Règles d’ouverture de coverlay : dégagement, tolérance et erreurs courantes

Points clés à retenir

Définition du matériau : Le coverlay est une feuille solide de Polyimide (PI) avec une couche adhésive acrylique, contrairement au masque de soudure liquide, ce qui dicte des règles de conception uniques.
Débordement d'adhésif : Le principal défi de fabrication est le débordement de l'adhésif sur les pastilles pendant la lamination ; les règles de conception doivent tenir compte d'un écoulement de 0,05 mm à 0,10 mm.
Tolérance vs. Dégagement : La tolérance fait référence à la précision d'usinage (découpe à l'emporte-pièce vs. laser), tandis que le dégagement est l'espace conçu entre le bord de la pastille et l'ouverture du coverlay.
Ouvertures groupées : Pour les composants à pas fin (inférieur à 0,5 mm de pas), les ouvertures individuelles sont souvent impossibles ; des ouvertures « groupées » couvrant plusieurs pastilles sont nécessaires.
Largeur minimale de la bande : Le maintien d'une fine bande de coverlay entre les pastilles nécessite une largeur minimale (généralement 0,2 mm) pour garantir son adhérence et éviter qu'elle ne se rompe pendant le traitement.
Validation : Effectuez toujours une révision DFM pour vérifier si vos fichiers Gerber tiennent compte des taux d'expansion et de contraction spécifiques des matériaux flexibles.

Ce que signifient réellement les règles de conception des ouvertures de coverlay (tolérance et dégagement) (portée et limites)

Comprendre la définition fondamentale de ces règles est la première étape avant de se plonger dans les métriques spécifiques et les contraintes de fabrication. Les règles de conception des ouvertures de coverlay (tolérance et jeu) font référence aux paramètres géométriques spécifiques requis pour laminer avec succès une couche protectrice de Polyimide sur un PCB flexible sans contaminer les pastilles de soudure. Contrairement aux PCB rigides qui utilisent un masque de soudure liquide photogravable (LPI), les PCB flexibles utilisent généralement un coverlay — un film composite de Polyimide et d'adhésif. Parce que le coverlay est une feuille solide qui doit être percée, routée ou découpée au laser avant d'être alignée et laminée, il lui manque la précision d'enregistrement haute résolution du LPI.

Les « règles » régissent deux aspects principaux :

Jeu (Surdimensionnement) : De combien l'ouverture dans le coverlay doit être plus grande que la pastille de cuivre pour garantir que la pastille reste exposée même si le coverlay se déplace.
Tolérance : La marge d'erreur admissible dans la découpe physique et l'alignement de la feuille de coverlay.

Si ces règles sont ignorées, la couche adhésive s'écoulera sur les pastilles de cuivre pendant le processus de laminage à haute pression (connu sous le nom de « squeeze-out »), rendant le PCB insoudable. Chez APTPCB (APTPCB PCB Factory), nous soulignons qu'une conception flexible réussie commence par la reconnaissance que le coverlay est une pièce mécanique, et non seulement un revêtement chimique.

Métriques importantes (comment évaluer la qualité)

Une fois que vous comprenez l'étendue des contraintes du coverlay, vous devez les quantifier en utilisant des métriques de fabrication spécifiques pour garantir le rendement et la fiabilité. Le tableau suivant présente les métriques critiques qui définissent une implémentation réussie du coverlay. Ces valeurs déterminent si une conception est fabricable ou nécessite une modification.

Métrique	Pourquoi c'est important	Plage typique / Facteurs influençants	Comment mesurer
Débordement d'adhésif	Si l'adhésif déborde sur le pad, le composant ne peut pas être soudé.	0.05mm – 0.10mm (dépend de l'épaisseur de l'adhésif et du poids du cuivre). Un cuivre plus épais nécessite plus d'adhésif, augmentant le risque de débordement.	Microscopie optique après laminage ; mesuré du bord de la découpe au bord de la ligne d'adhésif.
Surdimensionnement de l'ouverture (Jeu)	Assure que le pad est exposé malgré le mouvement du matériau et le débordement d'adhésif.	0.15mm – 0.25mm plus grand que le pad de cuivre (0.075mm – 0.125mm par côté).	Comparaison des données Gerber (couche de coverlay vs. couche de cuivre).
Tolérance d'enregistrement	La précision d'alignement physique de la feuille de coverlay par rapport au motif de cuivre.	±0.15mm (Découpe par perçage/matrice) à ±0.05mm (Découpe laser).	Vérification d'alignement par rayons X ou analyse en coupe transversale.
Largeur minimale de la bande	La plus petite bande de coverlay pouvant exister entre deux ouvertures sans se soulever ni se rompre.	0.20mm (8 mil) minimum. En dessous de cette valeur, la bande peut se détacher ou ne pas adhérer.	Vérification des règles de conception (DRC) dans le logiciel CAO.
Anneau annulaire (Coverlay)	La quantité de coverlay chevauchant le matériau de base autour d'une caractéristique.	0,15 mm minimum. Prévient l'exposition du stratifié ou les vides d'adhésif.	Inspection visuelle de la carte finie.
Rayon de coin	Les coins vifs dans les ouvertures de coverlay agissent comme des concentrateurs de contraintes, entraînant des déchirures.	Rayon minimum de 0,15 mm – 0,25 mm.	Inspection de la géométrie CAO.

