为制造准备刚柔结合PCB文档

2022-04-08

为制造准备刚柔结合PCB文档

每当您设计一种将大规模生产的新产品时，您的工作就会突然从了解设计的所有内容转变为了解制造过程的所有内容。在您作为设计师的工作完成之前，您需要完成最后一组任务：准备您的制造商需要的制造文档，以便开始在您的刚柔结合电路板上进行生产。对于刚柔结合，制造问题和期望与刚性PCB中的预期有所不同。在接下来的部分中，我们将提供一些您应该在制造文档中指定的信息，特别是在您的制造说明 和图纸中，以便您在过渡到生产时可以防止误解。

记录用于制造和组装的 Flex PCB

当您准备文档时，您实际上是在告诉制造商您希望在刚柔组合中看到什么；这是流程中最有可能出现错误或误解会导致代价高昂的延误的部分。幸运的是，我们可以参考一些标准来确保我们与制造商进行清晰的沟通，特别是 IPC-2223B（我在撰写本文时引用了它）。

它可以归结为一些黄金法则：

确保您的制造商能够构建您的刚柔结合设计。

确保他们与您合作设计您的层堆栈以适应他们的特定流程。

使用 IPC-2223 作为您的设计参考点，确保制造商使用相同和相关的 IPC 标准——因此他们使用与您相同的术语。

尽早让他们参与这个过程。

需要仔细注意钻孔和通孔电镀的层对规划和文档，因为从刚性表面层向下到相对的柔性电路层的盲孔必须进行反钻，并增加显着成本和降低产量到晶圆厂工艺。

输出数据集

在采访了当地几家具有刚柔结合能力的板房时，我们发现许多设计师仍然向板房展示 Gerber 文件。但是，首选 ODB++ v8.1 或更高版本，因为它在作业矩阵中添加了特定的层类型，可以为 GenFlex ®和类似的 CAM 工具启用清晰的弹性文档。下表显示了包含的数据的一个子集。

用于 GenFlex 的 ODB++（v8.1 及更高版本）中的层类型子集 [来源：ODB++ v8.1 规范]

如果将 Gerber 用于输出数据集或早期版本的 ODB++，我们会面临一些问题。即，制造商将需要单独的路径工具路径和模切图案用于层堆叠中的每个刚性和柔性部分。实际上，需要生产机械层薄膜以显示刚性区域中需要存在空隙的位置，并且更多地显示暴露的柔性区域上的覆盖层或覆盖涂层的位置。覆盖层或覆盖涂层也必须被视为可能安装在柔性区域上的那些组件的组件焊盘的掩膜。

此外，需要特别注意钻孔和通孔电镀的层对，因为从刚性表面层向下到相对的柔性层的盲孔必须进行背钻，这会显着增加成本并降低产量晶圆厂工艺。

作为设计师，真正的问题是，如何定义这些区域、层和堆栈？

使用表格按面积定义堆栈

您可以为制造商提供的最重要的文档可以说是层堆栈设计。除此之外，如果你在做刚柔结合，你必须为不同的区域提供不同的堆栈，并以某种方式非常清楚地标记它们。一个简单的方法是在机械层上复制您的电路板轮廓，并为包含不同层堆叠的区域放置一个带有图案填充图例的层堆叠表或图表。这方面的一个例子如下所示。

显示刚性和柔性区域填充模式的堆栈图示例。

在此示例中，我使用匹配不同堆叠区域的填充模式来指示哪些堆叠层包含在柔性部分或刚性部分中。你可以在这里看到我命名为“Dielectric 1”的层项实际上是一个 FR-4 核心，它也可以被认为是一个加强件。

传达PCB设计意图

这带来了一个新问题，因为您还必须在 2D 空间中定义可以弯曲和折叠的位置，以及允许组件和其他关键对象跨越刚性和柔性部分边界的位置。这一切都需要在制造图、装配图或两者中注明。显示柔性和刚性区域的 3D 图像将帮助制造商更清楚地了解您的意图。在导入 PCB布局的 STEP 文件后，目前许多人使用 MCAD 软件执行此操作。下图显示了这个概念的一个例子。

从 MCAD 应用程序创建某种图形可以在制造之前检测柔性到柔性和柔性到刚性的干涉。与 Altium Designer 一样，在线设计规则检查器 (DRC) 以交互方式显示干扰发生的位置。当涉及到最终产品组装时，更希望为组装经理和员工提供 3D 动画电影，说明刚挠结合板将如何折叠以安装到产品外壳或组装中。这就是为 CAD 工具直接截屏或 3D 电影作为最终装配文档包的一部分非常有用的地方。

Altium Designer 中的刚柔结合PCB示例

放置

您还可以从上图中看到，刚柔结合设计意味着组件可能存在于除顶部和底部之外的层中。这在PCB设计软件中有点棘手，因为通常组件必须存在于顶部或底部。所以我们需要一些将组件放置在内层的能力。

有趣的是，Altium Designer ® 一直支持任何层上的焊盘对象，因此这并非不可能。还有一个暗示，丝网印刷也可能存在于柔性层上。这不是问题，因为覆盖层材料可以很好地粘附在丝印油墨上。诀窍更多的是确保选择的墨水颜色与覆盖层材料有足够的对比度。此外，由于墨水必须穿过屏幕之外的一个小间隙才能落在柔性覆盖层上，因此分辨率也会受到影响。同样，这需要与制造商讨论以确定什么是可能的和经济的。

注意：如果您要绘制PCB的暴露柔性层的区域，并将组件放置在这些区域上，这也是将嵌入式组件放置到电路板切口区域的合理方法。您需要生成一组非常清晰的文档，显示切口在哪里以及它们应用在图层堆栈的哪些部分。这将受到制造商方法的限制 - 可以使用背钻或多层层叠。因此，传达您的意图并尽量减少单独的切口堆栈部分的数量非常重要。最好完全避免在电路板的相对两侧有相交的切口。

传统智慧需要加强件或刚性部分，其中组件无论如何都将安装在柔性件上以用于动态应用。这是为了防止由于刚性元件引脚周围的电路移动引起的疲劳导致的干焊点和铜裂纹。在某些情况下，这不是必需的，因为柔性区域将安装到与电路板其余部分并排的固定背衬中，此后它将是静态的。这种情况在 IPC-2223 中称为“灵活安装”。

创建文档

使用 ECAD 软件中的自动绘图实用程序，刚性柔性PCB的文档（包括制造和装配图）变得简单。在您的刚柔结合或柔性制造图纸中记录的一些要点包括：

裸板中每个区域的尺寸

显示所有材料和层排列的叠层图

带有孔尺寸和公差的钻孔台

如果需要受控阻抗，则提供阻抗表

带有参考代号的主要部件的组件轮廓

完整的制造和组装说明