為(wèi)制造准备刚柔结合PCB文(wén)档

2022-04-08

為(wèi)制造准备刚柔结合PCB文(wén)档

每当您设计一种将大规模生产的新(xīn)产品时，您的工作就会突然从了解设计的所有(yǒu)内容转变為(wèi)了解制造过程的所有(yǒu)内容。在您作為(wèi)设计师的工作完成之前，您需要完成最后一组任務(wù)：准备您的制造商(shāng)需要的制造文(wén)档，以便开始在您的刚柔结合電(diàn)路板上进行生产。对于刚柔结合，制造问题和期望与刚性PCB中的预期有(yǒu)所不同。在接下来的部分(fēn)中，我们将提供一些您应该在制造文(wén)档中指定的信息，特别是在您的制造说明 和图纸中，以便您在过渡到生产时可(kě)以防止误解。

记录用(yòng)于制造和组装的 Flex PCB

当您准备文(wén)档时，您实际上是在告诉制造商(shāng)您希望在刚柔组合中看到什么；这是流程中最有(yǒu)可(kě)能(néng)出现错误或误解会导致代价高昂的延误的部分(fēn)。幸运的是，我们可(kě)以参考一些标准来确保我们与制造商(shāng)进行清晰的沟通，特别是 IPC-2223B（我在撰写本文(wén)时引用(yòng)了它）。

它可(kě)以归结為(wèi)一些黄金法则：

确保您的制造商(shāng)能(néng)够构建您的刚柔结合设计。

确保他(tā)们与您合作设计您的层堆栈以适应他(tā)们的特定流程。

使用(yòng) IPC-2223 作為(wèi)您的设计参考点，确保制造商(shāng)使用(yòng)相同和相关的 IPC 标准——因此他(tā)们使用(yòng)与您相同的术语。

尽早让他(tā)们参与这个过程。

需要仔细注意钻孔和通孔電(diàn)镀的层对规划和文(wén)档，因為(wèi)从刚性表面层向下到相对的柔性電(diàn)路层的盲孔必须进行反钻，并增加显着成本和降低产量到晶圆厂工艺。

输出数据集

在采访了当地几家具有(yǒu)刚柔结合能(néng)力的板房时，我们发现许多(duō)设计师仍然向板房展示 Gerber 文(wén)件。但是，首选 ODB++ v8.1 或更高版本，因為(wèi)它在作业矩阵中添加了特定的层类型，可(kě)以為(wèi) GenFlex ®和类似的 CAM 工具启用(yòng)清晰的弹性文(wén)档。下表显示了包含的数据的一个子集。

用(yòng)于 GenFlex 的 ODB++（v8.1 及更高版本）中的层类型子集 [来源：ODB++ v8.1 规范]

如果将 Gerber 用(yòng)于输出数据集或早期版本的 ODB++，我们会面临一些问题。即，制造商(shāng)将需要单独的路径工具路径和模切图案用(yòng)于层堆叠中的每个刚性和柔性部分(fēn)。实际上，需要生产机械层薄膜以显示刚性區(qū)域中需要存在空隙的位置，并且更多(duō)地显示暴露的柔性區(qū)域上的覆盖层或覆盖涂层的位置。覆盖层或覆盖涂层也必须被视為(wèi)可(kě)能(néng)安装在柔性區(qū)域上的那些组件的组件焊盘的掩膜。

此外，需要特别注意钻孔和通孔電(diàn)镀的层对，因為(wèi)从刚性表面层向下到相对的柔性层的盲孔必须进行背钻，这会显着增加成本并降低产量晶圆厂工艺。

作為(wèi)设计师，真正的问题是，如何定义这些區(qū)域、层和堆栈？

使用(yòng)表格按面积定义堆栈

您可(kě)以為(wèi)制造商(shāng)提供的最重要的文(wén)档可(kě)以说是层堆栈设计。除此之外，如果你在做刚柔结合，你必须為(wèi)不同的區(qū)域提供不同的堆栈，并以某种方式非常清楚地标记它们。一个简单的方法是在机械层上复制您的電(diàn)路板轮廓，并為(wèi)包含不同层堆叠的區(qū)域放置一个带有(yǒu)图案填充图例的层堆叠表或图表。这方面的一个例子如下所示。

