Выбор материалов гибкой печатной платы означает определение всей её конструкции: базовой плёнки, меди, защитных слоёв, клеёв и локальных усилений. Конструкция должна соответствовать условиям монтажа, возможным многократным движениям, электрическим требованиям и способу подключения схемы к сборке.
Прежде чем выбирать вариант структуры слоёв, определите условия изгиба и эксплуатации. Попросите производителя подтвердить возможность изготовления конструкции, а затем проверьте готовую схему в составе сборки, для которой она предназначена. Сами по себе ни технический паспорт материала, ни успешное изготовление не подтверждают соответствие готового изделия квалификационным требованиям.
Более широкое сравнение с семействами жёстких подложек приведено в руководстве по выбору материалов печатных плат.
Страница APTPCB об изготовлении гибких печатных плат поможет начать обсуждение предлагаемой конструкции.
Из чего состоит конструкция гибкой печатной платы?
Гибкая схема может быть тонкой, но это не обязательно один однородный лист. Её слои выполняют разные функции, и каждый из них может влиять на изгиб, электрические характеристики или сборку.
- Базовая плёнка: изоляционная плёнка служит основой для рисунка проводников и влияет на механические и электрические свойства структуры.
- Медная фольга: медь образует проводники, опорные плоскости и контактные площадки. Для конструкции важны тип и толщина фольги, ориентация её зёрен и рисунок проводников.
- Клей ламината, если он применяется: в клеевом фольгированном ламинате клей соединяет медь с диэлектрической плёнкой. Клей является частью конструкции, и его следует учитывать при оценке толщины и воздействия окружающей среды.
- Покровная плёнка coverlay: защитная плёнка, наносимая на определённые участки схемы, обычно с окнами для контактных площадок и интерфейсов. Как правило, она крепится с помощью отдельного клеевого слоя.
- Склеивающая прокладка bondply: соединительный слой, применяемый там, где необходимо скрепить части конструкции. Его расположение и свойства могут влиять на готовую структуру и её поведение при нагреве и изгибе.
- Усилители жёсткости и локальные усиления: дополнительный материал на определённых участках может поддерживать интерфейс разъёма или другую область, требующую локальной жёсткости. Эти участки и переходы к ним требуют отдельной проверки размеров и механических свойств.
Не в каждой конструкции все слои присутствуют на каждом участке. Область изгиба, конец с разъёмом и усиленный участок крепления могут иметь разную локальную толщину. Структура слоёв должна показывать не только номинальную последовательность слоёв, но и места их расположения.
PI, LCP, flex и rigid-flex — термины разных категорий
Полиимид, часто обозначаемый PI, и жидкокристаллический полимер, или LCP, — это классы материалов. Flex и rigid-flex обозначают архитектуры плат: гибкую и жёстко-гибкую соответственно. Гибкая схема может иметь определённую конструкцию из выбранных материалов; жёстко-гибкая плата сочетает жёсткие и гибкие области, переходы между которыми также необходимо проектировать.
Не считайте все продукты внутри каждого из этих классов материалов взаимозаменяемыми. Свойства и доступные конструкции зависят от конкретной плёнки, ламината и марки. Например, Kapton — бренд DuPont, связанный с определёнными плёночными продуктами и марками; это не синоним любой полиимидной плёнки.
Документация на продукты может послужить отправной точкой. В качестве примеров можно привести данные DuPont Kapton HN, информацию UBE UPILEX и информацию о материалах Panasonic FELIOS. Qnity Electronics Pyralux AP — это конкретный бесклеевой двусторонний полиимидный фольгированный ламинат, а не обозначение любой конструкции на основе PI. Изучите документацию на выбранный продукт и попросите производителя подтвердить предлагаемую конструкцию, прежде чем закладывать какое-либо свойство в проект.
Клеевой и бесклеевой ламинат: уточняйте, где именно
В клеевом базовом ламинате медь соединяется с базовой плёнкой с помощью клеевого слоя. В бесклеевом базовом ламинате соединение меди с плёнкой выполнено без отдельного клеевого слоя ламината.
Это различие относится к базовому ламинату. Оно не означает, что готовая гибкая схема не содержит клея. В конструкции с бесклеевым базовым ламинатом всё равно могут применяться клей для coverlay, bondply или клей для локального усиления.
При сравнении вариантов запросите полную конструкцию готового изделия и определите расположение и назначение каждого клеевого слоя. Иначе описание структуры просто как «бесклеевой» может скрывать различия, важные для толщины, температуры сборки, воздействия окружающей среды или поведения при изгибе.
Выбирайте материалы с учётом реальных условий изгиба
Первый механический вопрос — будет ли гибкая часть изгибаться преимущественно при монтаже или многократно двигаться в процессе эксплуатации. В обоих случаях необходимо определить область и геометрию изгиба, но требования к конструкции будут разными.
Для изгиба при монтаже определите маршрут прокладки схемы, доступное пространство, планируемый радиус изгиба и возможность повторного воздействия на неё при сборке или обслуживании. Для многократного движения дополнительно определите траекторию, частоту, ожидаемый режим эксплуатации и окружающие детали, которые направляют или ограничивают движение гибкой части.
