp đóng gói và quy trình chuẩn bị SMT của bạn trước khi hư hỏng do hơi ẩm chuyển thành phế liệu hoặc trả lại hiện trường.