Правила окон coverlay: зазоры, допуски и типичные ошибки

Ключевые выводы

Определение материала: Коверлей представляет собой сплошной лист полиимида (ПИ) с акриловым клеевым слоем, в отличие от жидкой паяльной маски, что диктует уникальные правила проектирования.
Выдавливание клея: Основная производственная проблема — это растекание клея на контактные площадки во время ламинирования; правила проектирования должны учитывать растекание на 0,05 мм–0,10 мм.
Допуск против зазора: Допуск относится к точности обработки (вырубка против лазера), тогда как зазор — это спроектированный промежуток между краем контактной площадки и отверстием коверлея.
Групповые отверстия: Для компонентов с малым шагом (менее 0,5 мм) индивидуальные отверстия часто невозможны; требуются «групповые» отверстия, охватывающие несколько контактных площадок.
Минимальная ширина перемычки: Сохранение тонкой полоски коверлея между контактными площадками требует минимальной ширины (обычно 0,2 мм), чтобы обеспечить ее прилипание и предотвратить разрыв во время обработки.
Проверка: Всегда выполняйте проверку DFM, чтобы убедиться, что ваши файлы Gerber учитывают специфические коэффициенты расширения и сжатия гибких материалов.

Что на самом деле означают правила проектирования отверстий коверлея (допуск и зазор) (область применения и границы)

Понимание основного определения этих правил является первым шагом, прежде чем углубляться в конкретные метрики и производственные ограничения. Правила проектирования отверстий в защитном слое (допуск и зазор) относятся к конкретным геометрическим параметрам, необходимым для успешного ламинирования защитного слоя полиимида на гибкую печатную плату без загрязнения контактных площадок. В отличие от жестких печатных плат, использующих жидкую фоточувствительную паяльную маску (LPI), гибкие печатные платы обычно используют защитный слой (coverlay) — композитную пленку из полиимида и клея. Поскольку coverlay представляет собой сплошной лист, который необходимо сверлить, фрезеровать или вырезать лазером перед выравниванием и ламинированием, ему не хватает высокой точности совмещения LPI.

«Правила» регулируют два основных аспекта:

Зазор (Увеличение): Насколько большим должно быть отверстие в защитном слое по сравнению с медной площадкой, чтобы гарантировать, что площадка останется открытой, даже если защитный слой сместится.
Допуск: Допустимый предел погрешности при физической резке и выравнивании листа защитного слоя.

Если эти правила игнорируются, клеевой слой будет растекаться по медным площадкам во время процесса ламинирования под высоким давлением (известного как «выдавливание»), делая печатную плату непригодной для пайки. В APTPCB (APTPCB PCB Factory) мы подчеркиваем, что успешное проектирование гибких плат начинается с признания того, что защитный слой является механической частью, а не просто химическим покрытием.

Важные метрики (как оценивать качество)

Как только вы поймете объем ограничений защитного слоя, вы должны количественно оценить их, используя конкретные производственные метрики для обеспечения выхода годных изделий и надежности. В следующей таблице представлены критические метрики, определяющие успешную реализацию защитного покрытия (coverlay). Эти значения определяют, является ли конструкция пригодной для производства или требует модификации.

Метрика	Почему это важно	Типичный диапазон / Влияющие факторы	Как измерять
Выдавливание клея	Если клей попадает на контактную площадку, компонент не может быть припаян.	0.05mm – 0.10mm (зависит от толщины клея и веса меди). Более толстая медь требует больше клея, что увеличивает риск растекания.	Оптическая микроскопия после ламинирования; измеряется от края выреза до края клеевой линии.
Превышение размера отверстия (Зазор)	Обеспечивает обнажение контактной площадки, несмотря на движение материала и растекание клея.	0.15mm – 0.25mm больше, чем медная контактная площадка (0.075mm – 0.125mm на сторону).	Сравнение данных Gerber (слой защитного покрытия vs. медный слой).
Допуск на совмещение	Точность физического совмещения листа защитного покрытия с медным рисунком.	±0.15mm (Сверление/Вырубка) до ±0.05mm (Лазерная резка).	Рентгеновская проверка совмещения или анализ поперечного сечения.
Минимальная ширина перемычки	Наименьшая полоска защитного покрытия, которая может существовать между двумя отверстиями без отслаивания или разрыва.	0.20mm (8 mil) минимум. Ниже этого значения перемычка может отслоиться или не приклеиться.	Проверка проектных правил (DRC) в программном обеспечении САПР.
Кольцевой зазор (Coverlay)	Количество защитного слоя (coverlay), перекрывающего базовый материал вокруг элемента.	Минимум 0,15 мм. Предотвращает обнажение ламината или пустоты клея.	Визуальный осмотр готовой платы.
Радиус угла	Острые углы в отверстиях защитного слоя действуют как концентраторы напряжений, приводя к разрывам.	Минимальный радиус 0,15 мм – 0,25 мм.	Проверка геометрии CAD.