При проектировании изделий с многократным движением используйте статью о проектировании ресурса динамически изгибаемых схем для планирования движения и условий проверки.
Не существует универсального радиуса изгиба или гарантированного числа циклов, которые определялись бы только материалом плёнки. На результат влияют общая толщина, число слоёв, локальное усиление, геометрия изгиба, конструкция медных элементов и ориентация фольги. Конструкции с одной и той же номинальной плёнкой, но с разными слоями coverlay, меди или склеивающими слоями могут вести себя по-разному.
Используйте руководство по радиусу изгиба гибких печатных плат как отправную точку проектирования, затем согласуйте предлагаемую геометрию с производителем и проверьте изделие в сборе в репрезентативных условиях. IPC-2223 — семейство стандартов проектирования, которое может помочь при проверке; применимые требования следует определить для конкретного проекта, а не принимать на основании общего правила.
Медь — предмет проектного выбора, а не гарантия числа циклов
Прокатанная отожжённая (RA) и электролитически осаждённая (ED) медь — разные типы фольги. Их пригодность зависит от конкретной фольги, конструкции и применения, а не только от аббревиатуры. Обсудите с производителем ориентацию фольги относительно изгиба, геометрию и толщину проводников, а также предполагаемое движение.
При многократном изгибе важно и расположение элементов. Рассматривайте изменения направления или ширины проводников, распределение меди и другие особенности геометрии в области изгиба, а не оценивайте фольгу изолированно. Выбор RA или ED сам по себе не гарантирует определённого числа циклов. Более подробное сравнение приведено в статье RA- и ED-медь для гибких схем.
Таблица решений: от ограничений к запросам
| Слой или выбор | Ограничение при монтаже или эксплуатации | Риск, который необходимо устранить | Какие документы или сведения запросить |
|---|---|---|---|
| Базовая плёнка и базовый ламинат | Пространство для прокладки, режим изгиба и воздействие окружающей среды | Выбор класса материала без указания конкретной конструкции или необходимых данных о свойствах | Обозначение рассматриваемого продукта, конструкция ламината и данные продукта |
| Медная фольга и рисунок проводников | Направление изгиба, многократное движение и электрическая нагрузка | Предположение, что один только тип фольги определяет поведение при изгибе | Тип и ориентация фольги, толщина меди, рисунок проводников и предлагаемая структура слоёв |
| Клей ламината или бесклеевая основа | Толщина, тепловое воздействие и условия окружающей среды | Пропуск слоя в структуре или предположение, что бесклеевая основа исключает все клеи | Конструкция базового ламината и данные по всем отдельным клеевым слоям |
| Coverlay и клей для coverlay | Защита области изгиба, доступ к контактным площадкам и процесс сборки | Окна или расположение слоёв мешают доступу к площадкам, соединениям или изгибу | Обозначения coverlay и клея, размеры окон и допуски на их совмещение |
| Bondply | Соединение слоёв или областей с сохранением заданной геометрии | Влияние локальной толщины или склеивания на изгиб или переход | Обозначение bondply, места применения, толщина и предлагаемая структура готового изделия |
| Усилитель жёсткости или усиление | Поддержка разъёма, посадка при соединении и движение рядом с интерфейсом | Неправильная толщина интерфейса или концентрация деформации на переходе рядом с изгибом | Материал, контур, расположение, толщина готового участка и допуски |
| Электрические опорные слои | Требования к импедансу или другие требования к сигналам в гибкой области | Изменение механической конструкции меняет геометрию проводников или непрерывность опорной плоскости | Структура слоёв, данные о диэлектрике и меди, требования к импедансу и метод проверки |
Попросите производителя подтвердить предлагаемую конструкцию и возможность изготовления платы в соответствии с заданными требованиями. По-прежнему необходимы данные по конкретным продуктам и проверка готового изделия.
Гипотетическое сравнение: изгиб при монтаже и многократное движение
Рассмотрим два гипотетических проекта, в которых гибкая схема соединяет сборки. Это примеры принятия решений, а не результаты изготовления или испытаний.
Проект A изгибается при монтаже. Схема прокладывается внутри корпуса и при нормальной эксплуатации остаётся в заданном положении. Команде следует определить форму после установки, радиус изгиба, зазоры и поддержку разъёма. Также следует учесть, потребуется ли повторно изгибать схему при установке, доработке или обслуживании. После этого можно оценить выбранный вариант структуры применительно к данной геометрии и процессу сборки.
Проект B многократно движется. Во время работы схема следует за движущейся деталью. Помимо геометрии после установки, команде необходимо описать траекторию движения и ожидаемый режим эксплуатации, включая то, как сборка направляет гибкую часть. Ключевыми объектами проверки становятся фольга, рисунок проводников, конструкция в целом и переходные участки. Команде следует согласовать репрезентативное испытание движением и критерии приёмки готовой сборки.
В обоих случаях выбирайте конструкцию с учётом заданной геометрии, режима работы и требований к изделию; одних обозначений «статический» и «динамический» недостаточно.
