Coverlay против паяльной маски на гибкой печатной плате: руководство для покупателя (спецификации, риски, контрольный список)

Выбор между покрытием и паяльной маской является наиболее важным решением для механической надежности и технологичности гибкой схемы. В то время как паяльная маска обеспечивает высокую плотность разрешения при сборке компонентов, только полиимидное покрытие обеспечивает надежную диэлектрическую прочность и гибкость, необходимые для динамического изгиба. В этом руководстве инженерам и покупателям предоставлены спецификации, оценки рисков и матрицы решений, необходимые для выбора правильного метода изоляции для конструкций Flex PCB.

Ключевые выводы

Динамический или статический режим: Coverlay обязателен для динамического изгиба (непрерывного движения); гибкая паяльная маска ограничена статическим применением (сгибание при установке) или жесткими участками.
Минимальная ширина полотна: Паяльная маска поддерживает тонкие полотна толщиной до 0,1 мм (4 мил); для стандартного обложки с отверстиями обычно требуются полотна толщиной 0,6–0,8 мм, чтобы предотвратить разрыв во время ламинирования.
Выдавливание клея: Coverlay использует акриловый или эпоксидный клей, который может растекаться 0,05–0,2 мм на подушечки; конструкции должны учитывать этот допуск на выдавливание в кольцевом кольце.
Диэлектрическая прочность: Полиимидное покрытие обеспечивает превосходную изоляцию (>3 кВ/мил) по сравнению с чернилами паяльной маски, что делает его более безопасным для следов высокого напряжения.
Стоимость: Паяльная маска обычно на 20–30 % дешевле при крупносерийном производстве из-за процесса фотоизображения, тогда как покрытие требует механического сверления, лазерной резки или штамповки.
Гибридный подход. Для сложных конструкций используйте накладку на гибком «хвосте» и паяльную маску на «головке» с плотным расположением компонентов (часто жесткой), чтобы сбалансировать надежность и плотность сборки.
Совет по проверке: Всегда указывайте IPC-TM-650 2.4.1 (адгезия) и IPC-TM-650 2.4.3 (усталость при изгибе) в критериях приемки, чтобы убедиться, что изоляция не растрескается и не расслаится.

Объем, контекст принятия решения и критерии успеха

Выбор между покрытием (ламинированный слой полиимида и клея) и паяльной маской (печатными жидкими фоточернилами) влияет на способность схемы противостоять механическим нагрузкам и способность производителя собирать компоненты. Это решение обычно принимается на этапе проектирования стека или на ранней стадии проверки DFM.

Критерии успеха:

Циклы гибкости. Изоляция выдерживает целевые циклы изгиба (например, >100 000 циклов при динамическом использовании) без растрескивания.
Ресурс сборки: Отсутствие перемычек припоя на компонентах с мелким шагом (например, BGA с шагом 0,5 мм), вызванных плохой совмещением изоляции.
Электрическая изоляция: Нулевой диэлектрический пробой между проводниками, подтвержденный тестированием Hi-Pot.

Граничные случаи:

Переход «жестко-гибко»: в конструкциях жестко-гибких печатных плат защитный слой должен слегка заходить в жесткую секцию (обычно на 0,5–1,0 мм), чтобы защитить точку напряжения, тогда как на жестких слоях используется паяльная маска.
Разъемы ZIF: Пальцы с нулевым усилием вставки (ZIF) почти всегда требуют защитного слоя для соблюдения определенного допуска по толщине (например, 0,3 мм ±0,03 мм), необходимого для корпуса разъема.

Спецификации для определения заранее (до того, как вы примете решение)

Чтобы избежать инженерных вопросов (EQ) и задержек производства, четко определите эти параметры в своих производственных записях.

Техническое сравнение: покрытие и гибкая паяльная маска| Особенность | Полиимидное покрытие (Coverlay) | Гибкая паяльная маска LPI | Лучше всего, когда | Компромисс |

Контрольный список критических спецификаций

Включите эти 12+ пунктов в свой рабочий чертеж:

