Häufige Fehler im Flex-Design und wie man sie behebt

Die Fähigkeit zu biegen, zu flexen und zu falten sind einer der primären Vorteile von flexiblen Schaltungsmaterialien und obwohl es mehrere Beispiele für flexible Schaltungsentwürfe gibt, die Hunderttausende oder sogar Millionen von Biegungen aushalten, ist die Realität, dass Entwürfe, die dynamisch gebogen werden, oft viele Male überarbeitet wurden, bevor sie optimale Leistung erreichten. Die gute Nachricht für Designer, die neu in flexiblen Schaltungsentwürfen sind, ist, dass die meisten Anwendungen flexibler Schaltungen nicht ganz so strenge Leistungsparameter verlangen und die Anwendung einiger gängiger Empfehlungen zur Verbesserung der Flex-Lebensdauer eines Entwurfs oft zu hochzuverlässigen, flexiblen Schaltungsentwürfen mit minimalen Überarbeitungen führt. In unserem heutigen Blog werfen wir einen Blick auf einige der häufigsten Designfehler, die zu Rissen und Brüchen von Schaltungsspuren führen können und wie man diese korrigiert. Das Team von American Standard Circuits gibt die folgenden Empfehlungen und hat alle hier verwendeten Bilder bereitgestellt.

Die häufigsten Designfehler resultieren aus zusätzlichem Stress in den Biege- und Flexbereichen:   

• Spuren können brechen oder reißen, wenn scharfe Winkel beim Verlegen der Spuren verwendet werden, insbesondere in Biegebereichen, wo die Schaltung am meisten belastet wird.

• Keine Tränen hinzufügen an der Schnittstelle von Pad zu Spur.

• Vias platzieren, wo die Flexion biegt oder am Rand der Steifenschnittstelle, wo zusätzlicher Stress auf die Schaltung ausgeübt wird.

• Nicht das SMT und nicht unterstützte Pads erfassen, was während der Montage zum Abheben der Pads führen kann.

• Kreieren, falten oder biegen von flexiblen gedruckten Schaltungsplatten über ihre Belastungspunkte hinaus.

Die meisten Leiterplattendesigner haben einen oder alle diese häufigen Fehler gemacht, als sie die Feinheiten des Entwerfens einer Leiterplatte, die sich biegen und falten wird, erlernten.

Vermeiden Sie scharfe Winkel beim Verlegen von Spuren und vermeiden Sie Übergänge in den Flexbereichen:

Fügen Sie Verankerungsspitzen und Pad-Fillets an der Schnittstelle von Spur zu Pad hinzu:

Die Verbindung von Leiterbahn zu Pad kann einer der schwächsten Punkte in einem flexiblen Schaltungsdesign sein und ein Bereich, der anfällig für Brüche, Risse und potenzielles Abheben während des Lötens und der Montage ist. In den obigen Beispielen sehen Sie, dass die „robusten“ Designs, die Verankerungssporne und Pad-Fillets nutzen, die vom Overlay erfasste Kupfermenge deutlich erhöhen und die Oberfläche an der Pad-zu-Leiterbahn-Schnittstelle vergrößern, was die Stärke des Pads erhöht. Viele Designs erfordern schmale Leiterbahnbreiten, um durch ein Steckfeld zu führen; diese schmale Leiterbahnbreite wird oft im gesamten flexiblen Schaltungsdesign verwendet. Sich die Zeit zu nehmen, die Breiten zu erhöhen, verbessert die Fertigungsausbeuten und die Gesamtzuverlässigkeit. Eine Randbemerkung, dies ist auch bei Designs wichtig, die im Endgebrauch nicht dynamisch gebogen werden. Die dünnen, flexiblen Materialien neigen während der standardmäßigen Fertigungsprozesse zu Bewegungen und Stress.

Vermeiden Sie es, Vias dort zu platzieren, wo die flexible Schaltung gebogen werden soll oder am Rand einer Versteifungs-Schaltungs-Schnittstelle:

„Einfangen“ von SMT- und nicht unterstützten Pads, um ein Abheben während der Montageoperationen zu verhindern:

Die Methode, die die größte Fähigkeit zur Erfassung von Pads bietet, besteht darin, den Pad-Bereich mit einer Schicht gebohrter Abdeckfolie zu „erfassen“. Eine Schicht aus Polyimid und Klebstoff wird vorgebohrt und mit dem flexiblen Basismaterial verbunden. Es gibt ein paar Dinge, die man bei der Verwendung dieser Methode beachten sollte. Erstens, wenn der Klebstoff gebunden ist, wird er in den vorgesehenen Pad-Bereich „ausgequetscht“, und dies sollte während des Designs und der Herstellung berücksichtigt werden. Zweitens, wenn die Pad-Bereiche enger werden, wird diese Methode zunehmend schwieriger. Registrierungstoleranzen und das Ausquetschen können den lötbarer Ring effektiv reduzieren und Spezifikationen verletzen.

Eine andere Option ist die Verwendung von fotoimageable Abdeckfolie, ein Prozess, der dem traditionellen Lötstopplack für gedruckte Schaltungen sehr ähnlich ist, unter Verwendung von Materialien, die speziell zum Biegen konzipiert sind. Diese Methode eignet sich für enge Toleranzen und „quadratische“ Pads. Der Nachteil dieser Methode ist, dass diese Materialien, obwohl flexibel, nicht so flexibel wie die Polyimid-Abdeckfolie sind und möglicherweise nicht für alle Anwendungen akzeptabel sind. Wenn Sie enge Geometrien haben, die sich nicht für die Verarbeitung mit gebohrter Abdeckfolie eignen, konsultieren Sie Ihren Hersteller für zusätzliche Optionen.

Befolgen Sie etablierte Richtlinien für das Knicken, Falten oder Biegen von flexiblen Materialien:

Obwohl flexible Materialien zum Biegen, Flexen und Falten konzipiert sind, gibt es eine Grenze für die Belastungen, die das Material aushalten kann. Das Überschreiten dieser Grenzen kann zu Delamination und Leiterbruch führen. Standardrichtlinien sind:

Einschichtige Konstruktion: 3-6x die Dicke des Schaltkreises

Zweischichtige Konstruktion: 6-10x die Dicke des Schaltkreises

Mehrschichtiger Aufbau: 10-15x die Dicke des Schaltkreises

Dynamische Anwendung: 20-40x die Dicke des Schaltkreises

Zum Beispiel würde bei einem doppelseitigen Schaltkreis mit einer Gesamtdicke von 0,012 Zoll der minimale Biegeradius 0,072 Zoll betragen.

Dies sind nur einige der besten Praktiken für das Design von flexiblen gedruckten Schaltungen. Eine großartige Ressource, um mehr zu erfahren, ist das kürzlich veröffentlichte E-Book von ASC, „The Companion Guide To……Flex and Rigid-Flex Fundamentals. Dieser Begleiter geht detaillierter auf diese und andere bewährte Methoden ein. i007ebooks.com/flexcg