Жестко-гибкая многослойная структура печатной платы — это не просто жесткий многослой с гибким хвостом. Это единая механическая и электрическая система, в которой жесткие области, гибкие области и переходы могут требовать различных конструкций слоев. Структура должна обеспечивать высокую плотность размещения компонентов и наличие микропереходных отверстий в жестких областях, предсказуемые пути возврата для контроля импеданса, а также гибкую толщину, позволяющую изгибаться без концентрации напряжения в медных или металлизированных элементах.
Перед детальной трассировкой сформируйте многослойную структуру. Начните с требований к складыванию или перемещению изделия, определите материалы и зоны, затем добавьте элементы, учитывающие HDI и импеданс, не делая при этом изгибную секцию излишне толстой. Обсудите окончательную конструкцию с изготовителем, поскольку наличие диэлектрика, тип меди, последовательность сверления, совмещение и процесс ламинирования определяют, будет ли предлагаемая геометрия воспроизводимой.
Шесть шагов к созданию готовой жестко-гибкой печатной платы.
- Определите режим изгиба и последовательность складывания. Перед принятием решения о выборе слоя зафиксируйте направление, угол, доступный радиус, количество циклов и порядок укладки.
- Составьте карту зон. Отметьте жесткие островки, гибкие пролеты, границы переходов, ребра жесткости, линии изгиба и запретные зоны.
- Выберите систему гибких материалов. Выберите тип FCCL, тип и вес меди, защитное покрытие, клей или связующий слой, а также экранирование в одном комплекте.
- Задайте количество слоев и укажите, какие слои продолжаются в изгиб. Продолжайте только те слои, которые должны пересекать изгиб.
- Добавляйте элементы HDI только в жесткую область, где это необходимо для обеспечения высокой плотности выхода. Не допускайте попадания микропереходных отверстий в зоны изгибов и переходов.
- Пересчитайте импеданс для каждой зоны и передайте корпус на проверку DFM производителю. Зафиксируйте версию структуры перед трассировкой.
Что должна решить система Stackup?
Удобная структура слоев отвечает на три вопроса: плотность, расположение опорных проводников и места изгиба платы. стандарты проектирования IPC Рассмотрите каждый стандарт: IPC-2223 для гибких печатных плат, IPC-2226 для HDI и IPC-2141 для контролируемого импеданса. Проверьте каждое значение в соответствии с набором параметров материала и технологическим процессом.
Составьте карту жестких, гибких и переходных зон.
Перед тем как рисовать контур, классифицируйте каждый изгиб.
Нарисуйте карту зон, прежде чем выбирать количество слоев. Отметьте каждый жесткий остров, гибкий пролет, переход, ребро жесткости, соединитель, запретную зону и линию изгиба. Затем классифицируйте каждый изгиб: только для монтажа, эпизодический или динамический. Запишите направление, угол, радиус, циклы и скручивание.
Запретительные меры в отношении перехода
На карте зонирования возникают конфликты на ранней стадии: устройство с малым шагом выводов смещает микропереходные отверстия к месту перехода, в то время как корпус деформирует изгиб в этом месте. Выявите это до начала трассировки.
Чем отличаются три зоны в строительстве?
Переход от жесткой к гибкой конструкции является причиной большинства строительных споров, поэтому ему необходима отдельная колонна, а не край жесткой зоны.
| Параметр | Жесткая область | Гибкая область | Переход от жесткого состояния к гибкому |
| Количество слоев | Полная сборка | Продолжающиеся слои (обычно 2) | Сужающийся |
| Базовый диэлектрик | Сердцевина из FR-4 + препрег; при необходимости с высокой температурой стеклования. | Полиимид FCCL без клея | Нетекучий препрег или бондлай |
| Тип и вес меди | ЭД или РА, обычно 1 унция | Медь RA, от 1/2 унции до 1 унции | Соответствует смежному слою |
| Внешняя защита | Паяльная маска | PI защитное покрытие с клеем | Граница покрытия + жесткое отверстие |
| Покрытые элементы | Сквозные, слепые, заглубленные, микроотверстия | Внутри активного изгиба ничего нет | Только каплевидные опоры и якорные площадки. |
| Первичный контроль | Плотность выхода, непрерывность плоскости, импеданс | Толщина готового изделия и радиус изгиба. | Течение смолы, кромка упрочняющего элемента, путь деформации |
| Типичный режим отказа | Несогласованные опорные плоскости в сетях импеданса | Дополнительные слои или экранирование расширяют радиус действия за пределы корпуса. | Острые углы и кромки ребер жесткости являются концентраторами напряжений. |
В большинстве случаев причиной поломки при изгибе является что-то твердое внутри изгиба, а не значение радиуса. Сравните последнюю строку со своим чертежом.