Тип материала: Обязательно укажите «Полиимидное покрытие» или «Гибкая паяльная маска LPI». Не говорите просто «Маска».
Толщина защитного слоя: Стандартно: 25 мкм (1 мил) PI + 25 мкм (1 мил) клея. Для большей гибкости существуют более тонкие варианты (12,5 мкм).
Тип клея. Укажите клей на акриловой или эпоксидной основе. Акрил является стандартным для гибкого материала; эпоксидная смола используется для жестко-гибких интерфейсов.
Цвет паяльной маски: Стандартный зеленый; Доступны черные или белые гибкие маски, но они могут быть более хрупкими.
Метод открытия (наложение): Укажите «Сверло с ЧПУ», «Панель» или «Лазерная резка». Лазер необходим для тонких функций, но стоит дороже.
Допуск на выдавливание: Определите допустимое выдавливание клея (например, «Макс. 0,2 мм на подкладку, 0 % на площадь контакта»).
Минимальное полотно: Убедитесь, что конструкция соответствует минимальному значению полотна для выбранного материала (например, 0,1 мм для маски, 0,6 мм для защитного слоя с отверстиями).
Кольцевое кольцо: Для покрытия увеличьте размер площадки на 0,25 мм (10 мил) по сравнению с диаметром сверла, чтобы учесть совмещение и выдавливание.
Требования к перемычке/перемычке: Если между контактными площадками необходимы отдельные перемычки, используйте паяльную маску или накладку, вырезанную лазером.
Требования к отверждению: Для паяльной маски укажите «Гибкий состав», чтобы гарантировать, что чернила не являются стандартными жесткими чернилами FR4.
Совместимость поверхности: Убедитесь, что маска/покрытие совместимо с ENIG, ENEPIG или Immersion Silver.
Интеграция с элементами жесткости: Определите, будет ли защитное покрытие проходить под или над элементом жесткости. (Обычно ниже). Подробности см. в разделе как спроектировать элемент жесткости для гибкой печатной платы.

Пример гибкого стека печатной платы

Рисунок 1: Сложный многоуровневый гибкий стек. Обратите внимание на использование защитного слоя на внутренних гибких слоях для диэлектрического разделения.

Связанные ресурсы

Жесткая гибкая плата

Ключевые риски (коренные причины, раннее выявление, предотвращение)

Неправильный выбор изоляции приводит к сбоям в работе поля. Вот основные риски, которыми управляет компетентный производитель гибких печатных плат.

Загрязнение подушечки (выдавливание)
- Основная причина: Во время ламинирования клей защитного слоя затекает на подкладку SMT.
- Обнаружение: Визуальный осмотр (микроскоп) или плохое смачивание припоя во время сборки.
- Профилактика: Сделайте отверстия на покрытии на 0,2 мм больше размера прокладки; использовать «малотекучие» клеевые препреги; используйте лазерную резку для более жесткого допуска.
Растрескивание паяльной маски
- Основная причина: использование стандартных жестких чернил LPI на гибкой плате или изгиб гибкого LPI сверх предела его удлинения.
- Обнаружение: Испытание на изгиб оправки (IPC-TM-650 2.4.3); визуальные трещины после оплавления.
- Профилактика: Укажите «Гибкий LPI» (например, серия Taiyo PSR-9000); ограничить маску статическими областями; используйте Coverlay для динамических зон.
Захват воздуха (пузыри/выделение)
- Основная причина: Неровная топография меди (например, медь толщиной 2 унции), препятствующая заполнению зазоров клеем защитного слоя.
- Обнаружение: Визуальный осмотр (белые пятна между следами); поперечный анализ.
- Профилактика: Используйте клей соответствующей толщины (например, клей 50 мкм для меди 35 мкм); использовать вакуумное ламинирование.
Ошибка регистрации (дрель или пад)
- Основная причина: Усадка/расширение полиимида во время обработки (может составлять 0,1–0,3%).
- Обнаружение: Прорыв отверстия; Открытый диэлектрик на контактной площадке.
- Профилактика: Используйте для маски прямую лазерную визуализацию (LDI); использовать лазерную резку для покрытия; применять коэффициенты масштабирования к художественным работам на основе стабильности материала.
Отслеживание перелома на краю покрытия
- Основная причина: Концентрация напряжения там, где заканчивается защитное покрытие и начинается открытая подушечка.
- Обнаружение: Обрыв цепи после испытания на вибрацию.
- Профилактика: используйте подушечки каплевидной формы; анкерные площадки с покрытием внахлест; избегайте остановки покрытия точно в точке напряжения.
Незавершенное развитие (паяльная маска)
- Основная причина: старые чернила или неправильная энергия воздействия ультрафиолета.
- Обнаружение: Остатки маски на подушечках (накипь); плохая паяемость.
- Профилактика: Контроль процесса поставщика (испытание ступенчатого клина Стоуффера); использование свежих чернил.
Несоответствие толщины разъема ZIF
- Основная причина: Неправильный расчет толщины защитного слоя (без учета растекания клея или толщины меди).
- Обнаружение: Разъём слишком свободен или затянут; нарушение контакта.
- Профилактика: Выполните расчет сложения, включая толщину прессования; укажите допуск ±0,03 мм или ±0,05 мм для площади контакта.
Охрупчивание золота (ENIG)
- Основная причина: Остатки паяльной маски, препятствующие правильному никелированию/золоту, или «черная площадка».
- Обнаружение: Хрупкие паяные соединения; неудачное испытание на сдвиг.
- Профилактика: Перед нанесением покрытия убедитесь в чистоте нанесения маски/покрытия; используйте агрессивную обезжиривающую/плазменную очистку.

