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从设计第一个挠性电路开始的学习之旅

三月 07, 2019 | I-Connect007
从设计第一个挠性电路开始的学习之旅

有过这种经历吗?你正在设计第一个挠性电路——只有两层的简单电路。线宽和线间距都相对较大,孔的大小没有任何限制,这似乎是一个可以用来练手的完美设计。 

完成初步研究后,进行布线,把设计文件发出去询价,然后下订单,非常自信地完成一系列操作。有一些与材料有关的工程问题,你做了一些记录,以便在未来应用,如关于覆盖层的更多具体要求,是否需要挠性阻焊膜或基膜覆盖层。 

一切进展顺利,电路交付、组装及安装都按计划完成了。但接下来出现了一些问题,需要排除故障。从哪儿开始入手?完成令人痛苦的检查过程后,你发现是有一个元器件太重太大,挠性电路没有补强部分无法支撑这样的元器件,在安装期间破坏了电路的布线。快速进行重新设计,增加了补强板,又重新下单生产,完成了该项目。以我这几年的经验来看,第一次设计挠性电路或刚挠性电路时,这是每个设计人员都会经历的过程。 

有了这次学习后,我向一些客户和业界朋友请教,请他们分享关于他们第一次设计挠性电路的经历,包括“恍然大悟”时刻及对新挠性电路设计人员的建议。有一些问题是大家都共同经历过的。 

材料

在一些设计中,材料选择非常关键,特别是在动态挠性应用中,所有人的经历告诉我们,在第一次设计挠性电路时,可用的材料选项远比你想象的复杂。必须要做出几个决策:采用RA铜箔还是ED铜箔、采用带粘接剂材料还是无粘接剂材料、铜箔厚度、电介质厚度、覆盖层或挠性阻焊膜、增强板类型、聚酰亚胺还是FR-4?权衡挠性电路的终端使用、可用材料、成本,从而做出决策,要求设计人员具备一定的技能和知识。 

多层堆叠使电路变厚,弯曲电路时铜会裂开,这时就需要确定是否采用挠性电路。这种经历很常见,我也经历过。顺便说一下,大多数设计人员在叠层中采用非粘合层来解决这个问题。 

另一个常见问题是材料交付时间似乎比预期时间要长,叠层问题比预期也要多。在库存、喜好、制造商之间的产能方面有很多变量。这方面的建议是:“在设计期间就与制造商密切合作,了解制造商的生产能力。”

 

导体布线

导体布线方法是需要学习的另一方面。几乎每个人都有过布线开裂的经历,解决之后,他们会对挠性电路设计及其性能更自信。挠性电路是机械与电气设计的混合产物,会引入很多变量。 

我曾经有过这样的经历。要求采用双面电路的应用希望电路在安装和测试期间是可弯折的,但在产品寿命期间则不需要电路可弯折。第一次设计时采用了实芯铜做屏蔽,制造时采用了带粘接剂的材料。但在安装期间,电路在弯折区域开裂了。 

修订设计时实施了几个新想法。布线垂直于弯折区域,材料换为不带粘接剂的,增加了交叉网屏蔽。这些措施都是提高挠性的好办法。但第2次设计生产后,在同样的位置还是出现了开裂。 

第3次设计时,布线只出现在弯折区域的一侧,去除弯折区域所有的铜。另外,在发生弯折的区域增加了聚酰亚胺增强板,提供更直接的支撑。尽管在这次设计中几乎采用了所有的最佳方法,但还是出现了开裂。当他们意识到电路不仅是受到了来自已知区域的应力作用,而且当该单元工作时,它还受到了来自另一个轴施加的应力后,问题终于得到解决。第4次重新设计后,电路上的开裂消除了。对于所有参加该单元设计生产的人来说,这是一次痛苦的经历,但也是非常好的一课,通过这次学习,对于以后设计中的挠性有了更深入的了解。 

我收到了很多关于导体布线的实用建议。其中的几个主要建议,包括避免导体尺寸和方向发生突然变化,使导体均匀且垂直于弯折区域,增加所有内弯半径,使焊盘图形更大以增加应力释放,增加固定焊盘的连接点以减少组装过程中焊盘浮起的机会。

 

增加挠性

另一个讨论主题是通过增加挠性的各种选项获得设计经验。过去的设计实例提供了导体布线的很多技巧。对于需要考虑的另外选项,有经验的设计人员分享了他们的智慧,特别是动态弯折及应用相关,或要求的弯曲半径比推荐值更严苛时。他们分享的关键经验有:考虑去除弯折区域的材料;可以是电路中的切口,或去除覆盖层和粘接剂,形成更薄的组装件总厚度;要求图形电镀,只增加电镀通孔的铜,在制板的其他部分则不增加铜,就可去除设计中的ED铜箔;增加增强板去除包装中其他区域的应力点,从而使这些区域能更好地承受应力。 

学习过程一定是很有趣的。每个人在最初接触挠性电路时都可以学到新知识、收获经验。在找到问题的真相后,人们会自嘲,但我确信在当时只会感觉很有趣。挠性电路是PCB市场正在成长的领域,越来越多的应用要求采用挠性电路。 

对于那些刚接触挠性电路的新人,或考虑在其今后的设计中采用挠性电路的人来说,几乎我接触过的每个人都会重复给予的建议是——尽早与你的制造商开始合作。我非常同意这个建议。这样不仅会避免材料可用性问题,制造商每天的工作都与挠性电路设计有关,他们非常愿意分享经验,帮助你制造可以正常运行的产品。所以你应该充分利用他们的专长!

 

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标签:
#设计  #FPC 


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