柔性电路板或者软硬结合板的制造文件

在上一期关于软硬结合印刷电路板的博客中,我谈到了制板商制造柔性板的典型工艺流程。了解制造工艺,对于设计软硬结合板或者柔性电路板是十分重要的。同时,它也告诉你成功地制造设计的板子所提供的数据。如果你还没有阅读过该系列博客的第 1 部分和第 2 部分,赶紧在这里和这里阅读,然后继续下文。

 

制造文件

让我们来谈谈制造文件,它们非常重要。我们是通过制造文件告诉生产商我们想要什么的,然而它们也是造成理解错误或者失误,而导致高昂代价的延误的重要因素。幸运的是,我们可以参考一些标准,来确保我们与制造厂之间沟通无碍,尤其是 IPC-2223B(我的篇博客也参考这个标准)。

 

这可以归结为以下几条金科玉律:

确保你的制造商有能力制造你的设计的软硬结合板。

确保他们从构建层叠结构时就与你合作,以便设计能够满足他们的生产流程。

 

使用 IPC-2223 作为设计参考,并确保制造商使用相同或相关的 IPC 标准,这样你便与他们使用了相同的术语。

 

尽早让他们参与到进设计过程中。

 

输出数据集

在拜访了一些当地有能力做软硬结合板的制板商后,我们发现,很多设计师仍然将 gerber 文件传送给他们的制板商。然而首选的应该是 ODB++ v7.0 或更高版本,因为在它的工作矩阵中添加了可以使 GenFlex ®和类似的 CAM 工具能够清晰辨识的特定图层类型。如表 1 所示,包含的数据子集。

 

表 1: 用于 GenFlex 的 ODB++图层类型子集(V7.0 及更高版本)

(来源:ODB++V7.0 规格)

 

 

如果使用 Gerber 或者 ODB++早期版本的文件,我们便会面很多的麻烦。也就是说,制作商需要分离出刚性和柔性电路部分的剪切路径和模切图案。实际上,我们需要使用机械层胶片来显示硬性板上的避让需求,以及柔性电路区域上哪些部分会暴露在外;显示如何使用覆盖层来加强安装在柔性电路上的元件的焊盘。

 

此外,特别需要注意的是钻孔对和通孔电镀层对,因为从刚性板到柔性板反面的钻孔需要复钻,这会增加成本和降低产量。

 

作为一名设计师,真正的问题是,怎样来定义这些区域、层和堆栈?

 

使用表格定义层叠堆栈

提供给制造商的最重要的文件,毫无疑问是层叠堆栈。为了做出软硬结合板,还需要提供出不同领域的不同堆栈,并且要标识清楚。一个简单的方法是在机械层上,将板子的轮廓复制一份,并且标识出存在不同层叠堆栈的区域,并且把相应的层叠结构表格放在旁边。下图 1 就是一个例子。

 

图 1:堆栈图表显示软硬电路区域的填充型态。

 

在这个例子中,我使用了不同的堆栈区匹配的填充图案来表示哪些叠层是包含在柔性部分或是刚性部分。可以看到这里的“绝缘层 1”使用的是 FR-4,因为它是加强板。

这就产生了新问题,我们还需要一个 2D 空间来定义哪里是弯曲或折叠的,哪里元件和其他重要对象可以穿过刚性和柔性之间的边界。我会在之后详述该点。

 

传递 PCB 设计意图

我们都知道,图片胜过千言万语。如果可以生成一张显示柔性和刚性区域的 3D 图像,这将帮助制造商更清楚地了解我们的意图。现在许多人目前使用 MCAD 软件实现这个视图,他们把 PCB 设计的 STEP 文件导入 MCAD 软件中。图 2 就是引用这一概念的例子。

 

图 2:弯曲力学模型,展现设计意图。

 

另外的好处是,它可以帮助我们检查柔性板和柔性之间以及柔性板和刚性板之间的相互干涉,避免发生巨大的失误。

 

元器件放置

从上图中可以看到,软硬结合板意味着元器件可以放在中间层,而不单单是顶层和底层。这在 PCB 设计软件中有点棘手,因为通常元器件必须放置在顶层和底层。因此,我们需要可以把元器件放置在中间层的能力。

 

可喜的是, AlTIum Designer 可以在把焊盘放置在任意层上,所以这就有可能实现了。另外,丝印是可以印制在在柔性电路上的。这不是难题,因为覆盖层材料可以很好地与丝网印刷油墨粘合。关键是,要选择足够的透过覆盖层材料的、有强烈对比的油墨颜色。丝印的清晰度会受到一些影响,因为它要穿越覆盖膜,以及它们之间的细小间距。再次强调,需要和制造者一起协商,来找到可行又经济的做法。

 

批注:如果我们在 PCB 板上规划了某个区域用于连接柔性板,并在这些区域上放置元件,那么这里就是放置嵌入式元件的合理区域。我们需要生成一套非常清晰的文件,展现切口的位置和层叠结构。这会由于制造方法而产生限制,比如复钻或者多次压制等。因此,准确传达你的意图并且尽量减少单独开孔是非常重要的。最好避免在板子的两面交叉开口。

 

批注:定义 Flex 切口

 

请注意图 1,为什么没有直角弯,但每个弯角的最小半径是多少? IPC 建议半径要大于 1.5mm (约 60 密耳),这样可以大大减少拐角处撕裂柔性电路的可能性。同样的道理,柔性电路中的沟槽和狭缝的两端要放置直径是 3mm(⅛)或更大防止撕裂的孔。详见下面例子的展示。

 

图 3:沟槽、狭缝和内角应该有防止撕裂口或者相切的线之间有最小半径为 1.5mm 的圆弧。

 

为了生产出可靠的软硬结合板产品,关于制造商和柔性电路的终端用户需要考虑很多,包括对铜皮图案的设计考虑。在下一期的博客,我将讨论哪些这些该做和不该做。敬请期待!