Những Điều Nhà Thiết Kế PCB Cần Biết Về Vật Liệu Mạch Linh Hoạt và Lắp Ráp

Thiết kế mạch in linh hoạt có thể cảm thấy giống như việc bạn gửi con mình đi trại hè, bạn chuẩn bị cho chúng thật tốt, hy vọng mọi thứ sẽ tốt đẹp và cầu nguyện rằng chúng sẽ trở về trong một mảnh. Từ phía sản xuất PCB, chúng tôi thấy tất cả những cách mà những ý định tốt đẹp đó có thể đi sai hướng, thường là do những lựa chọn nhỏ về vật liệu hoặc lắp ráp biến thành những vấn đề lớn về sau.

Thường có một khoảng cách giữa những gì một Nhà thiết kế PCB thấy trên màn hình và những gì hoạt động tốt trong một xưởng sản xuất và lắp ráp thực tế. Nếu chúng ta có thể thu hẹp khoảng cách đó, mọi người đều thắng: các bản mạch sạch hơn, ít bất ngờ hơn và các bảng mạch thực sự làm những gì bạn đã thiết kế chúng để làm.

Vật liệu Flex Quan trọng Hơn Bạn Nghĩ

Mọi thứ bắt đầu với vật liệu PCB linh hoạt, và tôi không chỉ nói về những gì kỹ thuật là “linh hoạt.” Trong hầu hết các trường hợp, polyimide là lựa chọn hàng đầu cho vật liệu cơ sở. Nó chịu nhiệt, mạnh mẽ về mặt cơ học và có độ linh hoạt bạn cần để chịu đựng việc uốn cong lặp đi lặp lại. Nhưng đây là nơi mọi thứ trở nên thú vị: cách polyimide được xây dựng và những gì được lớp với nó có thể hoàn toàn thay đổi cách bảng mạch của bạn hoạt động và chi phí bao nhiêu.

Xem xét tình huống về keo dán, chẳng hạn. Bạn có thể chọn polyimide không dùng keo, loại này mang lại cấu trúc mỏng hơn, ổn định hơn với hiệu suất cao ở nhiệt độ cao. Tuyệt vời, phải không? Nhưng nó đi kèm với giá cao hơn, vì vậy trừ khi bảng mạch của bạn sẽ được sử dụng trong môi trường nóng hoặc có độ uốn linh hoạt cao (như thiết bị đeo được hoặc bất cứ thứ gì được gấp và mở ra thường xuyên), bạn có thể không cần đến nó. Ngược lại, cấu trúc dựa trên keo dán có giá thành hợp lý hơn và hoàn toàn phù hợp cho nhiều ứng dụng tĩnh, nơi bảng mạch chỉ cần uốn một lần và giữ nguyên trong vỏ.

Sau đó là về đồng. Chúng tôi thấy nhiều thiết kế đi qua mà loại đồng không thực sự được xem xét, nhưng đó là một yếu tố quan trọng, đặc biệt nếu mạch linh hoạt của bạn cần được uốn thường xuyên. Đồng cuộn ủ (RA) là lựa chọn dẻo dai hơn, và nó ít có khả năng phát triển vết nứt hoặc gãy vỡ theo thời gian trong các tình huống uốn linh hoạt động. Ngược lại, đồng phủ điện (ED) cứng hơn và có thể hơi giòn, nhưng nó rẻ hơn và hoàn toàn ổn cho các bảng mạch không di chuyển nhiều sau khi lắp ráp.

• Tìm hiểu thêm về các loại đồng trong PCB

Điều quan trọng cần nhớ là: việc lựa chọn vật liệu phù hợp hoàn toàn phụ thuộc vào việc mạch sẽ thực hiện những gì ngoài thực tế. Liệu nó có di chuyển không? Nó có nóng lên không? Nó có bị áp lực không? Bạn càng chia sẻ chi tiết với nhà sản xuất về việc sử dụng thực tế của mạch, chúng tôi càng có thể hướng dẫn bạn tới những vật liệu phù hợp với chức năng và ngân sách.

Chồng lớp PCB linh hoạt

Bây giờ, hãy nói về chồng lớp PCB linh hoạt, phần trong thiết kế của bạn có thể trông hoàn hảo trong công cụ CAD nhưng lại trở thành nỗi đau trong xưởng sản xuất.

Đây là vấn đề: mạch linh hoạt không chỉ là bảng mạch cứng có thể uốn lượn. Chúng đi kèm với một bộ quy tắc vật lý riêng. Mỗi lớp thêm vào, mỗi lớp phủ bảo vệ, mỗi bộ cứng hóa đều làm tăng áp lực lên cấu trúc. Và mặc dù có vẻ như việc thiết kế quá mức sẽ tăng độ tin cậy, thực tế nó có thể làm ngược lại. Chúng tôi đã thấy những chồng lớp nơi việc tăng cường không cần thiết hoặc quá nhiều đồng làm cho bảng mạch quá cứng để uốn lượn đúng cách, hoặc tồi tệ hơn, tạo ra vấn đề tách lớp trong quá trình ép lớp.

