Częste błędy w projektowaniu elastycznych obwodów drukowanych i jak je naprawić

Możliwość gięcia, zginania i składania to jedna z głównych zalet materiałów na obwody elastyczne i chociaż istnieje wiele przykładów projektów obwodów elastycznych, które wytrzymują setki tysięcy, a nawet miliony zgięć, rzeczywistość pokazuje, że projekty, które są dynamicznie zginane, często były wielokrotnie aktualizowane zanim osiągnęły optymalną wydajność. Dobrą wiadomością dla projektantów nowych w dziedzinie projektowania obwodów elastycznych jest to, że większość aplikacji obwodów elastycznych nie wymaga aż tak rygorystycznych parametrów wydajności i zastosowanie kilku powszechnych zaleceń w celu poprawy żywotności zginania projektu często prowadzi do wysoce niezawodnych projektów obwodów elastycznych z minimalną liczbą zmian. W dzisiejszym blogu przyjrzymy się niektórym z najczęstszych błędów projektowych, które mogą prowadzić do pęknięć i złamań ścieżek obwodów oraz jak je naprawić. Zespół z American Standard Circuits przedstawia następujące zalecenia i dostarczył wszystkie użyte tutaj obrazy.

Najczęstsze błędy projektowe wynikają z dodatkowego stresu w obszarach zginania i gięcia:   

• Ścieżki mogą pękać lub łamać się, gdy przy trasowaniu ścieżek używane są ostre kąty, szczególnie w regionach zginania, gdzie na obwód działa największy stres.

• Nie dodawanie łez na interfejsie pad-ścieżka.

• Umieszczanie via w miejscach, gdzie obwód się zagina lub na krawędzi interfejsu usztywniacza, gdzie występuje dodatkowy stres na obwodzie.

• Nie zabezpieczanie SMT i niepodtrzymywanych padów, co może prowadzić do odrywania padów podczas montażu.

• Zaginanie, składanie lub gięcie elastycznych płyt obwodów drukowanych poza ich punktami stresu.

Większość projektantów płyt obwodów drukowanych popełniła jeden lub wszystkie te powszechne błędy, gdy przyswajali sobie niuanse projektowania płyty obwodu drukowanego, która będzie się zginana i składana.

Unikaj ostrych kątów podczas trasowania ścieżek i unikaj przejść w obszarach zginania:

Dodaj kotwiczące wypusty i zaokrąglenia padów na interfejsie ścieżka-pad:

Interfejs ścieżki do pada może być jednym z najsłabszych punktów w projektowaniu obwodów elastycznych i obszarem podatnym na pękanie, łamanie i potencjalne odrywanie podczas lutowania i montażu. Można zobaczyć na powyższych przykładach, że „solidne” projekty wykorzystujące kotwice i zaokrąglenia pada znacznie zwiększają ilość miedzi przechwyconej przez nakładkę i zwiększają powierzchnię na interfejsie pada do ścieżki, co zwiększa wytrzymałość pada. Wiele projektów wymaga wąskich szerokości przewodników do przejścia przez pole złącza; ta wąska szerokość przewodnika jest często używana w całym projekcie obwodu elastycznego. Poświęcenie czasu na zwiększenie szerokości poprawi wydajność produkcji i ogólną niezawodność. Jako uwaga na marginesie, jest to ważne nawet w projektach, które nie są dynamicznie zginane w użytkowaniu końcowym. Cienkie, elastyczne materiały są podatne na ruch i stres podczas standardowych procesów produkcyjnych.

Unikaj umieszczania via tam, gdzie obwód elastyczny ma się zginać lub na krawędzi interfejsu sztywnika z obwodem:

„Zabezpiecz” pady SMT i pady bez wsparcia, aby zapobiec ich odrywaniu podczas operacji montażowych:

Metoda, która zapewnia największą zdolność chwytania padów, polega na „chwyceniu” obszaru pada za pomocą warstwy przewierconej osłony. Warstwa polimidu i kleju jest wstępnie wiercona i przyklejana do elastycznego materiału bazowego. Istnieje kilka rzeczy, na które należy zwrócić uwagę, korzystając z tej metody. Po pierwsze, gdy klej zostanie przyklejony, wyciśnie się on do zamierzonego obszaru pada, co należy wziąć pod uwagę podczas projektowania i produkcji. Po drugie, gdy obszary pada stają się ciaśniejsze, ta metoda staje się coraz trudniejsza. Tolerancje rejestracji i wyciskanie mogą skutecznie zmniejszyć lutowalny pierścień okólny i naruszyć specyfikacje.

Inną opcją jest użycie fotoutwardzalnej osłony, procesu bardzo podobnego do tradycyjnej maski lutowniczej płytek drukowanych, używając materiałów specjalnie zaprojektowanych do gięcia. Ta metoda nadaje się do ścisłych tolerancji i „kwadratowych” padów. Wadą tej metody jest to, że te materiały, choć elastyczne, nie są tak elastyczne jak polimidowa osłona i mogą nie być akceptowalne we wszystkich zastosowaniach. Jeśli masz ścisłe geometrie, które nie nadają się do przetwarzania z użyciem wierconej osłony, skonsultuj się z producentem w celu uzyskania dodatkowych opcji.

Stosuj ustalone wytyczne do zginania, składania lub gięcia elastycznych materiałów:

Chociaż materiały elastyczne są zaprojektowane do zginania, gięcia i składania, istnieje limit obciążeń, które materiał może wytrzymać. Przekroczenie tych limitów może skutkować delaminacją i pęknięciem przewodnika. Standardowe wytyczne to:

Konstrukcja jednostronna: 3-6x grubość obwodu

Konstrukcja dwustronna: 6-10x grubość obwodu

Wielowarstwowa konstrukcja: 10-15x grubość obwodu

Dynamiczne zastosowanie: 20-40x grubość obwodu

Na przykład, przy dwustronnym obwodzie o całkowitej grubości 0,012”, minimalny promień zgięcia wynosiłby 0,072”.

To tylko kilka z najlepszych praktyk projektowania elastycznych obwodów drukowanych. Doskonałym źródłem wiedzy na ten temat jest niedawno opublikowany e-book od ASC, „Przewodnik Towarzyszący do... Podstaw Flex i Rigid-Flex. Ten przewodnik towarzyszący zawiera więcej szczegółów na temat tych i innych najlepszych praktyk. i007ebooks.com/flexcg