Guide de sélection par scénario (compromis)

Une fois les métriques définies, l'étape suivante consiste à choisir la bonne stratégie d'ouverture du coverlay en fonction de votre application spécifique et de vos exigences de densité.

Différentes conceptions électroniques imposent différentes contraintes sur les règles de conception des ouvertures de coverlay (tolérance et jeu). Une approche unique pour tous conduit souvent à des coûts inutiles ou à des échecs de fabrication.

Scénario 1 : Électronique grand public standard (sensible aux coûts)

Contexte : Production en grand volume où le coût est le principal facteur.
Stratégie : Utiliser le découpage à l'emporte-pièce (Die Cutting) ou le perçage CN (NC Drilling) pour les ouvertures de coverlay.
Compromis : Ces méthodes sont moins chères mais ont une précision inférieure (±0,15 mm).
Règle de conception : Vous devez utiliser des jeux plus importants (0,25 mm de surdimensionnement). Vous ne pouvez pas utiliser de composants à pas fin (inférieur à 0,8 mm de pas) avec des ouvertures individuelles.
Recommandation : Concevez les pastilles avec un espacement suffisant pour s'adapter aux tolérances plus larges de la découpe mécanique.

Scénario 2 : Flex à interconnexion haute densité (HDI)

Contexte: Smartphones, dispositifs médicaux portables ou capteurs avec des BGA ou connecteurs à pas fin.
Stratégie: Utiliser la découpe laser pour les ouvertures du coverlay.
Compromis: Coût plus élevé en raison du temps machine, mais offre une haute précision (±0,05 mm).
Règle de conception: Permet des dégagements plus serrés (0,10 mm de surdimensionnement).
Recommandation: Essentiel pour les conceptions où l'espace est limité. Même avec la découpe laser, le débordement d'adhésif reste un facteur.

Scénario 3: Composants SMT à pas fin (Ouvertures groupées)

Contexte: Circuits intégrés ou connecteurs avec un pas de 0,5 mm ou moins.
Stratégie: Mettre en œuvre des ouvertures groupées (une grande ouverture rectangulaire exposant une rangée de pastilles) plutôt que des ouvertures individuelles par pastille.
Compromis: Les ponts de masque de soudure entre les pastilles sont perdus, augmentant le risque de ponts de soudure pendant l'assemblage.
Règle de conception: Si la largeur de la bande entre les pastilles était <0,2 mm, vous devez utiliser une ouverture groupée.
Recommandation: Utiliser des "barrages de coverlay" uniquement si l'espace le permet; sinon, se fier à la conception du pochoir de pâte à souder pour contrôler les ponts.

Scénario 4: Applications de flexion dynamique

Contexte: Le PCB flexible agit comme une charnière (par exemple, écran d'ordinateur portable, téléphone pliable).
Stratégie: Optimiser les formes d'ouverture pour la contrainte mécanique.
Compromis: Limitations esthétiques; les ouvertures doivent être arrondies.
Règle de conception: Appliquer strictement les rayons d'angle. Pas d'ouvertures carrées.
Recommandation : Si possible, éloignez les ouvertures du coverlay de la zone de pliage immédiate. Reportez-vous aux Capacités des PCB flexibles pour les calculs spécifiques du rayon de courbure.

