不對銅箔造成壓力的Flex PCB Coverlay開孔

當一個新的數據包到來時，在coverlay層有完美的九十度直角開口，施工現場會落下一種特定的寧靜。那是CAM工程師期待著不可避免的工程查詢（EQ）——或者更糟的是，三週後碎片箱逐漸填滿的寧靜。

對於坐在高解析度顯示器前的設計師來說，那些尖銳的角看起來銳利、專業且精確。它們與他們一生中經常進行路由的剛性電路板的正交邏輯相符。但在彈性電路的實物世界中，材料受到熱、壓力和反復機械彎曲的影響，這些尖銳角是結構上的負擔。

物理學不在乎你的CAD佈局的美學偏好。當彈性電路彎曲時，力會在表面上分散，直到遇到不連續點。覆蓋層中的方角——即鋪在銅上的聚酰亞胺絕緣層——充當大型應力集中點。它將彎曲的機械能集中到銅跡的單一微觀點。結果是，該電路通過了軟件中的每一個設計規則檢查（DRC），但在首次安裝於鉸鏈或緊密封閉的箱體中時就嚴重失效。

殺人武器的幾何形狀

你不能將coverlay開口視為剛性焊膏。你必須將堆疊不僅看作一個電路板，而是不同材料拼成的三明治，彼此抗爭。底層是聚酰亞胺；導體是銅；頂層是coverlay。當這個三明治彎曲時，外層拉伸，內層受壓。

如果coverlay上有一個銳角九十度跨越銅跡，它就會形成一個「機械缺口」。由於coverlay比其下的膠粘劑更堅硬，因此在每次彎曲時，它都像刀刃一樣壓在銅上。

設計師常會提到現代激光切割技術作為防御。他們認為激光可以在沒有機械CNC鑽頭半徑限制的情況下，將聚酰亞胺精確地燒蚀成正方形。這在技術上是正確的，但實用上卻無關緊要。工具的能力並不等於材料的力學特性。即使工廠切割出一個完美的正方形，應力集中依然存在。位於該角下的銅跡將經歷一個比周圍區域高出3到5倍的應變峰值。

在像照相機滑動傳感器或筆記本電腦鉸鏈這樣的動態應用中，裂縫通常從coverlay開口的邊緣開始產生。它沿著銅路擴展，並在不到1000次循環後導致電路斷開。

解決方案在設計上很簡單，但在功能上卻至關重要： 每個coverlay開口都必須有圓角。 標準做法規定最小圓角半徑為0.2毫米（約8密耳）。這樣可以使應力沿著弧線分散，而不是集中在一點上。如果設計允許，較大的半徑總是更好。

對於那些試圖在這些開口處進行線迹追蹤的人來說，“水滴”或倒角規則適用。從覆蓋區域到裸露焊盤的過渡應該絕不突然。一個簡單的0.2mm倒角就能解決整個結構問題，將潛在的場失效轉變為堅固的互連。

黏稠因子：黏合劑是液體

第二個根本問題是連接本身的性質。與用於剛性板的液態感光焊料遮罩（LPI）不同，焊料罩是一層用丙烯酸或環氧樹脂膠黏而成的堅硬塑膠片。

在層壓過程中，堆疊會受到高溫和壓力。在這個階段，膠黏劑會液化。它會移動。它會流動。

這種“擠出”是高密度互連的敵人。如果設計師創建的焊料罩開口與銅焊盤大小完全匹配（1:1），在層壓過程中，膠黏劑不可避免地會滲出到焊盤表面。這些滲出物常透明且微小，形成在金或錫涂層與元件引線之間的看不見的屏障。

裝配工廠會報告這是“焊盤濕潤失敗”或“鍍層缺陷”。他們會發送焊球堆積且拒付焊盤的照片。不過，根本原因不是鍍層化學反應，而是層壓的物理性質。膠黏劑流動到了焊盤上0.05mm至0.15mm，隔絕了焊盤。

由於膠黏劑的流動會根據預浸料的老化程度、層壓壓力和特定材料品牌（杜邦Pyralux與通用等級）而變化，設計必須考慮最壞情況。行業標準是將焊料罩開口放大至少 0.25mm（10密耳） 比焊盤暴露部分大。這提供了一個“壩”區域，膠黏劑可以在不侵犯可焊表面的情況下流動。

對於極度緊密的焊點距離，即沒有10密耳空間，設計師必須指定“低流”膠黏劑或切換到激光直接成像（LDI）焊料罩，雖然這會帶來其自身的機械風險。

錨點與材料神話

在剛性領域，銅與FR4核心的附著力非常強。在柔性領域，銅實際上漂浮在一層軟聚合物上。當進行回流或手工焊接時施加熱量，熱膨脹不匹配可能導致小的銅焊盤從底材剝離。這就是“焊盤起泡”，也是返工廢料的主要原因之一。

覆蓋層有助於固定焊盤，但前提是開口設計用於攔截銅。由較大覆蓋層開口完全暴露的簡單矩形焊盤沒有任何機械固定。它完全依賴於膠黏劑的化學鍵合。

為了解決這個問題，設計師必須使用“錨”，"刺"或“兔耳”，即銅的突出部分延伸到覆蓋層下方。覆蓋層充當機械夾子，將突出部分固定住，以防止主焊盤在焊接過程中起泡。

通常有人會產生傾向，忽略這些幾何問題，直接在柔性電路上使用液相感光焊膏（LPI）- 那種綠色的材料。它允許更緊的圍壩和方形角落。然而，LPI很脆。在靜態應用（安裝預合）中是可以接受的。但在任何動態應用中，LPI會像河岸上的乾裂泥土一樣裂開。一旦裂縫產生，會傳播到銅層，像方形覆蓋層角一樣割斷走線。除非應用完全靜態，否則必須使用標準的聚酰亞胺覆蓋層。

製作樓層規則

為了將設計排除在工程查詢隊列外並確保生產線的高良率，有一些不可協商的規則。這些不是美觀建議，它們是機械存活的必需條件。

• 圓角: 所有覆蓋層開口的角半徑必須至少為 0.2mm。禁止鋒利的方形角。
• 過大以防擠出: 開口應比焊盤大 0.25mm（10 毫米）以考慮膠粘劑流動。
• 焊盤的錨點: 任何無支撐的焊盤需要銅針延伸至少 0.15mm 以防止 lifted。
• 水滴腳: 所有走線到焊盤的轉接必須做成水滴形，以防接頭裂開。

柔性電路的可靠性取決於最弱角落。通過尊重覆蓋層和膠粘劑的材料特性，設計從 CAD 中的理論模型轉變為現場實行的現實。