Защита схемы с сохранением доступа и гибкости
Coverlay защищает определённые участки, оставляя открытыми контактные площадки и другие интерфейсы. Плёнка, клей и геометрия окон — всё это части конструкции. Проверьте, что окна обеспечивают необходимый доступ при сборке, а их расположение и допуски совместимы с контактными площадками.
Также проверьте, где начинаются и заканчиваются coverlay и клеевой слой относительно областей изгиба и переходов. Локальное изменение конструкции может влиять на толщину и механическое поведение. Выбор между coverlay и другими способами защиты следует делать с учётом конкретной конструкции и процесса; см. статью о сравнении coverlay и паяльной маски на гибкой печатной плате.
Усилители жёсткости решают другую задачу. Для интерфейса разъёма важны, в частности, итоговая толщина вставляемого участка, совмещение и допуски, а не только номинальная толщина усилителя. Определите требования разъёма и рассмотрите полную локальную конструкцию вместе с производителем.
Переход от усиленного участка к гибкому также заслуживает внимания. Покажите, где происходит движение относительно края усилителя, и проверьте, что сборка не вынуждает схему изгибаться в непредусмотренном месте. Не следует считать усилитель универсальным решением для неопределённого изгиба.
Сопоставьте электрические и сборочные требования со структурой слоёв
Конструкция, подходящая с механической точки зрения, всё равно должна отвечать электрическим требованиям схемы. Если важны контролируемый импеданс или пути возвратного тока сигнала, определите сигнальные и опорные слои, а также все области, где меняется опорный слой. При проверке учитываются толщина меди, геометрия проводников и конструкция диэлектрика. Если для повышения гибкости удаляется слой или заменяется материал, пересмотрите электрическую конструкцию, а не переносите прежние предположения об импедансе.
Задавайте целевые значения импеданса и допуски только там, где это необходимо, вместе с предполагаемым методом проверки. Запросите предлагаемую структуру слоёв и соответствующие сведения о материалах, чтобы конструкцию можно было оценить в целом. Не подменяйте данные, применимые к выбранной конструкции и условиям, обобщённым значением диэлектрической проницаемости или потерь.
Информация о жёстко-гибких конструкциях с контролируемым импедансом приведена в статье о контроле импеданса и планировании структуры слоёв жёстко-гибких плат.
Сборка вносит дополнительные ограничения:
- Определите предполагаемые процессы пайки и другие тепловые процессы, включая воздействия, значимые для каждого материала и интерфейса.
- Проверьте, что окна coverlay, контактные площадки и локальные усиления обеспечивают монтаж компонентов и разъёмов.
- Рассмотрите, как гибкая схема будет фиксироваться и поддерживаться во время обработки, включая совместимость с оснасткой.
- Учитывайте воздействие предполагаемой рабочей среды на собранную схему, а не только условия производства.
Данные о материалах и анализ процессов помогают выбрать варианты. Сами по себе они не подтверждают, что готовое изделие будет соответствовать электрическим, механическим или экологическим требованиям.
Контрольный список передачи данных и проверки
Перед выпуском проекта предоставьте производителю и ответственной команде проекта единый согласованный комплект данных:
- Структура слоёв и материалы: предполагаемая последовательность слоёв, локальные отличия, обозначения рассматриваемых материалов, медь и расположение всех клеевых слоёв.
- Определение изгиба: области изгиба, предполагаемые радиус и геометрия, маршрут прокладки при монтаже, траектория движения и ожидаемый режим эксплуатации.
- Медь и слои: рисунок проводников, число слоёв, толщина меди, ориентация фольги там, где она важна, и все области, в которых распределение меди существенно для изгиба.
- Окна и интерфейсы: окна coverlay, доступ к контактным площадкам, расположение и применимые допуски.
- Усилители жёсткости и разъёмы: материал и расположение усиления, размеры интерфейса разъёма, итоговая толщина и допуски, а также переход к гибкой области.
- Электрические требования: назначение опорных слоёв и, где применимо, целевые значения импеданса, допуски и метод проверки.
- Сборка и окружающая среда: запланированные тепловые процессы, требования к обращению с изделием и оснастке, условия установки и соответствующие воздействия окружающей среды.
- Испытания и приёмка: необходимые для проекта инспекции и репрезентативные электрические, механические или климатические испытания с критериями приёмки и распределением ответственности за рассмотрение результатов.
- Отклонения и замены: порядок рассмотрения и утверждения изменений материалов, конструкции, размеров или планов испытаний до их внесения.
Попросите выбранного производителя предоставить предлагаемую технологичную структуру слоёв, соответствующую документацию на материалы, допуски и все оговорки. До выпуска проекта согласуйте расхождения с проектным замыслом. Затем проверьте готовую схему в предназначенной для неё сборке и при заданном режиме работы; выполнение производственных операций не является доказательством соответствия готового изделия квалификационным требованиям.
Чтобы получить расчёт стоимости гибкой печатной платы, отправьте APTPCB структуру слоёв, области и радиусы изгиба, толщину меди, данные о coverlay и усилителях жёсткости, а также требуемое количество. Укажите все электрические требования и требования к проверке, чтобы команда могла подтвердить объём проекта и варианты изготовления. Запросить расчёт или связаться с командой.