Scénario 5 : Interfaces rigide-flexible

Contexte : La zone de transition où le câble flexible pénètre dans la carte rigide.
Stratégie : Faire chevaucher le coverlay sur la section rigide.
Compromis : Augmente l'épaisseur à l'interface.
Règle de conception : Le coverlay doit s'étendre de 0,5 mm à 1,0 mm dans la section rigide pour éviter la concentration de contraintes au niveau de la ligne de transition.
Recommandation : Ne placez pas les ouvertures du coverlay exactement sur la ligne d'interface rigide-flexible.

Scénario 6 : Applications haute tension

Contexte : Électronique de puissance nécessitant des distances de fuite et d'isolement strictes.
Stratégie : Minimiser le cuivre exposé ; maximiser la couverture du coverlay.
Compromis : Un enregistrement plus précis est requis pour assurer une couverture complète des pistes non-pad.
Règle de conception : Assurez-vous que le coverlay chevauche les bords des pistes d'au moins 0,15 mm pour éviter les arcs électriques.
Recommandation : Vérifiez la rigidité diélectrique de la combinaison adhésif/PI spécifique utilisée.

De la conception à la fabrication (points de contrôle de l'implémentation)

Après avoir sélectionné la bonne stratégie, vous devez implémenter ces règles dans vos données CAO et vous préparer à la passation à la fabrication. La transition d'une conception numérique à un produit physique est l'endroit où la plupart des erreurs concernant les règles de conception des ouvertures de coverlay (tolérance et jeu) se produisent. Chez APTPCB, nous recommandons une liste de contrôle systématique en 10 points pour valider vos données avant la publication.

Vérification du surdimensionnement global : Vérifiez que toutes les ouvertures de coverlay sont globalement surdimensionnées d'au moins 0,15 mm (0,075 mm par côté) par rapport au plot de cuivre.
Conversion des ouvertures groupées : Identifiez tous les composants à pas fin (pas de 0,5 mm ou moins). Convertissez les ouvertures de plots individuelles en ouvertures "groupées" ou "fenêtres".
Vérification de la largeur de la bande : Exécutez un DRC pour trouver toutes les bandes de coverlay (bandes entre les ouvertures) plus étroites que 0,2 mm. Supprimez-les et fusionnez les ouvertures.
Compensation du flux d'adhésif : Assurez-vous que la conception suppose que l'adhésif empiétera de 0,05 mm dans l'ouverture. L'ouverture "effective" sera plus petite que l'ouverture "conçue".
Arrondi des coins : Sélectionnez toutes les ouvertures rectangulaires et appliquez un congé (rayon) d'au moins 0,15 mm pour éviter les déchirures.
Jeu des repères fiduciels : Assurez-vous que les repères fiduciels utilisés pour l'assemblage ont un jeu de coverlay suffisant afin que le système de vision puisse les reconnaître sans interférence d'adhésif.
Alignement des raidisseurs : Si vous utilisez des raidisseurs, vérifiez que les ouvertures de coverlay pour les trous traversants s'alignent avec les trous d'accès du raidisseur.
Inspection de la zone de pliage : Assurez-vous qu'aucune ouverture de coverlay n'est placée directement dans la zone de pliage dynamique, car la discontinuité crée un point de contrainte.
Cartographie des couches : Étiquetez clairement la couche comme "Coverlay Top" ou "Coverlay Bottom" dans les fichiers Gerber pour éviter toute confusion avec les couches de masque de soudure.
Notes de dessin : Ajoutez une note de fabrication spécifiant : "Les ouvertures du coverlay doivent être découpées au laser" ou "Les ouvertures du coverlay doivent être découpées à l'emporte-pièce" en fonction de vos exigences de tolérance.

Pour les conceptions complexes impliquant à la fois des sections rigides et flexibles, la consultation de nos directives pour les PCB rigides-flexibles peut aider à synchroniser les règles du coverlay avec les règles du masque rigide.

Erreurs courantes (et la bonne approche)

Même avec une liste de contrôle, les concepteurs tombent souvent dans des pièges causés par des habitudes acquises lors de la conception de PCB rigides.

Les erreurs suivantes sont les causes les plus fréquentes de blocages d'ingénierie (EQ) et de pertes de rendement liées aux règles de conception des ouvertures de coverlay (tolérance et jeu).

1. Application des règles de masque de soudure au coverlay

L'erreur : Concevoir des ouvertures de coverlay avec un rapport 1:1 par rapport au pad ou une minuscule expansion de 0,05 mm, similaire au masque de soudure LPI sur les cartes rigides.
La conséquence : Le coverlay se désaligne, couvrant une partie du pad. Le débordement d'adhésif couvre le reste.
La solution : Utilisez toujours un surdimensionnement minimum de 0,15 mm à 0,25 mm pour le coverlay.

