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一塊成功的柔性PCB應(yīng)該怎么設(shè)計

PCB打樣 ? 2020-09-24 22:26 ? 次閱讀

手機(jī)到冰箱到汽車再到可穿戴醫(yī)療設(shè)備,傳感器和技術(shù)已廣泛應(yīng)用于各種領(lǐng)域,電路板已成為許多不同類型產(chǎn)品的組成部分。在當(dāng)今的電子世界中,任何帶有通斷開關(guān)的產(chǎn)品都包含電路板。由于其多功能性,柔性電路的使用是增長最快的產(chǎn)品市場之一。

通過引入柔性和剛性-柔性電路,工程師們有機(jī)會在設(shè)計新穎的產(chǎn)品時更具創(chuàng)造力。撓性和剛撓性板的構(gòu)造適合于緊密的三維空間,同時確保抗機(jī)械磨損和振動。工程師可以設(shè)計產(chǎn)品,這些產(chǎn)品需要將電路板安裝在狹窄的空間中,并進(jìn)行扭轉(zhuǎn)和旋轉(zhuǎn)以進(jìn)行包裝,并使產(chǎn)品在更動態(tài)的環(huán)境中使用。這些柔性電路具有與傳統(tǒng)的剛性FR4電路板相同的性能水平,但是在設(shè)計,制造和組裝時,它們都有自己的細(xì)微差別和考慮因素。

設(shè)計/布局

設(shè)計柔性電路時,重要的是要了解電路板的具體應(yīng)用。它會在靜態(tài)或動態(tài)環(huán)境中使用嗎?如果電路板要放置在幾乎沒有移動的靜態(tài)環(huán)境中,則電路設(shè)計需要具有適當(dāng)?shù)撵`活性,以便可以輕松地將其安裝在產(chǎn)品中。或者,如果要將板放置在動態(tài)環(huán)境中(在該環(huán)境中板將不斷地來回彎曲),則在設(shè)計中需要考慮可承受連續(xù)運(yùn)動的靈活性。

應(yīng)用程序是否需要柔性板或剛性柔性板?如果產(chǎn)品需要單面表面安裝技術(shù),那么全柔性板是最佳選擇。如果產(chǎn)品需要雙面表面貼裝技術(shù),則需要一塊剛撓板。

無論是硬件工程師,機(jī)械工程師還是經(jīng)驗(yàn)豐富的版圖設(shè)計師,每個人都對第一次布置柔性電路感到有些擔(dān)憂。他們的假設(shè)是設(shè)計柔性電路的方法與剛性電路板非常不同。但事實(shí)是,布置柔性電路與剛性板非常相似,只是有一些區(qū)別。您就像在一塊剛性板上一樣,在軟件中設(shè)置所有層。輸出文件都是一樣的。唯一真正的區(qū)別是覆蓋層,加勁層和一些基本設(shè)計規(guī)則。了解柔性電路實(shí)際上會彎曲,這意味著您需要確保關(guān)鍵特征(例如通孔,端接跡線和銳角)遠(yuǎn)離彎曲區(qū)域。柔性電路是由聚酰亞胺材料制成的,因此加工起來更加困難,因此,請保持盡可能大的走線,過孔,環(huán)形圈,焊盤和間距。我經(jīng)常被問到可以使用多小的跡線或通過它。您可以隨心所欲地變小,但是制造起來會更加困難,并且可靠性發(fā)揮了作用。與在柔性電路板上相比,在剛性板上可以實(shí)現(xiàn)更多緊密功能。通常在剛性板上,在外層上施加阻焊層以保護(hù)銅特征。在柔性板上,外部銅部件通常由覆蓋層保護(hù)。在設(shè)計文件中,布局設(shè)計師應(yīng)創(chuàng)建與阻焊層相同的覆蓋層。柔性設(shè)計的最后一個區(qū)別是加勁肋。加強(qiáng)筋用于為柔性電路板的某些區(qū)域添加支撐。加強(qiáng)筋可以位于柔性電路的多個區(qū)域中,并且可以位于板的任一側(cè)。在設(shè)計文件中,如果所有加勁肋都在一個文件中表示,則需要在制造圖紙中標(biāo)識出它們應(yīng)應(yīng)用于板的哪一側(cè)。否則,應(yīng)為柔性電路的頂部和底部加強(qiáng)筋創(chuàng)建單獨(dú)的層。

