Открытые участки защиты гибкой платы PCB, которые не создают напряжения в медной трассе

Существует особый вид тишины, который окутывает линию сборки при поступлении нового пакета данных с идеально квадратными, на девяносто градусов прорезами в слое coverlay. Это тишина инженера CAM, ожидающего неизбежного инженерного вопроса (EQ), или, что хуже, тишина заполненной корзины для отходов через три недели.

Для дизайнера, сидящего перед экраном с высоким разрешением, эти острые углы выглядят четко, профессионально и точно. Они соответствуют ортогональной логике жестких плат, которые он маршрутизировал на протяжении всей карьеры. Но в физическом мире гибких цепей, где материалы подвергаются нагреву, давлению и повторному механическому изгибу, эти острые углы являются структурными недостатками.

Физика не заботится о эстетических предпочтениях вашего макета CAD. Когда гибкая цепь изгибается, силы распространяются по поверхности, пока не столкнутся с разрывом. Квадратный угол в coverlay — полимерной изоляционной слое, ламинате из полиимида над медью — действует как крупный концентрационный узел напряжения. Он фокусирует механическую энергию изгиба в отдельную микроскопическую точку на подложке из меди. Результатом является плата, которая проходит все проверки правил проектирования (DRC) в программном обеспечении, но разрушивается катастрофически при первой же установке в него в петлях или плотных корпусах.

Геометрия убийственного инструмента

Вы не можете рассматривать отверстия в coverlay как жесткую маску для пайки. Вам нужно воспринимать стек из слоев не как одну плату, а как сэндвич из разнородных материалов, борющихся друг с другом. Основа — полиимид; проводник — медь; верхний слой — coverlay. Когда этот сэндвич изгибается, внешние слои растягиваются, а внутренние сжимаются.

Если у coverlay есть острый, на девяносто градусов угол, пересекающий медный проводник, он создает «механический вырез». Coverlay жестче, чем клей, находящийся под ним, поэтому он действует как острый нож, вдавливающийся в медь при каждом изгибе.

Дизайнеры часто ссылаются на совремственную лазерную резку как на защиту. Они утверждают, что лазеры могут аблятивно удалять полиимид в идеальный квадрат без радиусных ограничений механической сверлильной фрезы. Это технически верно, но практически несущественно. Возможности инструмента не отменяют механики материала. Даже если мастерская вырезает идеальный квадрат, концентрация напряжений сохраняется. Медь, расположенная под этим углом, почувствует всплеск деформации, который может быть в 3-5 раз выше, чем в окружающих областях.

В динамических приложениях — например, в сенсоре с перемещением в камере или в петле ноутбука — именно тут начинается трещина. Она распространяется от края отверстия в coverlay, через медь, и приводит к разрыву цепи при менее чем 1000 циклах.

Исправление тривиально в дизайне, но критически важно в функции: каждое отверстие в coverlay должно иметь радиусную скругленность угла. Стандартная практика предписывает минимальный радиус скругления 0.2 мм (примерно 8 мил). Это позволяет распределять напряжение по кривой, а не сосредотачивать его в точке. Если дизайн допускает, всегда лучше использовать больший радиус.

Для тех, кто пытается прокладывать трассы вокруг этих отверстий, применяется правило “слезы” или скругления. Переход от покрытой области к открытому контактному участку никогда не должен быть резким. Простое скругление на 0.2 мм решает всю структурную проблему, превращая потенциальное поле-отказ в надежное соединение.

Фактор Литости: Клей — это жидкость

Вторая фундаментальная проблема — это сама природа крепления. В отличие от жидкой фоточувствительной покраски для пайки (LPI), используемой на жестких платах, которая затвердевает в твердую оболочку, coverlay — это твердый лист полиимидного материала, приклеенный на клей акрилового или эпоксидного типа.

В процессе ламинации наброска кусков материалы подвергается высоким температурам и давлению. На этом этапе клей расплавляется. Он движется. Он течет.