2. Ignorer le débordement d'adhésif

L'erreur : Supposer que le bord du coverlay dans le fichier CAO est le bord exact du matériau sur la carte finie.
La Conséquence : La pâte à souder ne mouille pas le pad car les 0,05 mm extérieurs du pad sont recouverts d'un adhésif invisible.
La Solution : Concevez l'ouverture suffisamment grande pour que, même avec un débordement de 0,10 mm, le cuivre exposé restant respecte la surface de soudure minimale IPC.

3. Forcer des ponts entre les pads à pas fin

L'Erreur : Tenter de maintenir une bande de coverlay entre les pads d'un connecteur à pas de 0,5 mm pour éviter les ponts de soudure.
La Conséquence : La fine bande (souvent <0,1 mm) se brise pendant la fabrication, flottant librement et contaminant l'assemblage.
La Solution : Utilisez des ouvertures groupées (gang openings). Fiez-vous au pochoir de pâte à souder (et non au coverlay) pour gérer le volume de soudure et les ponts.

4. Coins Carrés dans les Zones Dynamiques

L'Erreur : Utiliser des coins vifs à 90 degrés pour les ouvertures près d'une charnière ou d'une zone de pliage.
La Conséquence : Le coverlay se déchire au coin après des flexions répétées, finissant par déchirer la piste de cuivre en dessous.
La Solution : Arrondissez toujours les coins. Les ouvertures circulaires ou ovales sont mécaniquement supérieures aux carrées.

5. Incohérence entre le masque de soudure et le coverlay

L'Erreur : Utiliser un masque de soudure LPI (version flexible) mais le concevoir avec des tolérances de coverlay, ou vice versa.
La Conséquence : Coût inutile (si utilisation de LPI avec des tolérances larges) ou échec de fabrication (si utilisation de coverlay avec des tolérances serrées).
La Solution : Décidez tôt : utilisez-vous du Coverlay (film) ou du LPI Flexible (liquide) ? Consultez nos Directives DFM pour connaître les différences spécifiques.

6. Négliger l'impact de l'épaisseur du cuivre

L'Erreur : Augmenter le poids du cuivre (par exemple, à 2oz ou 3oz) sans augmenter l'épaisseur de l'adhésif.
La Conséquence : Des bulles d'air (vides) se forment autour des pistes de cuivre car il n'y a pas assez d'adhésif pour combler les espaces.
La Solution : Un cuivre plus épais nécessite un adhésif plus épais (par exemple, un adhésif de 50um pour un cuivre de 2oz), ce qui augmente à son tour le débordement. Ajustez les tolérances d'ouverture en conséquence.

FAQ

Q : Quelle est la tolérance standard pour les ouvertures de coverlay ? R : Pour la découpe à l'emporte-pièce ou le perçage standard, la tolérance est typiquement de ±0.15mm. Pour la découpe laser, elle s'améliore à ±0.05mm.

Q : Puis-je utiliser un masque de soudure LPI (Liquid Photoimageable) au lieu du Coverlay ? R : Oui, le "LPI Flexible" existe. Il permet des tolérances plus serrées (similaires aux cartes rigides) et des bandes définies entre les pastilles à pas fin. Cependant, il est moins durable pour la flexion dynamique que le coverlay en polyimide. Il est sujet aux fissures s'il est plié brusquement.

Q : Comment gérer les ouvertures de coverlay pour les BGA à pas de 0.4mm ? R : Vous ne pouvez généralement pas utiliser de coverlay standard pour les BGA à pas de 0.4mm car la largeur de la bande serait trop petite. Vous devez utiliser soit un coverlay découpé au laser avec des ouvertures groupées, soit passer au masque de soudure LPI Flexible.

Q : Qu'est-ce qu'un "Coverlay Dam" ? A: Un barrage de coverlay est la bande de matériau restant entre deux ouvertures. Il nécessite une largeur minimale de 0,2 mm pour adhérer correctement au substrat.

Q: Le coverlay affecte-t-il l'impédance? A: Oui. La constante diélectrique du polyimide et de l'adhésif recouvre les pistes, abaissant l'impédance. Vous devez tenir compte du coverlay dans vos calculs d'impédance.

