Copper에 무리를 주지 않는 Flex PCB Coverlay 개구부

새로운 데이터 패키지가 커버레이 층에 완벽한 90도 정사각형 오프닝과 함께 도착할 때, 제조 바닥에 특정한 침묵이 내려옵니다. 이것은 불가피한 엔지니어링 쿼리(EQ)를 예상하는 CAM 엔지니어의 침묵이거나, 더 나쁘게는 3주 후에 채워지는 폐기물 통의 침묵입니다.

고해상도 모니터 앞에 앉아 있는 디자이너에게, 그 날카로운 모서리들은 선명하고, 전문적이며, 정밀하게 보입니다. 그것은 그들이 평생 경로를 따라가는 딱딱한 보드의 직교 논리와 일치합니다. 그러나 열, 압력, 반복된 기계적 굽힘에 노출된 유연 회로의 물리적 세계에서는, 그 날카로운 모서리들은 구조적 결함입니다.

물리학은 CAD 레이아웃의 미적 취향에 신경 쓰지 않습니다. 유연 회로가 굽혀질 때, 힘은 표면 전체에 분포하다가 불연속점을 만납니다. 폴리이미드 절연 층인 커버레이의 정사각형 모서리(구리 위에 라미네이트된 폴리이미드 절연층)는 거대한 응력 집중점 역할을 합니다. 이는 굽힘의 기계적 에너지를 근본적인 구리 트레이스의 하나의 미세한 지점에 집중시킵니다. 그 결과, 소프트웨어상의 모든 설계 규칙 검사(DRC)를 통과하는 기판이지만, 힌지 또는 조밀한 밀폐구에 처음 설치될 때 치명적으로 실패하는 경우가 발생합니다.

살인 무기의 기하학

커버레이 오프닝을 딱딱한 솔더 마스크처럼 취급할 수 없습니다. 스택업을 하나의 보드가 아닌 다양한 재료들이 서로 싸우는 샌드위치로 시각화해야 합니다. 베이스는 폴리이미드, 도체는 구리, 상부층은 커버레이입니다. 이 샌드위치가 구부러질 때, 외부 층은 늘어나고 내부 층은 압축됩니다.

커버레이에 날카로운 90도 코너가 구리 트레이스를 가로지른다면, 이는 '기계적 노치'를 만듭니다. 커버레이는 접착제보다 뻣뻣하므로, 유연성이 조작될 때마다 칼날처럼 구리에 눌러집니다.

디자이너들은 종종 현대 레이저 커팅을 방어책으로 제시합니다. 그들은 레이저가 기계 CNC 드릴의 반경 제한 없이 폴리이미드를 완벽한 정사각형으로 제거할 수 있다고 주장합니다. 기술적으로는 맞지만 실질적으로는 무의미합니다. 도구의 능력은 재료의 역학을 무시하지 못합니다. 공장이 완벽한 정사각형을 절단하더라도, 응력 집중은 남아 있습니다. 그 모서리 아래를 지나가는 구리 트레이스는 주변보다 3배에서 5배까지 높은 변형률 스파이크를 경험할 수 있습니다.

슬라이딩 센서가 달린 카메라나 노트북 힌지와 같은 동적 애플리케이션에서는, 이것이 균열이 시작되는 지점입니다. 이는 커버레이 오프닝 가장자리에서 시작하여 구리를 통과하며, 1,000회 미만의 주기 후에 회로가 단선됩니다.

수정 방법은 설계에는 간단하지만, 기능에는 매우 중요합니다: 모든 커버레이 오프닝에는 곡선 모서리가 있어야 합니다. 표준 관습은 최소 0.2mm(약 8밀) 반경의 코너 반경을 규정합니다. 이는 응력을 곡선에 분산시켜 점에 집중되는 것을 방지합니다. 설계가 허용한다면, 더 큰 반경이 항상 더 좋습니다.

이 구멍들 근처에서 경로 추적을 시도하는 경우, “물방울” 또는 모서리 규칙이 적용됩니다. 덮개 구역에서 노출된 패드로의 전환은 결코 급격하지 않아야 합니다. 간단한 0.2mm 필렛이 전체 구조 문제를 해결하며, 잠재적인 필드 고장을 견고한 상호 연결로 바꿉니다.

점액 인자: 접착제는 액체이다

두 번째 근본적인 문제는 접합 자체의 특성입니다. 딱딱한 외장이 굳어지는 경질 기판에 사용되는 액상 포토이미어 솔더마스크(LPI)와 달리, 커버레이는 아크릴 또는 에폭시 접착제로 붙여진 폴리이미드의 고체 시트입니다.

적층 공정 동안, 적층 구조는 높은 온도와 압력에 노출됩니다. 이 단계에서 접착제는 액체화됩니다. 움직입니다. 흐릅니다.

이 ‘압출’은 고밀도 인터커넥트의 적입니다. 설계자가 구리 패드 크기와 정확히 일치하는 커버레이 구멍(1:1)을 만들 경우, 접착제는 적층 동안 필연적으로 패드 표면에 흘러나옵니다. 이 흘러나온 것은 종종 투명하고 미세하며, 금 또는 주석 마감과 소자 리드 사이에 보이지 않는 장벽을 형성합니다.