Một trong những vấn đề phổ biến mà chúng tôi thấy là các nhà thiết kế không xem xét cách đường dẫn được điều hướng qua các khu vực uốn cong. Các góc uốn chặt với góc đường dẫn sắc nét có thể gây ra nhiều vấn đề cho việc sản xuất và độ tin cậy lâu dài. Các góc tròn, đường cong dần dần, và chú ý đến độ dày của đồng có thể tạo ra sự khác biệt lớn trong việc mạch linh hoạt của bạn sống sót qua sự uốn cong như thế nào.

Và đây là một mẹo: đừng chờ đến khi bạn đã hoàn thiện thiết kế của mình mới liên hệ với nhà sản xuất của bạn. Một cuộc DFM (thiết kế cho khả năng sản xuất) đánh giá sớm có thể giúp phát hiện những vấn đề nhỏ trước khi chúng trở thành những trì hoãn sản xuất tốn kém.

Lắp ráp PCB Linh hoạt

Vậy, PCB linh hoạt của bạn đã được sản xuất và trông tuyệt vời. Bây giờ là lúc cho việc lắp ráp, đây là lúc chúng tôi thường thấy một thiết kế tốt bắt đầu sụp đổ, đôi khi là đ literally.

Thách thức với SMT (công nghệ gắn bề mặt) trên flex là vật liệu này không hành xử giống như FR-4 cứng. Nó có khả năng dịch chuyển hoặc biến dạng dưới nhiệt độ cao, và điều đó có thể làm cho việc đặt linh kiện hoặc hàn trở nên khó khăn. Một trong những giải pháp lớn nhất ở đây là thêm các tấm cứng dưới khu vực linh kiện. Không có sự hỗ trợ bổ sung đó, rất dễ dàng cho các bảng mạch linh hoạt bị cong vênh hoặc uốn cong trong quá trình reflow, dẫn đến các mối nối xấu và vấn đề về hiệu suất.

Một lĩnh vực khác mà các nhà thiết kế đôi khi gặp khó khăn là giao diện kết nối ZIF (zero insertion force). Những khu vực này có yêu cầu cụ thể về độ dày và độ cứng, và nếu bạn bỏ qua việc này trong tài liệu của mình, hoặc giả định rằng nhà sản xuất  chỉ cần “tự hiểu ra”—nó có thể làm chậm dự án của bạn trong khi họ làm rõ các thông số kỹ thuật. Tin tôi đi, họ thà xây dựng đúng từ lần đầu tiên.

Panel hóa và Hiệu suất

Đây là một điều nữa mà các nhà thiết kế thường không nghĩ đến: cách nhà sản xuất thực sự xử lý các bảng mạch này trong quá trình sản xuất và lắp ráp. Mạch linh hoạt, vâng, là linh hoạt. Điều này làm cho việc di chuyển, căn chỉnh và lắp ráp trở nên khó khăn mà không có sự giúp đỡ bổ sung. Nếu bảng mạch của bạn không được panel hóa—hoặc được panel hóa theo cách không phù hợp với quy trình sản xuất, nó có thể làm chậm mọi thứ và tăng nguy cơ phế liệu.

Đó là lý do tại sao việc trò chuyện với nhà sản xuất của bạn về chiến lược panel hóa và dỡ panel/công cụ rất hữu ích. Đôi khi họ sẽ đề xuất sử dụng các giá đỡ hoặc ray tạm thời có thể được loại bỏ sau khi lắp ráp, chỉ để làm cho quá trình này trở nên mượt mà hơn và bảo vệ bảng mạch của bạn trong quá trình xử lý.

Vậy, Bạn Có Thể Làm Gì?

Nếu bạn chỉ nhớ một điều từ đây, hãy nhớ điều này: quyết định của bạn như một nhà thiết kế không dừng lại ở bố cục. Vật liệu bạn chỉ định, cấu trúc xếp chồng bạn tạo ra, suy nghĩ bạn dành cho việc bảng mạch sẽ được lắp ráp như thế nào, tất cả đều quan trọng. Và bạn không phải tự mình tìm ra mọi thứ. Nhà sản xuất của bạn nên là đối tác của bạn trong việc này, không chỉ là nhà cung cấp của bạn.

Hãy đặt câu hỏi. Chia sẻ ngữ cảnh. Hãy cho họ biết nếu điều này được đưa vào một chiếc đồng hồ thông minh hay một vệ tinh. Họ càng hiểu rõ mục tiêu cuối cùng, họ càng có thể giúp bạn đạt được mục tiêu đó với ít trì hoãn hơn, hiệu suất tốt hơn và ít căng thẳng hơn nhiều.

Bởi vì thiết kế một mạch linh hoạt không nên cảm thấy như một cuộc cờ bạc. Nó nên cảm thấy như làm việc nhóm.