Выберите систему гибких материалов перед добавлением HDI.
Выберите систему гибких материалов как единый комплект.
Выберите гибкий ламинат, медный утяжелитель, защитное покрытие, клей или клеевую прослойку и экранирование в одном комплекте. Более толстая медь, плоскости и клей увеличивают толщину гибкости и возможность резки и изгиба. UMEC возможности производства жестко-гибких конструкций Включает в себя бесклеевые системы FCCL, системы покрытия, лазерное сверление, конструкции типа HDI и варианты с контролируемым импедансом. Перед прокладкой трубопровода необходимо получить разрешение на монтаж.
Обычно для тонких гибких пленок используется вариант без клея. Опубликованные компанией DuPont данные по кондиционерам Pyralux В списке указаны толщины от 12 мкм до 50 мкм, при этом медь, полученная методом прокатки и отжига, имеет равный вес. Это означает, что тип меди является свободным выбором, а не фактором, влияющим на толщину.
Указывайте тип меди, а не только её вес. Отожженная фольга, полученная методом прокатки, выдерживает многократные изгибы и обходится дешевле, чем переделка треснувшего гибкого кабеля после обработки. Электроосажденная фольга подходит для жестких секций и статических конструкций, требующих установки. Бесклеевые конструкции соединяют полиимид непосредственно с медью, избегая более высоких диэлектрических потерь и расширения по оси Z акрилового слоя. Системы на основе клея подходят для статических изгибов. На гибком кабеле откажитесь от паяльной маски: она трескается при изгибе, а защитное покрытие — нет. Выбирайте оба варианта вместе с ламинатом.
Ограничьте то, что выходит за пределы гибкого пролета.
Для обеспечения стабильной трассировки, экранирования, тока и сигнала необходимо свести к минимуму количество гибких проводников и опорных слоев. Радиус изгиба определяется исходя из окончательной толщины гибкого провода, защитного слоя и любых дополнительных слоев, а не из чистого полиимидного сердечника или одного множителя. Необходимо сверить радиус с фактическим материалом и рабочим циклом.
Бесклеевые конструкции FCCL против клеевых конструкций
Типичные опубликованные значения для коммерческих материалов в качестве ориентира для планирования. Перед любыми расчетами импеданса или изгиба необходимо сверить значения Dk, Df и удлинения с техническими характеристиками ламината.
| Свойство | Бесклеевой FCCL | Клеевой FCCL | |||
| Связующий слой | Полиимид, нанесенный непосредственно на медь методом литья. | Акриловый клей, приблизительно от 12,5 мкм до 25 мкм | |||
| Типичная диэлектрическая проницаемость на частоте 1 ГГц | приблизительно 3,4 | приблизительно 3,6–3,8 | |||
| Типичное значение Df на частоте 1 ГГц | приблизительно 0,002 для сортов с низкими потерями | Примерно 0,02 на частотах в несколько ГГц | |||
| Тепловое поведение | Стабильная работа при бессвинцовой пайке оплавлением. | Температура стеклования адгезии около 100 °C, высокое расширение по оси Z. | |||
| Предпочтительно для | Динамический изгиб, высокая скорость, многократная оплавка. | Конструкция с статическим изгибом, учитывающая стоимость. | |||
| Медный тип | Зернистая структура | Типичное удлинение при разрыве | Типичное использование | ||
| Прокатно-отожженный (RA) | Ламеллярный | примерно от 20% до 40% | Динамическая гибкость и большинство гибких зон | ||
| Электроосажденный (ЭО) | Колоннар | Более низкий, часто упоминаемый показатель около 5%. | Жесткие области и статическая гибкость | ||
Примеры структуры жестко-гибких печатных плат по количеству слоев
Важны два вопроса. Что содержит четырехслойная конструкция, и что меняется при шести слоях? В обоих случаях используется один двухслойный гибкий мост, поэтому радиус изгиба практически не меняется. Шесть слоев увеличивают площадь жесткой зоны, стоят дороже и не улучшают изгиб. Рассматривайте эти значения как ориентир для планирования, а не как техническое задание.