Руководство по выбору по сценариям (компромиссы)

С учетом определенных метрик, следующим шагом является выбор правильной стратегии открытия защитного слоя в зависимости от вашего конкретного применения и требований к плотности.

Различные электронные конструкции накладывают различные ограничения на правила проектирования отверстий защитного слоя (допуск и зазор). Универсальный подход часто приводит к ненужным затратам или производственным сбоям.

Сценарий 1: Стандартная бытовая электроника (чувствительная к стоимости)

Контекст: Крупносерийное производство, где стоимость является основным фактором.
Стратегия: Использовать вырубку (Die Cutting) или ЧПУ-сверление (NC Drilling) для отверстий защитного слоя.
Компромисс: Эти методы дешевле, но имеют более низкую точность (±0,15 мм).
Правило проектирования: Вы должны использовать большие зазоры (0,25 мм переразмер). Вы не можете использовать компоненты с мелким шагом (менее 0,8 мм) с индивидуальными отверстиями.
Рекомендация: Проектируйте контактные площадки с достаточным расстоянием, чтобы учесть более свободные допуски механической резки.

Сценарий 2: Гибкие соединения высокой плотности (HDI)

Контекст: Смартфоны, медицинские носимые устройства или датчики с BGA-корпусами или разъемами с малым шагом.
Стратегия: Использование лазерной резки для создания отверстий в защитном покрытии (coverlay).
Компромисс: Более высокая стоимость из-за машинного времени, но обеспечивает высокую точность (±0,05 мм).
Правило проектирования: Позволяет использовать более жесткие допуски (перекрытие 0,10 мм).
Рекомендация: Крайне важно для конструкций, где пространство ограничено. Даже при лазерной резке выдавливание клея остается фактором.

Сценарий 3: Компоненты SMT с малым шагом (групповые апертуры)

Контекст: Интегральные схемы или разъемы с шагом 0,5 мм или менее.
Стратегия: Применение групповых апертур (одно большое прямоугольное отверстие, открывающее ряд контактных площадок) вместо индивидуальных отверстий для каждой площадки.
Компромисс: Перемычки паяльной маски между контактными площадками теряются, что увеличивает риск образования перемычек припоя во время сборки.
Правило проектирования: Если ширина перемычки между контактными площадками будет <0,2 мм, необходимо использовать групповую апертуру.
Рекомендация: Используйте "перемычки защитного покрытия" (Coverlay Dams) только если позволяет пространство; в противном случае полагайтесь на дизайн трафарета для паяльной пасты для контроля образования перемычек.

Сценарий 4: Применения с динамическим изгибом

Контекст: Гибкая печатная плата действует как шарнир (например, экран ноутбука, складной телефон).
Стратегия: Оптимизация форм отверстий для механического напряжения.
Компромисс: Эстетические ограничения; отверстия должны быть закруглены.
Правило проектирования: Строго соблюдать радиусы углов. Никаких квадратных отверстий.
Рекомендация: По возможности располагайте отверстия защитного слоя вдали от непосредственной зоны изгиба. Обратитесь к Возможностям гибких печатных плат для расчета конкретных радиусов изгиба.