Q: Pourquoi la découpe laser est-elle plus chère? A: La découpe laser est un processus vectoriel (découpe d'une caractéristique à la fois), ce qui prend plus de temps que la découpe à l'emporte-pièce (estampage de toutes les caractéristiques en une seule fois) ou le perçage. Cependant, elle élimine le coût de fabrication d'un outil de découpe physique.

Q: Comment les règles de rayon de courbure des PCB flexibles sont-elles liées aux ouvertures de coverlay? A: Les ouvertures créent une discontinuité dans la rigidité du matériau. Si une ouverture est placée dans une zone de courbure, le stress se concentre sur les bords de l'ouverture. Placez toujours les ouvertures dans les sections rigides ou non pliables du circuit flexible.

Q: Quelle est la différence entre coverlay et masque de soudure sur PCB flexible? A: Le coverlay est un film laminé (haute résistance, haute flexibilité, précision inférieure). Le masque de soudure est un liquide imprimé (flexibilité inférieure, haute précision). Le coverlay est préféré pour presque toutes les applications flexibles, à moins que la densité des composants ne le rende impossible.

Glossaire (termes clés)

Terme	Définition
Coverlay (Film de protection)	Un matériau composite composé d'une couche de Polyimide (PI) et d'une couche adhésive acrylique, utilisé pour isoler les PCB flexibles.
Squeeze-Out	L'écoulement d'adhésif acrylique sous la couche de polyimide sur le plot de cuivre pendant la chaleur et la pression du laminage.
Gang Opening	Une seule grande ouverture dans le coverlay qui expose un groupe de plots (par exemple, une rangée de broches de CI) plutôt que des ouvertures individuelles pour chaque plot.
Web (Dam)	La bande étroite de matériau de coverlay restant entre deux ouvertures adjacentes.
Clearance	L'écart ou la distance conçue entre le bord du plot de cuivre et le bord de l'ouverture du coverlay.
Tolerance	L'écart admissible dans la position physique ou la taille de l'ouverture du coverlay pendant la fabrication.
LPI (Liquid Photoimageable)	Un type de masque de soudure appliqué sous forme liquide, exposé à la lumière UV et développé. Offre une plus grande précision que le coverlay mais moins de flexibilité.
Polyimide (PI)	Un polymère flexible à haute température utilisé comme matériau de base et couche de protection pour les PCB flexibles.
Registration	La précision d'alignement entre les couches (par exemple, l'alignement des ouvertures du coverlay avec les plots de cuivre).
Die Cutting	Un processus de découpe mécanique utilisant une matrice de découpe ou un outil de poinçonnage pour créer des ouvertures dans la feuille de coverlay.
Laser Cutting	Utilisation d'un laser UV ou CO2 pour ablater le matériau du coverlay, offrant une haute précision pour les conceptions à pas fin.
FPC (Flexible Printed Circuit)	L'acronyme industriel pour les PCB flexibles.

Conclusion (prochaines étapes)

Maîtriser les règles de conception des ouvertures de coverlay (tolérance et jeu) fait la différence entre un produit robuste et flexible et un cauchemar de fabrication rempli de défauts de soudure. En respectant la nature du matériau—spécifiquement le flux d'adhésif et les limites d'alignement mécanique—vous pouvez concevoir des cartes à la fois fonctionnelles et économiques.

En résumé, une exécution réussie nécessite :

Surdimensionner les ouvertures de 0,15mm–0,25mm.
Utiliser des ouvertures groupées pour les composants à pas fin.
Valider les largeurs de pont pour s'assurer qu'elles sont d'au moins 0,2mm.
Choisir la bonne méthode (Découpe Laser vs. Découpe à l'emporte-pièce) en fonction de vos besoins en densité.

Lorsque vous êtes prêt à passer du prototype à la production, APTPCB est là pour vous aider. Pour une révision DFM fluide et un devis précis, veuillez fournir :

Fichiers Gerber : Identifiant spécifiquement la couche de coverlay.
Diagramme d'empilement : Indiquant l'épaisseur du cuivre et les exigences d'épaisseur du coverlay.
Exigences spéciales : Indiquez si la découpe laser est obligatoire ou si des marques d'adhésif spécifiques sont requises.

Visitez notre Page de Devis pour soumettre vos fichiers, ou explorez nos Capacités de PCB Flexibles pour en savoir plus sur la façon dont nous gérons les conceptions flexibles complexes.