Проверка и приемка (тесты и критерии прохождения)

Не полагайтесь на «стандартную проверку». Определите эти конкретные тесты для вашего выбора материала гибкой печатной платы.

Таблица критериев приемки

Тестовый предмет	Метод	Критерии прохождения	Выборка
Визуальный осмотр	IPC-6013 Класс 2/3	Никаких пузырей, складок и трещин. Выдавливание < 0,2 мм (или согласно рисунку).	100%
Тест ленты (адгезия)	МПК-ТМ-650 2.4.1	Рейтинг 5B (удаление маски/покрытия 0 %).	2 панели / лот
Паяный поплавок	МПК-ТМ-650 2.4.13	10 секунд при 260°C или 288°C. Никаких вздутий/расслоений.	1 купон/лот
Диэлектрическая стойкость	МПК-ТМ-650 2.5.7	Отсутствие пробоя при указанном напряжении (например, 500 В постоянного тока).	100% (Список сетей)
Усталость при изгибе	МПК-ТМ-650 2.4.3	Отсутствие трещин в меди или изоляции после X циклов (например, 10 тыс.).	Первая статья (ФАИ)
Проверка размеров	Калипер/ОГП	Отверстия покрытия в пределах ±0,1 мм (или ±0,05 мм, лазер).	AQL 1.0

Совет по проверке: Для динамических применений запросите у производителя отчет «Испытание на прочность при изгибе», используя вашу конкретную схему (тип меди + толщина защитного слоя). Прокатная отожженная медь по сравнению с электроосажденной медью существенно меняется при сжатии покрытия.

Контрольный список квалификации поставщика (запрос предложений, аудит, отслеживаемость)

При проверке производителя на предмет возможностей покрытия/маски спросите:- [ ] Возможность резки: Есть ли у них собственные УФ-лазеры или CO2-лазеры для резки защитного слоя? (Необходимо для мелкого шага).

Пресс для ламинирования: Используют ли они вакуумные гидравлические прессы или автоклавы? (Для удаления пузырьков воздуха в покрытии необходим вакуум).
Запасы материалов: Есть ли у них запасы основных брендов (Dupont Pyralux, Panasonic Felios) или непатентованных аналогов?
Точность регистрации: Могут ли они продемонстрировать совмещение ±0,05 мм для защитного слоя, вырезанного лазером?
Чернила для паяльной маски: Какую конкретную серию чернил «Flexible LPI» они используют? (Проверьте данные по радиусу изгиба).
Плазменная очистка: Проводят ли они плазменную обработку перед ламинированием покрытия для обеспечения адгезии?
Поддержка DFM: Будут ли они предоставлять «выжимной» анализ файлов Gerber?
Прослеживаемость: Могут ли они отследить конкретную партию использованного клея/PI до партии готовой печатной платы?
Контроль импеданса: Учитывают ли они разницу диэлектрической проницаемости между покрытием (Dk ~3,4) и паяльной маской (Dk ~3,5–4,0)?
Выравнивание ребер жесткости: Есть ли у них автоматическое оптическое выравнивание для крепления ребер жесткости к защитному покрытию?
Контроль изменений: Будут ли они уведомлять вас перед изменением марки или толщины клея?
Сертификаты: минимум ISO 9001; AS9100 или ISO 13485 для аэрокосмической/медицинской отрасли.

Как выбирать (компромиссы и правила принятия решений)

Используйте эту логику, чтобы принять окончательное решение между защитным слоем и паяльной маской.

Матрица решений

Приоритет	Лучший выбор	Почему
Динамическая гибкость	Обложка	Полиимид выдерживает миллионы циклов изгибания; маска быстро трескается.
Высокая плотность (мелкий шаг)	Паяльная маска (или лазерная накладка)	Маска позволяет использовать полотна шириной 0,1 мм; для стандартного покрытия требуется полотно толщиной более 0,6 мм.
Стоимость	Паяльная маска	Фотопроцесс быстрее и дешевле, чем сверление/ламинирование покрытия.
Высокое напряжение	Обложка	Превосходная диэлектрическая прочность и изоляционные свойства.
Суровая окружающая среда	Обложка	Ламинированный ПИ более химически стоек, чем печатные чернила.

