為制造準備剛柔結合PCB文檔

2022-04-08

為制造準備剛柔結合PCB文檔

每當您設計一種將大規模生產的新產品時，您的工作就會突然從了解設計的所有內容轉變為了解制造過程的所有內容。在您作為設計師的工作完成之前，您需要完成最后一組任務：準備您的制造商需要的制造文檔，以便開始在您的剛柔結合電路板上進行生產。對于剛柔結合，制造問題和期望與剛性PCB中的預期有所不同。在接下來的部分中，我們將提供一些您應該在制造文檔中指定的信息，特別是在您的制造說明 和圖紙中，以便您在過渡到生產時可以防止誤解。

記錄用于制造和組裝的 Flex PCB

當您準備文檔時，您實際上是在告訴制造商您希望在剛柔組合中看到什么；這是流程中最有可能出現錯誤或誤解會導致代價高昂的延誤的部分。幸運的是，我們可以參考一些標準來確保我們與制造商進行清晰的溝通，特別是 IPC-2223B（我在撰寫本文時引用了它）。

它可以歸結為一些黃金法則：

確保您的制造商能夠構建您的剛柔結合設計。

確保他們與您合作設計您的層堆棧以適應他們的特定流程。

使用 IPC-2223 作為您的設計參考點，確保制造商使用相同和相關的 IPC 標準——因此他們使用與您相同的術語。

盡早讓他們參與這個過程。

需要仔細注意鉆孔和通孔電鍍的層對規劃和文檔，因為從剛性表面層向下到相對的柔性電路層的盲孔必須進行反鉆，并增加顯著成本和降低產量到晶圓廠工藝。

輸出數據集

在采訪了當地幾家具有剛柔結合能力的板房時，我們發現許多設計師仍然向板房展示 Gerber 文件。但是，首選 ODB++ v8.1 或更高版本，因為它在作業矩陣中添加了特定的層類型，可以為 GenFlex ?和類似的 CAM 工具啟用清晰的彈性文檔。下表顯示了包含的數據的一個子集。

用于 GenFlex 的 ODB++（v8.1 及更高版本）中的層類型子集 [來源：ODB++ v8.1 規范]

如果將 Gerber 用于輸出數據集或早期版本的 ODB++，我們會面臨一些問題。即，制造商將需要單獨的路徑工具路徑和模切圖案用于層堆疊中的每個剛性和柔性部分。實際上，需要生產機械層薄膜以顯示剛性區域中需要存在空隙的位置，并且更多地顯示暴露的柔性區域上的覆蓋層或覆蓋涂層的位置。覆蓋層或覆蓋涂層也必須被視為可能安裝在柔性區域上的那些組件的組件焊盤的掩膜。

此外，需要特別注意鉆孔和通孔電鍍的層對，因為從剛性表面層向下到相對的柔性層的盲孔必須進行背鉆，這會顯著增加成本并降低產量晶圓廠工藝。

作為設計師，真正的問題是，如何定義這些區域、層和堆棧？

使用表格按面積定義堆棧

您可以為制造商提供的最重要的文檔可以說是層堆棧設計。除此之外，如果你在做剛柔結合，你必須為不同的區域提供不同的堆棧，并以某種方式非常清楚地標記它們。一個簡單的方法是在機械層上復制您的電路板輪廓，并為包含不同層堆疊的區域放置一個帶有圖案填充圖例的層堆疊表或圖表。這方面的一個例子如下所示。

顯示剛性和柔性區域填充模式的堆棧圖示例。

在此示例中，我使用匹配不同堆疊區域的填充模式來指示哪些堆疊層包含在柔性部分或剛性部分中。你可以在這里看到我命名為“Dielectric 1”的層項實際上是一個 FR-4 核心，它也可以被認為是一個加強件。

傳達PCB設計意圖

這帶來了一個新問題，因為您還必須在 2D 空間中定義可以彎曲和折疊的位置，以及允許組件和其他關鍵對象跨越剛性和柔性部分邊界的位置。這一切都需要在制造圖、裝配圖或兩者中注明。顯示柔性和剛性區域的 3D 圖像將幫助制造商更清楚地了解您的意圖。在導入 PCB布局的 STEP 文件后，目前許多人使用 MCAD 軟件執行此操作。下圖顯示了這個概念的一個例子。

從 MCAD 應用程序創建某種圖形可以在制造之前檢測柔性到柔性和柔性到剛性的干涉。與 Altium Designer 一樣，在線設計規則檢查器 (DRC) 以交互方式顯示干擾發生的位置。當涉及到最終產品組裝時，更希望為組裝經理和員工提供 3D 動畫電影，說明剛撓結合板將如何折疊以安裝到產品外殼或組裝中。這就是為 CAD 工具直接截屏或 3D 電影作為最終裝配文檔包的一部分非常有用的地方。

Altium Designer 中的剛柔結合PCB示例

放置

您還可以從上圖中看到，剛柔結合設計意味著組件可能存在于除頂部和底部之外的層中。這在PCB設計軟件中有點棘手，因為通常組件必須存在于頂部或底部。所以我們需要一些將組件放置在內層的能力。

有趣的是，Altium Designer ? 一直支持任何層上的焊盤對象，因此這并非不可能。還有一個暗示，絲網印刷也可能存在于柔性層上。這不是問題，因為覆蓋層材料可以很好地粘附在絲印油墨上。訣竅更多的是確保選擇的墨水顏色與覆蓋層材料有足夠的對比度。此外，由于墨水必須穿過屏幕之外的一個小間隙才能落在柔性覆蓋層上，因此分辨率也會受到影響。同樣，這需要與制造商討論以確定什么是可能的和經濟的。

注意：如果您要繪制PCB的暴露柔性層的區域，并將組件放置在這些區域上，這也是將嵌入式組件放置到電路板切口區域的合理方法。您需要生成一組非常清晰的文檔，顯示切口在哪里以及它們應用在圖層堆棧的哪些部分。這將受到制造商方法的限制 - 可以使用背鉆或多層層疊。因此，傳達您的意圖并盡量減少單獨的切口堆棧部分的數量非常重要。最好完全避免在電路板的相對兩側有相交的切口。

傳統智慧需要加強件或剛性部分，其中組件無論如何都將安裝在柔性件上以用于動態應用。這是為了防止由于剛性元件引腳周圍的電路移動引起的疲勞導致的干焊點和銅裂紋。在某些情況下，這不是必需的，因為柔性區域將安裝到與電路板其余部分并排的固定背襯中，此后它將是靜態的。這種情況在 IPC-2223 中稱為“靈活安裝”。

創建文檔

使用 ECAD 軟件中的自動繪圖實用程序，剛性柔性PCB的文檔（包括制造和裝配圖）變得簡單。在您的剛柔結合或柔性制造圖紙中記錄的一些要點包括：

裸板中每個區域的尺寸

顯示所有材料和層排列的疊層圖

帶有孔尺寸和公差的鉆孔臺

如果需要受控阻抗，則提供阻抗表

帶有參考代號的主要部件的組件輪廓

完整的制造和組裝說明