Сценарий 5: Жестко-гибкие интерфейсы

Контекст: Переходная зона, где гибкий кабель входит в жесткую плату.
Стратегия: Наложение защитного слоя на жесткую секцию.
Компромисс: Увеличивает толщину на интерфейсе.
Правило проектирования: Защитный слой должен заходить на 0,5–1,0 мм в жесткую секцию для предотвращения концентрации напряжений на линии перехода.
Рекомендация: Не размещайте отверстия защитного слоя точно на линии жестко-гибкого интерфейса.

Сценарий 6: Высоковольтные применения

Контекст: Силовая электроника, требующая строгих требований к путям утечки и воздушным зазорам.
Стратегия: Минимизировать открытую медь; максимизировать покрытие защитным слоем.
Компромисс: Требуется более точное совмещение для обеспечения полного покрытия трасс, не являющихся контактными площадками.
Правило проектирования: Убедитесь, что защитный слой перекрывает края трасс как минимум на 0,15 мм для предотвращения искрения.
Рекомендация: Проверьте диэлектрическую прочность используемой комбинации клея/ПИ.

От проектирования к производству (контрольные точки реализации)

После выбора правильной стратегии вы должны реализовать эти правила в своих CAD-данных и подготовиться к передаче в производство. Переход от цифрового дизайна к физическому продукту — это место, где возникает большинство ошибок, касающихся правил проектирования отверстий в защитном слое (допуски и зазоры). В APTPCB мы рекомендуем систематический контрольный список из 10 пунктов для проверки ваших данных перед выпуском.

Глобальная проверка на увеличение размера: Убедитесь, что все отверстия в защитном слое глобально увеличены как минимум на 0,15 мм (0,075 мм с каждой стороны) относительно медной контактной площадки.
Преобразование групповых отверстий: Определите все компоненты с малым шагом (шаг 0,5 мм или менее). Преобразуйте отдельные отверстия контактных площадок в "групповые" или "оконные" отверстия.
Проверка ширины перемычки: Запустите DRC, чтобы найти любые перемычки защитного слоя (полоски между отверстиями) уже 0,2 мм. Удалите их и объедините отверстия.
Компенсация растекания клея: Убедитесь, что в проекте предполагается, что клей будет затекать в отверстие на 0,05 мм. "Эффективное" отверстие будет меньше "спроектированного" отверстия.
Скругление углов: Выберите все прямоугольные отверстия и примените скругление (радиус) не менее 0,15 мм для предотвращения разрывов.
Зазор для реперных знаков: Убедитесь, что реперные знаки, используемые для сборки, имеют достаточный зазор от защитного слоя, чтобы система машинного зрения могла распознавать их без помех от клея.
Выравнивание усилителя: При использовании усилителей убедитесь, что отверстия в защитном слое для сквозных отверстий совпадают с отверстиями доступа усилителя.
Проверка зоны изгиба: Убедитесь, что отверстия в защитном слое не расположены непосредственно в динамической зоне изгиба, так как прерывистость создает точку напряжения.
Назначение слоев: Четко обозначьте слой как "Coverlay Top" или "Coverlay Bottom" в файлах Gerber, чтобы избежать путаницы со слоями паяльной маски.
Примечания к чертежу: Добавьте производственное примечание, указывающее: "Отверстия в защитном слое должны быть вырезаны лазером" или "Отверстия в защитном слое должны быть вырублены" в зависимости от ваших требований к допуску.

Для сложных конструкций, включающих как жесткие, так и гибкие секции, ознакомление с нашими рекомендациями по жестко-гибким печатным платам может помочь синхронизировать правила защитного слоя с правилами жесткой маски.

Распространенные ошибки (и правильный подход)

Даже при наличии контрольного списка, разработчики часто попадают в ловушки, вызванные привычками, полученными при проектировании жестких печатных плат.

Следующие ошибки являются наиболее частыми причинами инженерных задержек (EQ) и потерь выхода, связанных с правилами проектирования отверстий в защитном слое (допуск и зазор).

1. Применение правил паяльной маски к защитному слою

Ошибка: Проектирование отверстий в защитном слое с соотношением 1:1 к контактной площадке или с крошечным расширением 0,05 мм, аналогично паяльной маске LPI на жестких платах.
Последствие: Защитный слой смещается, закрывая часть контактной площадки. Выдавливание клея покрывает остальное.
Решение: Всегда используйте минимальный припуск 0,15–0,25 мм для защитного слоя.