###10 правил выбора

Если гибкая цепь будет постоянно сгибаться (динамически), выберите полиимидное покрытие.
Если гибкая схема «сгибается для установки» (статическая) и стоимость имеет решающее значение, выберите гибкую паяльную маску LPI.
Если на гибком проводе имеются компоненты с мелким шагом (например, BGA 0,5 мм), выберите паяльную маску (или накладку, вырезанную лазером, если позволяет бюджет).
Если вам нужны определенные перемычки между близко расположенными контактными площадками, выберите Solder Mask.
Если применение связано с высоким напряжением (>500 В), выберите Coverlay для лучшей изоляции.
Если толщина меди большая (>2 унций), выберите покрытие с толстым клеем (2–3 мил), чтобы герметизировать следы без пустот.
Если вы разрабатываете интерфейс разъема ZIF, выберите Coverlay, чтобы обеспечить точную толщину и фрикционные свойства.
Если вам необходимо черное матовое покрытие из оптических соображений, выберите Black Coverlay (но уточните стоимость).
Если конструкция жестко-гибкая, выберите Coverlay для гибкой секции и паяльную маску для жесткой секции.
Если вам нужен самый маленький форм-фактор, выберите накладку с лазерной резкой, чтобы минимизировать кольцевые кольца и перемычки.

Граничные исключения:

Исключение 1: Даже в динамических приложениях вы можете использовать паяльную маску, если замаскированная область полностью затвердела и никогда не сгибается.
Исключение 2: Вы можете комбинировать оба варианта. Используйте «Выборочное покрытие» для основного гибкого корпуса и добавляйте «Выборочную паяльную маску» только вокруг посадочного места компонента с мелким шагом (часто называемое «Bikini Coverlay»).

Безклеевой материал гибкой печатной платы

Рисунок 2: Безклейкий ламинат с медным покрытием. При использовании покрытия с этим материалом клей поступает исключительно из слоя покрытия.

Часто задаваемые вопросы (стоимость, время выполнения, файлы DFM, материалы, тестирование)

1. Могу ли я использовать стандартную жесткую паяльную маску на гибкой печатной плате, чтобы сэкономить деньги? Нет. Стандартная жесткая маска хрупкая и треснет при первом изгибе, что может привести к повреждению лежащих под ней медных дорожек. Всегда указывайте «Гибкий LPI» или обложку.2. Насколько дороже покрытие, вырезанное лазером, по сравнению с покрытием, просверленным сверлением? Лазерная резка обычно на 30–50% дороже, чем сверление / штамповка с ЧПУ, из-за более медленного машинного времени.

Глоссарий (ключевые термины)

Срок	Значение	Почему это важно на практике
ДФМ	Проектирование для технологичности: правила компоновки, которые уменьшают количество дефектов.	Предотвращает доработку, задержки и скрытые затраты.
АОИ	Автоматизированный оптический контроль, используемый для обнаружения дефектов пайки/сборки.	Улучшает охват и ловит ранние побеги.
ИКТ	Внутрисхемное тестирование, которое исследует цепи для проверки обрывов/коротких замыканий/значений.	Быстрый структурный тест для объемных сборок.
ПКТ	Функциональный тест цепи, который питает плату и проверяет ее поведение.	Проверяет реальную работу под нагрузкой.
Летающий зонд	Безфиксарные электрические испытания с использованием подвижных щупов на площадках.	Подходит для прототипов и малых/средних объемов.
Нетлист	Определение возможности подключения, используемое для сравнения проектной и изготовленной печатной платы.	Защелки размыкаются/замыкаются перед сборкой.
Стекап	Построение слоев с использованием сердечников/препрега, медных утяжелителей и толщины.	Управляет импедансом, короблением и надежностью.
Импеданс	Контролируемое поведение трассы для высокоскоростных/РЧ сигналов (например, 50 Ом).	Избегает отражений и нарушений целостности сигнала.
ЭНИГ	Покрытие поверхности химическим никель-иммерсивным золотом.	Балансирует паяемость и плоскостность; смотрите толщину никеля.
ОСП	Органическое покрытие для консервации паяемости.	Бюджетный; чувствителен к обработке и множественной перекомпоновке.