Это “выдавливание” — враг высокоплотных межсоединений. Если дизайнер создает отверстие в покрытии, которое точно соответствует размеру медного контакта (1:1), клей неизбежно вытечет на поверхность контакта во время ламинации. Такое вытекание часто прозрачное и микроскопическое, формируя невидимый барьер между золотым или оловянным покрытием и выводом компонента.

Сборочный цех сообщит о этом как о «неудаче смачивания контакта» или «недостаточной гальванике». Они вышлют фотографии пузырей и отказа клея прилипнуть к контакту. Причина, однако, не в химии покрытия. Это физика ламинации. Клей протек на контакт на расстояние от 0.05 мм до 0.15 мм, изолируя его.

Поскольку течение клея зависит от возраста исходной пресловутой: покрытия, давления пресса для ламинации и конкретного бренда материала (DuPont Pyralux против универсальных аналогов), дизайн должен учитывать худший сценарий. Стандарт промышленности — увеличить отверстие coverlay хотя бы на 0.25 мм (10 мил). больше, чем контакт, который он открывает. Это создает «дамбу», где клей может течь без нарушения срабатывания паять поверхностных участков.

Для очень плотных шагов, при которых отсутствует пространство в 10 мил, дизайнер должен использовать «низкодвижущиеся» клеи или переключиться на лазерную технологию воссоздания (LDI) для нанесения пайки, хотя это сопряжено с рискованными механическими последствиями.

Якоря и мифы о материалах

В мире жестких плат медное прилипание к основе FR4 чрезвычайно сильное. В гибком мире медь фактически плавает на слое мягкого полимера. Когда при пайке или ручном подключении применяется тепло, несоответствие расширения может привести к тому, что небольшие медные контакты отслоятся прямо от базового материала. Это «подъем контакта», и одна из главных причин повторного изготовления.

Coverlay помогает держать контакты опущенными, но только в том случае, если отверстие спроектировано так, чтобы захватывать медь. Простое прямоугольное контактное соединение, полностью открытое более крупным отверстием coverlay, не имеет механического фиксатора. Он полагается исключительно на химическую связь клея.

Для этого дизайнеры должны использовать «якоря», «шипы» или «ухи» — выступы меди, которые выступают под coverlay. Coverlay действует как механическая зажимная скоба, удерживая шип снизу, чтобы основной контакт не отслоился во время пайки.

Часто встречается соблазн обойти все эти геометрические сложности, просто используя жидкую фоточувствительную (LPI) пайку — зеленый материал — на гибких цепях. Он позволяет сделать плотнее заделы и углы с квадратными краями. Однако LPI хрупкий. В статическом применении (установка по месту), это допустимо. Но в любом динамическом применении LPI треснет, как высохшая грязь на изгибающемся берегу реки. После трещины маска распространяется в медь, прорезая трассы так же эффективно, как и квадратный угол coverlay. Если только применение не строго статическое, обязательна стандартная полиимидная coverlay.

Правила цеха изготовления

Чтобы избежать попадания дизайна в очередь по инженерным вопросам и обеспечить высокий выход на производственной площадке, существуют несколько незаменимых правил. Это не эстетические рекомендации. Это требования для механического выживания.

• Радиус закругления уголков: Все отверстия для покрывных слоёв должны иметь минимальный радиус угла 0.2 мм. Нет острых квадратов.
• Избыточный размер для выхода за рамки: Открытия должны быть на 0.25 мм (10 милс) больше, чем контактная площадка, чтобы учесть поток клея.
• Якоря для контактов: Любая неподдерживаемая контактная площадка требует медных шпор как минимум на 0.15 мм под покрывным слоем, чтобы предотвратить поднимание.
• Каплеобразные формы: Все переходы от дорожки к контактной площадке должны иметь каплеобразную форму, чтобы предотвратить трещины в месте соединения.

Надёжность гибких схем определяется самым слабым углом. Соблюдая свойства материала покрывного слоя и клея, дизайн переходит от теоретической модели в CAD к функционирующей реальности на поле.