显示刚性和柔性區(qū)域填充模式的堆栈图示例。

在此示例中，我使用(yòng)匹配不同堆叠區(qū)域的填充模式来指示哪些堆叠层包含在柔性部分(fēn)或刚性部分(fēn)中。你可(kě)以在这里看到我命名為(wèi)“Dielectric 1”的层项实际上是一个 FR-4 核心，它也可(kě)以被认為(wèi)是一个加强件。

传达PCB设计意图

这带来了一个新(xīn)问题，因為(wèi)您还必须在 2D 空间中定义可(kě)以弯曲和折叠的位置，以及允许组件和其他(tā)关键对象跨越刚性和柔性部分(fēn)边界的位置。这一切都需要在制造图、装配图或两者中注明。显示柔性和刚性區(qū)域的 3D 图像将帮助制造商(shāng)更清楚地了解您的意图。在导入 PCB布局的 STEP 文(wén)件后，目前许多(duō)人使用(yòng) MCAD 软件执行此操作。下图显示了这个概念的一个例子。

从 MCAD 应用(yòng)程序创建某种图形可(kě)以在制造之前检测柔性到柔性和柔性到刚性的干涉。与 Altium Designer 一样，在線(xiàn)设计规则检查器 (DRC) 以交互方式显示干扰发生的位置。当涉及到最终产品组装时，更希望為(wèi)组装经理(lǐ)和员工提供 3D 动画電(diàn)影，说明刚挠结合板将如何折叠以安装到产品外壳或组装中。这就是為(wèi) CAD 工具直接截屏或 3D 電(diàn)影作為(wèi)最终装配文(wén)档包的一部分(fēn)非常有(yǒu)用(yòng)的地方。

Altium Designer 中的刚柔结合PCB示例

放置

您还可(kě)以从上图中看到，刚柔结合设计意味着组件可(kě)能(néng)存在于除顶部和底部之外的层中。这在PCB设计软件中有(yǒu)点棘手，因為(wèi)通常组件必须存在于顶部或底部。所以我们需要一些将组件放置在内层的能(néng)力。

有(yǒu)趣的是，Altium Designer ® 一直支持任何层上的焊盘对象，因此这并非不可(kě)能(néng)。还有(yǒu)一个暗示，丝网印刷也可(kě)能(néng)存在于柔性层上。这不是问题，因為(wèi)覆盖层材料可(kě)以很(hěn)好地粘附在丝印油墨上。诀窍更多(duō)的是确保选择的墨水颜色与覆盖层材料有(yǒu)足够的对比度。此外，由于墨水必须穿过屏幕之外的一个小(xiǎo)间隙才能(néng)落在柔性覆盖层上，因此分(fēn)辨率也会受到影响。同样，这需要与制造商(shāng)讨论以确定什么是可(kě)能(néng)的和经济的。

注意：如果您要绘制PCB的暴露柔性层的區(qū)域，并将组件放置在这些區(qū)域上，这也是将嵌入式组件放置到電(diàn)路板切口區(qū)域的合理(lǐ)方法。您需要生成一组非常清晰的文(wén)档，显示切口在哪里以及它们应用(yòng)在图层堆栈的哪些部分(fēn)。这将受到制造商(shāng)方法的限制 - 可(kě)以使用(yòng)背钻或多(duō)层层叠。因此，传达您的意图并尽量减少单独的切口堆栈部分(fēn)的数量非常重要。最好完全避免在電(diàn)路板的相对两侧有(yǒu)相交的切口。

传统智慧需要加强件或刚性部分(fēn)，其中组件无论如何都将安装在柔性件上以用(yòng)于动态应用(yòng)。这是為(wèi)了防止由于刚性元件引脚周围的電(diàn)路移动引起的疲劳导致的干焊点和铜裂纹。在某些情况下，这不是必需的，因為(wèi)柔性區(qū)域将安装到与電(diàn)路板其余部分(fēn)并排的固定背衬中，此后它将是静态的。这种情况在 IPC-2223 中称為(wèi)“灵活安装”。

创建文(wén)档

使用(yòng) ECAD 软件中的自动绘图实用(yòng)程序，刚性柔性PCB的文(wén)档（包括制造和装配图）变得简单。在您的刚柔结合或柔性制造图纸中记录的一些要点包括：

裸板中每个區(qū)域的尺寸

显示所有(yǒu)材料和层排列的叠层图

带有(yǒu)孔尺寸和公差的钻孔台

如果需要受控阻抗，则提供阻抗表

带有(yǒu)参考代号的主要部件的组件轮廓

完整的制造和组装说明