Những Sai Lầm Phổ Biến Trong Thiết Kế Mạch Linh Hoạt và Cách Khắc Phục

Khả năng uốn cong, linh hoạt và gấp lại là một trong những lợi ích chính của vật liệu mạch linh hoạt và mặc dù có một số ví dụ về thiết kế mạch linh hoạt có thể chịu đựng hàng trăm nghìn hoặc thậm chí hàng triệu lần uốn cong, thực tế là những thiết kế thường xuyên uốn cong thường phải được cập nhật nhiều lần trước khi đạt được hiệu suất tối ưu. Tin tốt cho các nhà thiết kế mới làm quen với thiết kế mạch linh hoạt là hầu hết các ứng dụng mạch linh hoạt không đòi hỏi các thông số hiệu suất khắt khe như vậy và việc áp dụng một số khuyến nghị phổ biến để cải thiện tuổi thọ uốn cong của thiết kế thường dẫn đến thiết kế mạch linh hoạt đáng tin cậy cao với ít thay đổi cần thiết. Trong blog hôm nay, chúng ta hãy xem xét một số lỗi thiết kế phổ biến nhất có thể dẫn đến việc nứt vỡ của các đường mạch và cách khắc phục chúng. Đội ngũ tại American Standard Circuits đã đưa ra các khuyến nghị sau và đã cung cấp tất cả các hình ảnh được sử dụng ở đây.

Các lỗi thiết kế phổ biến nhất xuất phát từ áp lực gia tăng ở các khu vực uốn cong và linh hoạt:   

• Các đường mạch có thể bị gãy hoặc nứt khi sử dụng các góc nhọn trong việc định tuyến các đường mạch, đặc biệt là ở các khu vực uốn cong nơi mạch chịu áp lực nhiều nhất.

• Không thêm giọt nước tại giao diện pad với đường mạch.

• Đặt vias ở nơi mạch linh hoạt uốn cong hoặc ở mép giao diện cứng cáp nơi mạch chịu áp lực gia tăng.

• Không bảo vệ các SMT và pad không được hỗ trợ, có thể dẫn đến việc pad bị nâng lên trong quá trình lắp ráp.

• Gấp, uốn hoặc bẻ cong các bảng mạch in linh hoạt vượt quá điểm chịu đựng của chúng.

Hầu hết các nhà thiết kế bảng mạch in đã mắc một hoặc tất cả những lỗi phổ biến này khi họ đang tìm hiểu về các điểm tinh tế của việc thiết kế một bảng mạch in sẽ được uốn cong và gấp lại.

Tránh các góc nhọn khi định tuyến các đường mạch và tránh chuyển tiếp ở các khu vực uốn cong:

Thêm các móc neo và fillet pad tại giao diện đường mạch với pad:

Giao diện trace-to-pad có thể là một trong những điểm yếu nhất trong thiết kế mạch linh hoạt và là khu vực dễ bị gãy, nứt và có khả năng bị bong lên trong quá trình hàn và lắp ráp. Bạn có thể thấy trong các ví dụ trên rằng các thiết kế “chắc chắn” sử dụng móc neo và fillet pad tăng đáng kể lượng đồng được giữ bởi lớp phủ và tăng diện tích bề mặt tại giao diện pad-to-trace, làm tăng sức mạnh của pad. Nhiều thiết kế yêu cầu chiều rộng dẫn hẹp để đi qua một trường kết nối; chiều rộng dẫn hẹp này thường được sử dụng trong toàn bộ thiết kế mạch linh hoạt. Dành thời gian để tăng chiều rộng sẽ cải thiện hiệu suất sản xuất và độ tin cậy tổng thể. Một lưu ý phụ, điều này quan trọng ngay cả trong các thiết kế không uốn dẻo động trong quá trình sử dụng cuối cùng. Các vật liệu linh hoạt, mỏng dễ bị di chuyển và căng thẳng trong quá trình sản xuất tiêu chuẩn.

Tránh đặt vias ở những nơi mạch linh hoạt được dự định uốn cong hoặc ở mép giao diện cứng – mạch:

“Bảo vệ” các pad SMT và pad không được hỗ trợ để ngăn chặn việc bị bong lên trong quá trình lắp ráp:

Phương pháp cung cấp khả năng bắt giữ pad tốt nhất là “bắt giữ” khu vực pad bằng một lớp coverlay khoan. Một lớp polyimide và keo dính được khoan trước và dán vào vật liệu cơ sở linh hoạt. Có một vài điều cần lưu ý khi sử dụng phương pháp này. Đầu tiên, khi được dán, keo dính sẽ “chảy ra” vào khu vực pad dự định và điều này cần được tính toán trong thiết kế và sản xuất. Thứ hai, khi khu vực pad trở nên chật hẹp hơn, phương pháp này trở nên khó khăn hơn. Độ chính xác đăng ký và sự chảy ra có thể hiệu quả giảm bán kính vòng hàn và vi phạm các quy định.

Một lựa chọn khác là sử dụng coverlay có thể in ảnh, một quy trình rất giống với mặt nạ hàn của bảng mạch in truyền thống sử dụng các vật liệu được thiết kế đặc biệt để có thể uốn cong. Phương pháp này phù hợp với các dung sai chặt chẽ và pad “vuông”. Nhược điểm của phương pháp này là những vật liệu này, mặc dù linh hoạt, không linh hoạt bằng coverlay polyimide và có thể không được chấp nhận cho tất cả các ứng dụng. Nếu bạn có các hình dạng chặt chẽ không phù hợp với quy trình xử lý coverlay khoan, hãy tham khảo ý kiến của nhà sản xuất của bạn để tìm thêm lựa chọn.

Sử dụng các hướng dẫn đã được thiết lập cho việc gấp, uốn hoặc bẻ cong các vật liệu linh hoạt:

Mặc dù các vật liệu linh hoạt được thiết kế để được bẻ cong, uốn và gấp, nhưng có một giới hạn về mức độ căng thẳng mà vật liệu có thể chịu đựng. Vượt quá những giới hạn này có thể dẫn đến tình trạng tách lớp và gãy dẫn. Các hướng dẫn tiêu chuẩn là:

Cấu trúc một mặt: 3-6 lần độ dày của mạch

Cấu trúc hai mặt: 6-10 lần độ dày của mạch

Cấu trúc đa lớp: 10-15 lần độ dày mạch

Ứng dụng động: 20-40 lần độ dày mạch

Ví dụ, với một mạch hai mặt có độ dày tổng cộng là 0.012”, bán kính uốn tối thiểu sẽ là 0.072”.

Đây chỉ là một số trong những phương pháp tốt nhất cho thiết kế mạch in linh hoạt. Một nguồn tài nguyên tuyệt vời để tìm hiểu thêm là cuốn sách điện tử mới được xuất bản bởi ASC, “The Companion Guide To……Flex and Rigid-Flex Fundamentals. Hướng dẫn bạn đồng hành này đi sâu vào chi tiết hơn về những phương pháp tốt nhất này và các phương pháp khác. i007ebooks.com/flexcg