如果需要對柔性電路板上的特定區(qū)域提供額外的支持,或者需要對所連接的組件或連接器進(jìn)行保護(hù),則最佳選擇是在設(shè)計中包括加勁肋。這將消除電路的移動并保護(hù)焊點(diǎn)的完整性。重要的是要記住,加強(qiáng)筋最好放在它所支撐的組件的另一側(cè)。有多種類型的加勁肋可供選擇;聚酰亞胺,FR4,不銹鋼,鋁或許多其他選項(xiàng)。加勁肋的厚度取決于板的使用方式。加勁肋越厚,它提供的支撐越多。如果在狹小/狹窄的空間中使用板,則可能會需要加勁肋,而加勁肋的厚度可能會變薄。請參閱加脂劑圖片。

現(xiàn)在,設(shè)計師已經(jīng)完成了他的第一個撓性電路,他的任務(wù)是布置他的第一個剛性撓性電路。困惑和憂慮的程度上升了五倍。工程師經(jīng)常認(rèn)為板的撓性部分是膠粘的或以某種方式連接到板的剛性部分。請參閱剛性圖片。就像所有剛性和柔性板一樣,剛性-柔性的構(gòu)建也是通過將層堆疊在層上的方法來實(shí)現(xiàn)的。在設(shè)計剛?cè)峤Y(jié)合時,該方法與其他電路板相同。主要區(qū)別在于,剛性層的某些區(qū)域在設(shè)計文件中將為空白。電路板制造商將這視為柔性區(qū)域,并將相應(yīng)地計劃電路板。

與剛性電路板不同,柔性電路有很多變化,因此具有詳細(xì)的制造圖紙以伴隨設(shè)計非常重要。制造圖應(yīng)標(biāo)出所有細(xì)節(jié),因此制造商不應(yīng)忽略它。最糟糕的是讓制造商承擔(dān)您的要求。柔性電路具有許多移動變量,因此細(xì)節(jié)非常重要。

材料

柔性電路通常由聚酰亞胺材料制成。美國大多數(shù)制造商將使用杜邦公司生產(chǎn)的聚酰亞胺。由于成本和可用性,美國以外的制造商可能會使用其他材料供應(yīng)商。但是,由于柔性電路是獨(dú)特的,因此最好在原型中使用最終將用于批量生產(chǎn)的相同材料。在測試期間,您試圖查看柔性電路可以承受多少個周期。以下是有關(guān)柔性電路彎曲半徑的一般規(guī)則。展覽A

彎曲半徑規(guī)則只是一般準(zhǔn)則。確定撓性電路可以彎曲多少或承受多少個循環(huán)的絕對方法是對其進(jìn)行壓力測試。

有兩個因素將影響柔性電路可彎曲的程度。材料選擇非常重要。盡管板的厚度將決定柔性,但材料將有助于柔性電路的質(zhì)量和生命周期。柔性電路上使用的銅類型非常關(guān)鍵。市場上有兩種類型的銅,ED銅(沉積銅)和軋制退火銅。如果可能,應(yīng)避免使用ED銅,因?yàn)樗请婂児に嚕⑶毅~非常脆。輥退火銅是優(yōu)選的。銅被卷到撓性材料上,因此,它具有很好的延展性。話雖如此,在制造圖紙上標(biāo)注出紋理方向也很重要。您希望谷物沿著與彎曲方向相同的方向前進(jìn)。如有可能,實(shí)心銅區(qū)域(例如接地層)應(yīng)交叉影線。這將有助于使柔性電路更加靈活。

