1. Сначала определитесь с типом движения
Все остальное вытекает из одного вопроса: изгиб происходит однократно или непрерывно?
- Статический (однократно сформированный): гибкий кабель формируется во время сборки и фиксируется. Конструкция должна выдерживать условия установки, а не эксплуатации.
- Динамический: гибкий кабель перемещается во время использования — шарнир, скользящий механизм, подвижная головка. Медь подвергается миллионам циклов.
Статические и динамические версии одной и той же схемы — это разные изделия: разная медь, разный радиус, иногда разная конструкция. Принятие решения на этом этапе — самая дорогая ошибка в проектировании гибких кабелей.
2. Выберите конструкцию
Односторонний гибкий кабель: один слой меди, самый простой и дешевый, подходит для статического изгиба.
Двусторонний гибкий кабель: два слоя меди, позволяет пересекать проводники и контролировать импеданс — и требует металлизированных сквозных отверстий, которые должны оставаться вне зоны изгиба.
Многослойная гибкость: до 12 слоев для плотных схем, которые все же должны двигаться.
Жестко-гибкая конструкция: когда компоненты размещаются на обеих сторонах платы. Как правило, односторонняя SMT подходит для полностью гибкой конструкции; двухсторонняя SMT обычно означает жестко-гибкую конструкцию, поэтому компоненты располагаются на жестких участках.
3. Медь: тип, вес и структура
Медь – это то, где гибкость выходит из строя в первую очередь.
- Прокатная отожженная медь (RA) пластична и предпочтительна для всего, что многократно изгибается. Электроосажденная медь (ED) имеет покрытие, она тверже и более хрупкая; она приемлема для статических изгибов и дешевле.
- Вес: 0,5–2 унции – это стандартный вес для заводов. При динамическом изгибе чем тоньше, тем лучше — 1 унция испытывает гораздо меньшую нагрузку, чем 2 унции при том же радиусе.
- Направление волокон: укажите его и сориентируйте вдоль изгиба так, чтобы волокна шли по линии изгиба, а не поперек нее.
- Сплошные медные плоскости в области изгиба по возможности заштрихованы, что позволяет пленке изгибаться, а не сопротивляться.
4. Правила для зоны изгиба
- Отсутствие металлизированных сквозных отверстий, упрочняющих элементов и окон покрытия внутри изгиба.
- Проводники пересекают изгиб под прямым углом, никогда не проходя вдоль него.
- Каплевидные и плавные сужения в местах перехода контактных площадок; отсутствие острых углов или острых соединений.
- Медь сбалансирована относительно нейтральной оси: слои, расположенные непосредственно друг напротив друга, создают натяжение в одном из них при каждом цикле.
- Радиус изгиба согласовывается в DFM, с углом сгиба и количеством циклов.
5. Покрытие, а не паяльная маска
Гибкий кабель покрыт ламинированной пленкой, а не печатной маской. Два следствия:
- Проектируйте его как отдельный слой, подобно тому, как проектируется слой маски, с отверстиями, обеспечивающими допуск на сжатие клея и резку.
- Сделайте отверстия достаточно большими. Слишком узкий зазор оставляет клей на контактной площадке; слишком малый зазор обнажает соседнюю дорожку и перемычки во время сборки.
6. Усилители там, где деталь не должна двигаться
Контактные провода, области компонентов и все, что зажато или привинчено, нуждаются в усилителе. Практические правила:
- Разместите его на противоположной стороне от поддерживаемых компонентов, если только для сквозного разъема не требуется доступ с другой стороны.
- Выберите материал в зависимости от задачи: PI для контактных проводов разъемов и контактов ZIF, PET для экономически важных областей, FR-4 для действительно жесткого участка, нержавеющая сталь там, где требуется тонкость и жесткость.
- Укажите толщину как пакет — усилитель плюс клей плюс гибкость — потому что именно это видит сопрягаемый разъем.
7. Чертеж для изготовления является частью проекта
Укажите основной материал и толщину, тип и вес меди, толщину защитного слоя и отверстия, материал, толщину и сторону ребер жесткости, линию и радиус изгиба, направление волокон, целевые значения импеданса и класс приемки.
Гибкая печатная плата имеет больше переменных, чем жесткая, и изготовитель, которому приходится учитывать хотя бы одну из них, как минимум один раз допустит ошибку.
8. Стоимость и сроки выполнения зависят от процесса
Изготовление гибкой платы занимает больше времени, чем жесткой: обработка тонких пленок, другая химия сверления и нанесения покрытий, а также ручная работа с защитным слоем и ребрами жесткости. Для двухслойной гибкой платы обычно требуется несколько рабочих дней, а для плат с большим количеством слоев или жестко-гибких секций требуется больше времени, поскольку планирование сборки производится для каждого заказа отдельно, а не по стандартной рецептуре.
Именно поэтому гибкая плата стоит дороже за квадратный метр, чем FR-4 — материал, обработка и выход годной продукции указывают на одно и то же.
9. Проверяйте изгиб, а не технические характеристики
Таблицы радиусов изгиба — это отправная точка. Реальное значение получается путем изгиба фактической конструкции с фактическим радиусом и фактическим количеством циклов — именно поэтому прототип должен быть изготовлен из того же материала, что и серийный образец.
Если конструкцию невозможно проверить анализом, проверьте ее испытаниями: приспособление для изгиба и подсчет циклов дешевле, чем возврат готовой продукции на место.
Предельные возможности изготовления указаны на странице гибких печатных плат и странице возможностей; правила, специфичные для жестко-гибких конструкций, изложены в заметке о жестко-гибких платах, а режимы отказов — в заметке о проблемах гибких схем.
