設計柔性PCB

2021-04-14

設計柔性PCB

柔性電路與剛性PCB相比具有很多優勢，剛性PCB不僅非常薄，而且可以將連接系統和電纜作為單個組件包含在內。它們也可以形成在殼體中或簡單地提供非常薄的基板。它們通常由不同的層組成，這些層用環氧樹脂粘合并結合在一起：

·頂蓋

·頂層銅層

·絕緣子

·底部銅層

·底部覆蓋層

·加強筋

它們更難設計，特征必須較大以確保堅固性，并且走線需要彎曲以防止應力破裂。使用免費工具進行開發并非一帆風順，因為它們缺乏某些功能來管理復雜性。覆蓋層，銅質特征，用于確保堅固耐用的設計以及諸如開關之類的物品的導電圖案。

一個可行的問題

在這種設計中，它具有2個帶有通孔的銅層，焊接的表面安裝元件，雙開關觸點和近1米長。觸點裝置設計為與帶有碳素點的橡膠膜開關觸點陣列配合使用。每個按鍵有兩組觸點，以便處理器測量速度。在原始零件中，它具有碳涂層而不是鍍金，以保持較低的成本，但是，隨著時間的流逝，它們會氧化并停止正常工作。下圖顯示了來自儀器的原始故障綠色柔性電路的一部分。

開關觸點和FPC連接器使功能少的CAD工具立即成為設計難題，因為必須從開關觸點區域中排除Coverlay。

概念設計

首先創建總體特征和概念設計的概述。重要的是要確定軌道，過孔和元件焊盤的較大且堅固的特征尺寸。

最脆弱的聯系

首先評估涉及連接器的選擇，在此設計中，選擇了堅固的1mm間距Molex 522072460 24Way頂部接觸鍍金連接器。層的構造和堆疊對于連接器至關重要，因為它具有非常嚴格的公差。設計的其余部分將跟隨連接器周圍的堆疊，因為它具有寬容差，并且在整個設計中保持一致的堆疊可確保經濟高效的設計和制造過程。

設計工具問題和解決方法

免費版本的DesignSpark PCB是設計PCB的出色工具，它有很多局限性，但是在使用撓性PCB時，可以通過謹慎的解決方法和使用Gerber文件編輯器（例如Linux上的“ Gerbv”）來克服它們。平臺。管理的基本限制

·無法在PCB符號的特定區域中排除阻焊劑，因此限制了它在覆蓋層中的使用。

·無法在PCB符號中放置不是焊盤的其他固定銅元件，以支持諸如馬刺之類的加固功能

·無法防止為PCB焊盤符號（例如FPC連接器和開關觸點）生成粘貼掩膜

·處理頂部和底部銅層上的焊盤

·無法從阻焊層輸出文件中省略過孔，以便將其用作完全絕緣層的覆蓋層

·僅限于一個文檔層，可以使用一個以上的文檔層來生成各種制造圖紙

·固定孔不是“普通”孔，并且總是銅

這些屬性的變通辦法都得到了仔細的管理：

·文檔層用于為Gerber輸出期間與阻焊層合并的Coverlay創建孔區域。

·修改了單獨保存的PCB版本，刪除了過孔，并用兩個輪廓線代替了加勁肋區域的電路板輪廓線。

·為了在FPC連接器上添加其他未連接的銅層以實現正確的堆疊，請復制FPC組件焊盤并將其重新分配給另一個銅層。

·用于工程圖的其他工具，例如Visio。

·Gerber編輯器用于刪除FPC和開關觸點的焊膏掩膜功能，此處使用在Linux平臺上運行的名為Gerbv”的出色工具。

創建組件

創建自己的組件庫至關重要。如果使用諸如SamacSys之類的組件庫數據庫，則復制所需的組件零件，并進行必要的修改以自己制作。

開關觸點具有焊盤和文檔層，以定義Coverlay孔所在的位置。在此示例中，重要的是，開關膜片在操作時不會卡住Coverlay的邊緣，因為它們可能會導致連接不良。

創建FPC的文檔層顯示了Coverlay膜的排除層，如果需要滿足定義的堆疊要求，則還需要復制頂層銅層。

像在普通PCB中一樣，創建設計中使用的固定物和其他組件。對于具有較深覆蓋層的堆疊，可能有必要像開關組件一樣使用文檔層來定義和排除區域，以使組件的主體可以與膠片齊平放置，而不會將支腳抬離焊盤。許多小型功率二極管封裝都具有此屬性，并且可能引起回流焊接問題。

Coverlay設計

在上面的示例中，重要的是要記住，Coverlay不僅可以抵抗焊料，而且還可以提供機械強度，以防止彎曲時走線和焊盤剝落。上面的組件是為“靜態”應用中的柔性電路定義的。僅在最終組裝時才彎曲。對于具有定期屈曲的應用，則需要采取其他措施，例如在墊上添加骨刺以幫助將其固定在Coverlay下。這可以通過將軌道手動添加到設計中來完成。

設計布局

現在，在進入原理圖之后進行設計。由于柔性電路的連接錯誤非常難于返工或修改，因此造成的損失非常高。因此，即使對于簡單的電路，也強烈建議不要直接移動到布局，而也要創建鏈接的原理圖，以便可以驗證所有電路節點和設計規則。

在以下設計的摘錄中，使用彎曲的走線，較大的間隙和功能來確保魯棒性。

在這種特殊設計中，組件的放置和固定非常痛苦，要求在1米的長度上具有+/- 0.05mm的公差。底層的金屬制品，開關的固定和放置對于確保機械子組件正確安裝且不會影響演奏體驗或遺失音符至關重要！

加勁肋設計和覆蓋數據

重要的是要創建一個PCB副本，該副本具有為Stiffener區域定義的兩個板輪廓區域和一個去除通孔的阻焊層。一旦將系統和相對原點設置為PCB上的已知固定點，就可以使用“另存為”完成此操作。在這種情況下，選擇并標記了S1上的左下固定點。

由于Coverlay數據是從阻焊層輸出（合并文檔層）生成的，并且通孔是同時生成的。必須以某種方式除去通孔及其焊盤。然后，如下所示手動執行去除派生設計上不需要的過孔的過程。

完成后，“子”設計將減去任何通孔，并且兩個加強筋區域可以看作是單獨的電路板輪廓。

制造信息

下一步是為Top Coverlay和Stiffner輪廓創建制造信息。

頂部焊料掩膜打開了包含附加Coverlay孔徑信息的頂部文檔層。頂部焊料掩膜也被重命名為“頂部覆蓋層焊料掩膜”，以避免混淆，并創建了一個新的圖“加勁劑輪廓”，它只是板的輪廓。

從預覽中可以看到Coverlay現在已正確生成。

在原始電路板布局中，根據設計的堆疊和精確命名約定，使用常規方法生成其余的制造Gerber文件。

Gerber文件查看和編輯

現在是時候編輯焊膏文件并在Gerber文件查看器中檢查生成的文件了。首先將文件加載到Gerbv中，并檢查圖層的對齊方式以及它們是否完成了您需要代表的工作。

也可以檢查孔的位置，只需將它們加載到查看器中即可。確認頂部和底部Coverlays中缺少通孔功能也是一個好主意。

選擇阻焊膏并從設計中刪除FPC和開關接觸元件。

完成了！

Gerbv現在可以根據需要表示制造CAD數據?，F在只需要描述特征，堆疊和尺寸細節的圖紙。重要的是要代表您所需要的圖片，以便質量保證人員可以在工廠檢查基本屬性。