制造

現(xiàn)在設(shè)計已經(jīng)完成,讓我們盡快構(gòu)建柔性板。與所有工程項(xiàng)目一樣,此柔性板也落后于進(jìn)度,因此我們需要在明天之前使用它。畢竟,剛性板可以在一兩天內(nèi)完成,所以為什么不彎曲電路呢?停止!沒那么快,我的朋友。

在制造柔性電路時,需要更長的交貨時間。柔性板比傳統(tǒng)的剛性電路板更難制造,因此需要更多的制造時間。用聚酰亞胺材料制成的柔性電路。該材料薄,易碎且難以處理。通孔的鉆孔不同。電鍍通孔的化學(xué)方法不同。加勁肋和覆蓋層可能涉及很多手工工作。所有這些差異限制了大多數(shù)制造商建造柔性電路的時間超過了三個工作日。在這里,我們僅討論2層柔性電路。如果柔性電路的層數(shù)較高,則制造時間可能會延長到兩到三周。

現(xiàn)在,我們開始制造剛?cè)犭娐贰倱想娐反_實(shí)是一種完全不同的動物。Rigid-flex的前期計劃和凸輪設(shè)計很容易需要2-3天才能完成,然后才可以將板實(shí)際發(fā)布到生產(chǎn)車間。這項(xiàng)前期工程工作非常關(guān)鍵,因?yàn)橛矒闲孕枰扇≡S多不同的步驟,并且每個步驟對于成功制造硬撓性都是至關(guān)重要的。要注意的最重要的事情之一是剛?cè)峤Y(jié)合在一起。很少能在具有相似堆疊的制造車間看到多個剛?cè)峁ぷ鳌τ趧傂园澹?/span>6層板的處理方式相同。借助剛?cè)峤Y(jié)合,您可以在制造車間進(jìn)行56層的作業(yè),并且可以對它們進(jìn)行不同的處理。

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1號板-6層板-具有4層剛性和2層撓性。

板#2 --6層板-具有3層剛性和3層撓性。

板#3-6層板-4層剛性,具有2層撓性,但2層撓性層位于不同的層上。

剛?cè)犭娐分圃斓牧硪粋€困難是使用兩種不同類型的材料的結(jié)合。剛?cè)峤Y(jié)合是將剛性材料與柔性電路材料結(jié)合在一起。它們具有兩個不同的屬性,因此使用起來很棘手。這就是為什么您看不到太多電路板制造商在同一設(shè)施中制造剛性和柔性電路的原因。每個電路板制造商分別堅(jiān)持自己的最佳選擇。剛?cè)犭娐返淖畛R姽收蠚w因于電鍍過程。如果過孔的電鍍不正確,將導(dǎo)致空隙,破裂和分層。兩種不同的材料的Z軸膨脹率不同,因此電鍍不當(dāng)會輕易暴露出不良的質(zhì)量。

由于柔性電路的復(fù)雜性,材料成本,處理時間,化學(xué)藥品,鉆孔和處理,制造柔性板的成本高于傳統(tǒng)的剛性電路板的成本。有時,購買者對剛性電路和柔性電路的價格感到震驚。希望他們現(xiàn)在了解為什么會有價格差異,為什么柔性電路不能像傳統(tǒng)的剛性電路板一樣快地建造。

隨著電子產(chǎn)品的小型化,柔性電路將在電子工業(yè)中變得越來越普遍。盡管成本更高,但是柔性電路有許多有用的應(yīng)用。柔性電路可以折疊并擠入狹窄的空間。柔性電路可以在動態(tài)環(huán)境中來回移動。電子行業(yè)不再必須如此僵化。柔性電路可以幫助設(shè)計師擴(kuò)大想象力,開發(fā)更涼爽,更先進(jìn)的電子產(chǎn)品。

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