| Пункт | 4-слойная жестко-гибкая печатная плата (пример) | 6-слойная жестко-гибкая печатная плата (пример) |
| Проводящие слои на каждый жесткий участок | 2 | 4 |
| Слои продолжаются в гибкий пролет. | 2 (один двухслойный гибкий сердечник) | 2 типичных; 4 только после проверки |
| Гибкое ядро | Бесклеевой PI, 25 мкм или 50 мкм | Бесклеевой PI, предпочтительно 25 мкм |
| Гибкая медь | 1/2 унции или 1 унция меди RA | Предпочтительно медь RA 1/2 унции. |
| Внешняя защита в гибком исполнении. | Покровный слой PI, 25 мкм с каждой стороны. | Покровный слой PI, 25 мкм с каждой стороны. |
| Обработанная готовая толщина гибкого материала | приблизительно от 0,15 мм до 0,20 мм | приблизительно от 0,15 до 0,20 мм с двумя непрерывными слоями; приблизительно от 0,25 до 0,35 мм с четырьмя непрерывными слоями. |
| Типичная нагрузка на изгиб | Статический, складывается для установки. | Статический; динамический — только после проверки. |
| Относительная стоимость и сроки поставки | Исходный уровень | Более высокий уровень (дополнительные циклы ламинирования) |
Четырехслойная жестко-гибкая конструкция (пример)
Это распространенные коммерческие модели. Рассматривайте их как пример, а не как спецификацию. Возможность сборки зависит от системы материалов, типа меди, последовательности ламинирования и технологического процесса изготовления.
В итоге толщина гибкого слоя составляет примерно 160 мкм: 25 мкм сердцевина, 36 мкм медь, 100 мкм защитное покрытие.
Шестислойная жестко-гибкая конструкция (пример)
Гибкий каркас соответствует четырехслойной конструкции, поэтому радиус сгиба не изменяется. Количество ламинированных слоев, точность совмещения и себестоимость единицы продукции изменяются.
4-слойная жестко-гибкая печатная плата: один гибкий сердечник между двумя жесткими парами.
Большинство начинают с четырехслойной жестко-гибкой печатной платы: два проводящих слоя в каждой жесткой секции, между которыми находится двухслойный гибкий сердечник, несущий оба слоя. Изгиб остается тонким, поэтому радиус остается малым. Если жесткой области недостаточно, добавляются жесткие слои, а не гибкие.
6-слойная жестко-гибкая печатная плата: четыре жестких слоя с двухслойным гибким мостом.
В шестислойной жестко-гибкой печатной плате каждая жесткая секция содержит четыре проводящих слоя. Только два из них продолжаются по всей длине гибкого участка. Каждый добавленный слой увеличивает толщину и радиус изгиба, поэтому участок, требующий двух проводников, изгибается хуже при шести слоях и стоит дороже.
Выбор между 4, 6 и более слоями
Обоснуйте переход от четырехслойной к шестислойной жестко-гибкой печатной плате жесткой областью, а не площадью гибкого участка. Пусть количество жестких слоев определяется каналами вывода и парами плоскостей. Усовершенствованная жестко-гибкая печатная плата HDI, построенная по схеме 1+n+1 или 2+n+2, учитывает плотность выводов и рельеф переходных отверстий, а не количество слоев.
Добавить HDI В плотности На самом деле это необходимо
Его жесткая область определяет усовершенствованную жестко-гибкую печатную плату HDI. Накопление микропереходов, глухие и скрытые переходные отверстия, а также последовательное ламинирование увеличивают плотность выводов под устройствами с малым шагом. Гибкий участок остается настолько тонким, насколько позволяют непрерывные цепи, поэтому структура HDI заканчивается на границе жесткой и гибкой областей. Используйте ее только там, где требуется высокая плотность выводов или трассировки. Определите, к каким слоям подключается каждое переходное отверстие.