2. Игнорирование выдавливания клея

Ошибка: Предположение, что край защитного слоя в файле CAD является точным краем материала на готовой плате.
Последствие: Паяльная паста не смачивает контактную площадку, потому что внешние 0,05 мм площадки покрыты невидимым клеем.
Решение: Спроектируйте отверстие достаточно большим, чтобы даже при выдавливании 0,10 мм оставшаяся открытая медь соответствовала минимальной площади пайки IPC.

3. Принудительное создание перемычек между контактными площадками с малым шагом

Ошибка: Попытка сохранить полоску защитного покрытия (coverlay) между контактными площадками на разъеме с шагом 0,5 мм для предотвращения образования перемычек при пайке.
Последствие: Тонкая перемычка (часто <0,1 мм) ломается во время производства, свободно плавает и загрязняет сборку.
Решение: Используйте групповые отверстия (gang openings). Полагайтесь на трафарет для паяльной пасты (а не на защитное покрытие) для управления объемом паяльной пасты и предотвращения перемычек.

4. Квадратные углы в динамических зонах

Ошибка: Использование острых 90-градусных углов для отверстий вблизи шарнира или зоны изгиба.
Последствие: Защитное покрытие (coverlay) рвется в углу после многократных изгибов, в конечном итоге разрывая медную дорожку под ним.
Решение: Всегда закругляйте углы. Круглые или овальные отверстия механически превосходят квадратные.

5. Несоответствие между паяльной маской и защитным покрытием (Coverlay)

Ошибка: Использование паяльной маски LPI (гибкой версии), но проектирование ее с допусками для защитного покрытия (coverlay), или наоборот.
Последствие: Ненужные затраты (при использовании LPI с широкими допусками) или производственный сбой (при использовании защитного покрытия с жесткими допусками).
Решение: Определитесь заранее: используете ли вы Coverlay (пленку) или гибкий LPI (жидкость)? См. наши Руководства по DFM для получения информации о конкретных различиях.

6. Игнорирование влияния толщины меди

Ошибка: Увеличение веса меди (например, до 2 унций или 3 унций) без увеличения толщины адгезива.
Последствие: Вокруг медных дорожек образуются пузырьки воздуха (пустоты), потому что недостаточно адгезива для заполнения зазоров.
Решение: Более толстая медь требует более толстого адгезива (например, адгезив 50 мкм для меди 2 унции), что, в свою очередь, увеличивает выдавливание. Соответственно отрегулируйте допуски на отверстия.

Часто задаваемые вопросы

В: Каков стандартный допуск для отверстий в защитном покрытии (coverlay)? О: Для стандартной высечки или сверления допуск обычно составляет ±0.15мм. Для лазерной резки он улучшается до ±0.05мм.

В: Могу ли я использовать жидко-фоточувствительную (LPI) паяльную маску вместо Coverlay? О: Да, существует "гибкий LPI". Он обеспечивает более жесткие допуски (аналогично жестким платам) и определенные перемычки между контактными площадками с малым шагом. Однако он менее долговечен при динамическом изгибе, чем полиимидное защитное покрытие. Он склонен к растрескиванию при резком изгибе.

В: Как обрабатывать отверстия в защитном покрытии для BGA с шагом 0.4 мм? О: Обычно вы не можете использовать стандартное защитное покрытие для BGA с шагом 0.4 мм, потому что ширина перемычки будет слишком мала. Вы должны использовать либо лазерную резку защитного покрытия с групповыми отверстиями, либо перейти на гибкую паяльную маску LPI.

В: Что такое "Coverlay Dam"? A: Перемычка из покровного слоя (coverlay dam) — это полоска материала, остающаяся между двумя отверстиями. Для надлежащего прилипания к подложке требуется минимальная ширина 0,2 мм.

Q: Влияет ли покровный слой (coverlay) на импеданс? A: Да. Диэлектрическая проницаемость полиимида и клея покрывает дорожки, снижая импеданс. Вы должны учитывать покровный слой в своих расчетах импеданса.