조립 업체는 이를 ‘패드 적시 실패’ 또는 ‘결함 도금’으로 보고할 것입니다. 그들은 솔더 볼 형성 및 패드에 달라붙지 않는 사진을 보내겠지만, 근본 원인은 도금 화학이 아닙니다. 적층의 물리학입니다. 접착제는 패드에 0.05mm에서 0.15mm까지 흐르고 이를 절연시킵니다.

접착제 흐름은 프리프레그의 연령, 적층 프레스의 압력, 특정 소재 브랜드(듀폰 파이랄럭스 또는 일반적인 등급)에 따라 달라지기 때문에, 설계는 최악의 경우를 고려해야 합니다. 업계 표준은 커버레이 구멍을 최소 0.25mm(10밀리미터) 더 크게 설계하는 것입니다. 패드보다 더 크게 설계해야 합니다. 이는 접착제가 흐를 수 있는 ‘댐’ 영역을 제공하며, 솔더 표면을 침범하지 않도록 합니다. 10밀리미터의 공간이 존재하지 않는 매우 치열한 피치의 경우, 설계자는 ‘저유량’ 접착제를 사용하거나 레이저 직접 이미징(LDI) 솔더마스크로 전환해야 하지만, 이는 자체적인 기계적 위험이 수반됩니다.

매우 좁은 간격인 10밀스가 존재하지 않는 경우, 디자이너는 '저유량' 접착제를 지정하거나 레이저 직접 이미징(LDI) 솔더마스크로 전환해야 하며, 이 경우에도 자체 기계적 위험이 따릅니다.

앵커와 재료 신화

경질로서는, FR4 코어에 대한 구리 접착력은 매우 강합니다. 플렉스에서는, 구리가 부드러운 폴리머층 위에 떠 있는 것과 같습니다. 재플로우 또는 수작업 솔더링 중 열이 가해질 때, 열 팽창 불일치로 인해 작은 구리 패드가 기판에서 바로 벗겨질 수 있습니다. 이것이 ‘패드 띄우기’이며, 재작업 폐기의 주요 원인입니다.

커버레이는 패드를 고정하는 데 도움을 주지만, 구멍이 구리를 가두도록 설계된 경우에만 그렇습니다. 더 큰 커버레이 구멍으로 완전히 노출된 간단한 사각형 패드는 기계적 유지력을 갖추고 있지 않습니다. 이는 전적으로 접착제의 화학적 결합에 의존하는 것입니다.

이를 해결하기 위해, 설계자는 ‘앵커’, ‘스퍼’, 또는 ‘버니 이어’—커버레이 아래로 확장된 구리 돌기를 사용해야 합니다. 커버레이는 기계적 클램프로 작용하여, 솔더링 시에 메인 패드가 들어올리지 않도록 스퍼를 고정합니다.

유연 회로에서는, LPI(액상 포토이미어) 솔더마스크—그린 컬러—를 사용하여 이러한 기하학적 문제를 회피하는 유혹이 자주 있는데, 이로 인해 더 작은 댐과 사각 코너가 가능합니다. 하지만, LPI는 깨지기 쉽습니다. 정적인 적용(설치·적합 시)에는 허용됩니다. 하지만, 어떤 동적 적용에서도, LPI는 마른 진흙처럼 갈라지며, 이것이 도금이 균열된 마스크가 구리 내부로 확산되어, 사각형 커버레이 코너만큼이나 효과적으로 트레이스를 절단하게 만듭니다. 만약 적용이 엄격히 정적이 아니면, 표준 폴리이미드 커버레이가 필수입니다.

제조 바닥 규칙

엔지니어링 쿼리 큐에서 디자인을 제외하고 제작 현장에서 고수율을 보장하기 위해 몇 가지 비협상의 규칙이 적용됩니다. 이것들은 미학적인 제안이 아니라 기계적 생존을 위한 요구사항입니다.

• Radii 코너: 모든 커버레이 오프닝은 최소 0.2mm의 코너 반경을 가져야 합니다. 날카로운 사각형은 안 됩니다.
• 짜내기 과다 방지용 오버사이즈: 접착제 흐름을 고려하여 오프닝은 패드보다 0.25mm(10밀리트) 더 크게 만들어야 합니다.
• 패드용 앵커: 지원되지 않는 패드에는 리프팅을 방지하기 위해 최소 0.15mm 이상 커버레이 아래로 연장된 구리 스퍼가 필요합니다.
• 물방울 모양: 모든 트레이스와 패드 전이부는 균열 방지를 위해 티어드롭되어야 합니다.

유연 회로에서 신뢰성은 가장 약한 모서리로 결정됩니다. 커버레이와 접착제의 재질 특성을 존중함으로써, 디자인은 CAD의 이론적 모델에서 현장에서 작동하는 현실로 이동합니다.