IPC-2226 Определяются микропереходы и структуры наращивания, а производители указывают свои определения переходов и ограничения по соотношению сторон. Эти ограничения подходят для жестких конструкций. Как только гибкий сердечник попадает в процесс ламинирования, рассматривайте его как потолок, а не как цель.
Последовательность сборки и порядок ламинирования
При расположении слоев по схеме 2+n+2 на каждой стороне сердечника, несущего гибкий каркас, размещаются два последовательных слоя. Местоположение гибкого каркаса имеет значение. Каждый проход ламинирования подвергает полиимидную и клеевую системы дополнительному нагреву и давлению, что приводит к ошибке совмещения по краям покрывающего слоя.
В документе UMEC описываются многослойные жестко-гибкие структуры с заглубленными или глухими микроотверстиями и расположением HDI до 2+n+2, в зависимости от результатов проектирования. Необходимо проверить соотношение сторон микроотверстий, геометрию контактных площадок, заполнение медью, совмещение и соответствие последовательного ламинирования циклу жестко-гибкого соединения.
Где место микропереходам в жестко-гибкой конструкции?
Микропереходы относятся к жестким островкам. Покрытый диэлектриком микропереход представляет собой медный цилиндр, соединенный с диэлектриком со всех сторон, без запаса пластичности. Динамический изгиб допускает меньшую деформацию, чем статический цилиндр. Определите зону, запрещенную для использования, охватывающую линию изгиба и переходный закругленный край, и держите за ее пределами жесткие покрытые элементы, контактные площадки, заполненные переходы и медный балансировочный слой.
Лазерное сверление микроотверстий и последовательная сборка являются стандартными технологиями. Производственные возможности HDI PCBВ жестко-гибкой панели практическим пределом является точность совмещения в течение цикла гибкого склеивания, а не само переходное отверстие.
Компромиссы отражают те, которые лежат в основе. выбор между глухими, заглубленными и микроканавальными конструкциями В жесткой конструкции. Здесь каждый цикл ламинирования должен также выдержать этап склеивания, соединяющий гибкий сердечник. Поэтому количество циклов укладки уменьшается на один.
Конструкция обеспечивает контролируемое сопротивление во всех зонах.
Опорные пути через жесткие и гибкие зоны
На печатной плате с контролируемым импедансом можно использовать различную геометрию в жестких и гибких секциях, но путь отсчета должен быть продуманным. Для каждого класса цепей необходимо записать сигнальный слой, опорный слой, целевой импеданс, допуск, толщину диэлектрика и меди, а также переход. Пересчитывайте параметры при прохождении сигнала через более тонкую гибкую структуру. При трассировке гибких цепей предпочтительнее использовать тонкие микрополосковые линии. Полосковая линия лучше удерживает поле, но требует дополнительного опорного слоя. Обеспечьте непрерывность обратного тока при смене слоев, избегайте попадания переходных отверстий в зоны напряжения и предоставьте изготовителю таблицу импедансов, привязанную к утвержденной версии структуры слоев, а также образец.
Перерасчет геометрии трассировки для гибкого участка
Односторонняя дорожка с сопротивлением 50 Ом, проложенная по жесткому диэлектрику толщиной 100 мкм при коэффициенте отражения около 4,0, имеет ширину примерно 0,17 мм при использовании меди толщиной 18 мкм. Переместив ту же дорожку на полиимидный сердечник толщиной 50 мкм в гибком участке, целевая ширина составит около 0,075 мм. Эти значения ширины следует рассматривать как иллюстративные, а не как предельные значения технологического процесса.
Гарантируйте надежность изгиба медных проводов и защитного покрытия.
Расчет радиуса изгиба на основе толщины готового гибкого материала.
Проводники следует прокладывать перпендикулярно линии изгиба, используя плавные кривые вместо острых углов. В зоне активного изгиба следует избегать резких изменений ширины, сужений, входов в контактные площадки и наслоения меди. Если дорожки имеют общий слой более чем в одном гибком слое, расположите их в шахматном порядке и проверьте, снизит ли это натяжение при выравнивании.
Детали покрытия, усиления и контура в месте перехода
На переходе от жесткого состояния к гибкому, сохраняйте плавность радиусов контура. Определите границы покрытия, жесткое отверстие, край усилителя и припуск на клей. Затем проверьте, как плата соединяется с корпусом. Гибкий материал, который выглядит безопасным, все еще может быть насильно преодолен через острый край.