Q: Почему лазерная резка дороже? A: Лазерная резка — это векторный процесс (резка одной детали за раз), который занимает больше времени, чем штамповка (одновременная штамповка всех деталей) или сверление. Однако это исключает затраты на изготовление физического штамповочного инструмента.

Q: Как правила радиуса изгиба гибких печатных плат связаны с отверстиями в покровном слое? A: Отверстия создают разрыв в жесткости материала. Если отверстие расположено в зоне изгиба, напряжение концентрируется по краям отверстия. Всегда располагайте отверстия в жестких или не изгибающихся участках гибкой схемы.

Q: В чем разница между покровным слоем и паяльной маской на гибких печатных платах? A: Покровный слой — это ламинированная пленка (высокая прочность, высокая гибкость, меньшая точность). Паяльная маска — это напечатанная жидкость (меньшая гибкость, высокая точность). Покровный слой предпочтителен почти для всех гибких применений, если только плотность компонентов не делает это невозможным.

Глоссарий (ключевые термины)

Термин	Определение
Покровный слой (Coverlay/Coverfilm)	Композитный материал, состоящий из слоя полиимида (ПИ) и слоя акрилового клея, используемый для изоляции гибких печатных плат.
Squeeze-Out	Вытекание акрилового клея из-под полиимидного слоя на медную площадку под воздействием тепла и давления при ламинировании.
Gang Opening	Единое большое отверстие в защитном слое (coverlay), которое открывает группу контактных площадок (например, ряд выводов ИС), а не отдельные отверстия для каждой площадки.
Web (Dam)	Узкая полоска материала защитного слоя, остающаяся между двумя соседними отверстиями.
Clearance	Расчетный зазор или расстояние между краем медной площадки и краем отверстия в защитном слое.
Tolerance	Допустимое отклонение физического положения или размера отверстия в защитном слое во время производства.
LPI (Liquid Photoimageable)	Тип паяльной маски, наносимой в виде жидкости, подвергаемой УФ-свету и проявляемой. Обеспечивает более высокую точность, чем coverlay, но меньшую гибкость.
Polyimide (PI)	Высокотемпературный, гибкий полимер, используемый в качестве основного материала и покровного слоя для гибких печатных плат.
Registration	Точность выравнивания между слоями (например, выравнивание отверстий coverlay с медными площадками).
Die Cutting	Механический процесс резки с использованием штампа или пробойника для создания отверстий в листе coverlay.
Laser Cutting	Использование УФ- или CO2-лазера для абляции материала coverlay, обеспечивающее высокую точность для конструкций с малым шагом.
FPC (Flexible Printed Circuit)	Отраслевая аббревиатура для гибких печатных плат.

Заключение (дальнейшие шаги)

Освоение правил проектирования отверстий в защитном слое (допуск и зазор) — это разница между надежным, гибким продуктом и производственным кошмаром, полным дефектов пайки. Учитывая природу материала — в частности, текучесть клея и пределы механического выравнивания — вы можете проектировать платы, которые будут одновременно функциональными и экономичными.

Подводя итог, успешное выполнение требует:

Увеличение отверстий на 0,15–0,25 мм.
Использование групповых отверстий для компонентов с малым шагом.
Проверка ширины перемычек, чтобы убедиться, что они составляют не менее 0,2 мм.
Выбор правильного метода (лазерная резка против штамповки) в зависимости от ваших потребностей в плотности.

Когда вы будете готовы перейти от прототипа к производству, APTPCB готова помочь. Для беспрепятственного DFM-анализа и точного расчета стоимости, пожалуйста, предоставьте:

Файлы Gerber: С конкретным указанием слоя защитного покрытия (coverlay).
Схема стека: С указанием толщины меди и требований к толщине защитного покрытия (coverlay).
Особые требования: Укажите, является ли лазерная резка обязательной или требуются ли конкретные марки клея.

Посетите нашу Страницу запроса цен, чтобы отправить свои файлы, или изучите наши Возможности по производству гибких печатных плат, чтобы узнать больше о том, как мы работаем со сложными гибкими конструкциями.