柔性線路板布線是在可彎曲的基材上進行電路設(shè)計與布局,其具有高度的靈活性,能適應(yīng)各種復(fù)雜的形狀和空間需求。通過精心規(guī)劃的布線,可以實現(xiàn)信號的穩(wěn)定傳輸,同時滿足電子產(chǎn)品小型化、輕薄化及可穿戴等發(fā)展趨勢的要求。柔性線路板布線技術(shù)不斷創(chuàng)新,在消費電子、醫(yī)療設(shè)備、汽車電子等領(lǐng)域發(fā)揮著越來越重要的作用。
柔性電路中會遇到很多材料的弱點。從相對較高z軸膨脹系數(shù)的粘合劑,到低粘度的PI襯底覆銅,到銅的硬化和疲勞。下面陳述的該做和不該做,將會很大程度上彌補上述不足。
保持柔性板的柔韌性
要事先根據(jù)需要確定柔性電路柔韌度,這是顯而易見,但還是要再次強調(diào)。如果柔性電路部分只打算在裝配過程中折疊,然后裝在一個固定的位置,比如,安裝在一個手持式超聲設(shè)備中,那么我們在選擇信號的層數(shù)和銅皮類型(RA或ED)上,會有很大的自由度。另一種情況,如果柔性電路部分要不斷移動、彎曲或旋轉(zhuǎn),那么就應(yīng)該減少層數(shù),并選擇無膠材料。
可以使用IPC-2223B公式(公式1表示單面,公式2表示雙面,等等),根據(jù)銅的允許變形程度和其他材料特性,來確定最小允許彎曲半徑部分。
T這個例子的公式是針對單面柔性板的,我們根據(jù)實際使用狀況來選擇EB,對于很少彎曲應(yīng)用的選擇16%,靈活安裝的應(yīng)用使用10%,動態(tài)的柔性設(shè)計使用0.3%(來源:IPC-2223B,2008,http://www.ipc.org/TOC/IPC-2223B.pdf)。動態(tài)是指產(chǎn)品使用過程中的持續(xù)的彎曲和旋轉(zhuǎn),例如:移動DVD播放機中的TFT面板連接。
不要在拐角處彎曲
通常我們建議要保持柔性電路的銅皮走線沿著垂直方向彎曲。但有時做不到,那么請盡量減少彎曲幅度和頻率,也可根據(jù)機械設(shè)計要求使用錐形彎曲。
圖1:首選的彎曲位置。
使用弧形走線
正如上面圖1所示,最好避免使用突兀的直角或者硬直的45°角走線,而是使用弧角走線模式。這樣可以在彎曲過程中,減少銅皮的應(yīng)力。
不要突然改變走線的寬度
軟板走線鏈接到焊盤時,特別是整理排列的柔性電路終端(如下圖所示),將會形成一個薄弱的著力點,隨著時間的推移銅皮很容易老化。除非使用加強板或者應(yīng)用過程中不會彎折,否則建議采用如下的逐漸變窄的接線方式(提示:在柔性電路板中對于焊盤和過孔進行淚滴處理!)
圖2:走線線寬的突變或者連接到焊盤會造成薄弱著力點。
使用多邊形
有時,在柔性板上放置電源或者地平面是非常有必要的。如果不介意顯著降低靈活性以及可能會使銅皮褶皺,你可以選擇使用實心銅。一般來說,為了保持高度的靈活性最好使用陰影多邊形敷銅。
提到這一點,傳統(tǒng)的陰影多邊形會在0°、90°和45°角的方向存在多余的銅皮加強。更優(yōu)化的模式是六角形方式。使用負(fù)片層和陣列的六角焊盤就可以解決這個問題,使用復(fù)制和粘貼的方法可以更快速地建立陰影多邊形。
圖3:使用六邊形敷銅可以均勻平衡三個角度的應(yīng)力
為焊盤提供加固
FPC由于采用了低粘性的粘合劑(相對于FR-4),柔性電路上的銅更容易從聚酰亞胺基板上脫離。所以給裸露的銅皮提供加固尤為重要。涂鍍的通孔為2個柔性層提供了恰當(dāng)?shù)腻^定,所以使用過孔是非常好加固方式。正因如此(提供了z軸的擴展),許多加工廠建議在軟硬結(jié)合板和柔性電路上添加深度達1.5密耳的涂鍍通孔。表面貼裝的焊盤和非涂鍍的通孔焊盤本身沒有加固措施,所以需要額外的加固來防止脫離。
圖4:柔性電路的焊盤加固方式,涂鍍、增加錨定、減少覆蓋膜的開口
參照圖4, 第二個選項適合有膠型覆蓋層,第三個選項適合無膠型覆蓋層。使用粘合劑的保護膜,會出現(xiàn)“溢膠”的現(xiàn)象,所以焊盤與開孔之間的縫隙必須足夠大,以保障優(yōu)良的助焊成形。
SMT元件焊盤是最脆弱的,尤其柔性電路會在元件的剛性引腳和焊盤下彎曲。圖5和圖6顯示了如何使用覆蓋層在焊盤的兩端加固焊盤。做到這一點,柔性板上的焊盤必須要比典型的剛性板上的焊盤大一些。在看圖6的對比,柔性板上安裝元件的SMD焊盤。這會顯著降低了柔性電路元件的安裝密度,但與剛性電路相比,柔性電路的密度本來就不能太高。
圖5:SOW封裝的覆蓋膜開口,顯示出它在每個焊墊兩端的加固。
圖6:調(diào)整焊盤尺寸和覆蓋層的開孔。上面是典型的0603封裝形式,下面是為了使用覆蓋層加固修改的封裝形式。
保持雙面柔性
對于動態(tài)的雙面柔性電路,盡量避免在同一方向放置走線,而是需要把(圖7)它們錯開,使銅皮走線均勻分布(圖8)。
圖7:不推薦的相鄰層銅皮走線。
圖8:首選交錯式的相鄰層銅皮走線。
現(xiàn)在你應(yīng)該對于如何設(shè)計柔性電路,來達到最佳的產(chǎn)量和最高可靠性的產(chǎn)品,已經(jīng)有了一些想法。但還要注意在成本、性能和可靠性之間找到合適的平衡點。