См. Проверка DFM-моделирования с использованием технологии rigid-flex для определения радиуса изгиба.
Завершите сборку с помощью анализа DFM-моделирования от производителя.
Что должно входить в пакет выпуска
Выпуск единого интегрированного пакета: чертеж зон, утвержденная структура слоев, толщина жестких и гибких элементов, перечень материалов, детали защитного слоя и ребер жесткости, таблицы сверления и переходных отверстий, требования к импедансу, карта изгибов и схема складывания сборки. UMEC Услуги по проектированию и компоновке печатных плат. Рассматриваются вопросы поддержки проектирования для производства (DFM), проверки файлов Gerber, панельной сборки и обеспечения целостности сигнала.
Вопросы для письменного изложения
Объедините вопросы плотности, надежности сигнала и механических характеристик в одном обзоре, а не по отдельности. UMEC Руководство по расширенному производству печатных плат Рассматриваются параметры структуры, радиус изгиба, защитное покрытие, размещение переходных отверстий, импеданс и напряжения при сборке. Все эти проблемы должны быть решены в рамках одной доработки структуры перед выпуском.
Заключение
Надежная конструкция жестко-гибкой секции начинается с карты изгибов и зон, а не с предпочтительного количества слоев. Сложность HDI следует поддерживать в пределах жестких областей. Необходимо поддерживать опорное сопротивление на каждом этапе перехода. Обрезайте окончательную толщину гибкой секции, пока это позволяют трассировка и экранирование.
Для получения отзывов по конкретному проекту, Отправьте в UMEC пакет чертежей и проектную документацию. с учетом требований, таблицы импедансов, схемы переходных отверстий, материалов, механической модели и количества. Предварительная проверка позволяет выявить конфликты на ранней стадии.
Часто задаваемые вопросы
Можно ли использовать микропереходы HDI в жёстко-гибких печатных платах?
Да, если производитель поддерживает требуемую толщину слоя и последовательность переходных отверстий. Размещайте микропереходные отверстия в жестких областях и проверяйте ламинирование, контактные площадки, заполнение медью, совмещение и зазоры от изгибов.
Как регулируется импеданс, когда дорожка входит в гибкий кабельный канал?
Определите опорный проводник, пересчитайте геометрию трассы для гибкого диэлектрика и толщины меди. Задокументируйте в таблице импедансов ширину, расстояние между проводниками, опорный слой, переход, допуск и образец для каждой зоны.
Что определяет минимальный радиус изгиба?
Толщина готового гибкого кабеля, количество слоев, конструкция медного слоя, защитное покрытие, направление и угол изгиба, а также режим работы имеют значение. Коэффициенты множителей IPC-2223 и допустимые расстояния указаны в... Проверка DFM-моделирования с использованием технологии rigid-flex для определения радиуса изгибаПодтвердите радиус для утвержденного материала.
Когда производителю следует проверять структуру материала?
Проверьте все параметры перед трассировкой, после определения импеданса и структуры переходных отверстий, и еще раз перед выпуском. Любое изменение материала, слоя или толщины инициирует повторную проверку импеданса и изгиба.
В чём практическая разница между 4-слойной и 6-слойной жёстко-гибкой печатной платой?
В четырехслойной жестко-гибкой печатной плате каждая жесткая секция содержит два проводящих слоя вокруг двухслойного гибкого сердечника. Шестислойная конструкция добавляет пары плоскостей и пространство для маневра. Гибкий мост по-прежнему содержит два слоя, поэтому радиус изгиба практически не изменяется.
Сколько слоев должно продолжаться в гибкой секции?
Только два слоя несут цепи, пересекающие изгиб. Дополнительные слои в 4-слойной жестко-гибкой печатной плате увеличивают толщину и радиус изгиба, поэтому неиспользуемые слои должны находиться в жестких областях.
Требуется ли бесклеевой FCCL для жестко-гибких конструкций?
Не всегда. Бесклеевые конструкции подходят для динамического изгиба, высокоскоростной обработки и многократной оплавления, поскольку они лучше сохраняют толщину. Клеевые системы подходят для статических изгибов и экономичных конструкций, при условии, что радиус включает клеевой слой.