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IPC中文
IPC--版中文版
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IPC2223中文版
柔性电路板设计规范
1范围
本标准规定各种挠性印制电路板的设计、元件安装与互连结构方式的特定要求。
结构中所用的挠性材料包括绝缘膜、增强和/或非增强材料以及敷金属介质。
这种互连板包括单面板、双面板、多层板或多层导电层板,可以完全是挠性材料,也可以是挠性材料和刚性材料两者符合组成。
1.1目的
本标准规定的要求旨在用于规定特定的详细设计要求,应与IPC-2221相配合使用。
软硬复合板刚性区部分要求也可与IPC-2222相配合使用。
1.2产品分类
产品应按照IPC-2221和1.2.1至1.2.2中规定的要求进行分类。
1.2.1电路板分类
这一标准为不同的挠性及软硬结合电路板提供设计信息。
印制板的种类可分为:
1型:
单面挠性印制电路板,由一层导电层组成,有增强层或无增强层(参见图1-1和图1-2)。
图1-1型线路板图图1-2
Accesshole露出孔Coverlayer保护胶片Adhesive接着剂
Substrate基材Copperpad连接盘(焊垫)
2型:
双面挠性印制电路板,双面导电层通过镀通孔上下导通,有增强层或无增强层(参见图1-3和图1-4)。
图1-3图1-4
Accesshole露出孔Coverlayer保护胶片Adhesive接着剂
Copperpad连接盘Copper-plated-throughhole镀通孔
3型:
多层挠性印制电路板,三层或以上导电层通过镀通孔导通,有增强层或无增强层(参见图1-5和图1-6)。
注:
当使用3型结构时,由于挠性接着剂系统中高接着剂含量,层数应当被限制。
图1-53型线路板图
图1-6
Accesshole露出孔Coverlayer保护胶片Copperpad连接盘
Dielectriclay绝缘层Polyimidecover聚酰亚胺覆盖层
Copper-plated-throughhole镀通孔Adhesive接着剂
4型:
多层软硬结合印制电路板,三层或以上导电层通过镀通孔连接(参见图1-7和图1-8)。
图1-74型线路板图
图1-8
Rigidmaterial刚性材料Adhesive接着剂
Substratelayer基材层Substrate基材
Copperpad连接盘Copper-plated-throughhole镀通孔
5型:
软硬复合板,由二层或以上导电层组成,无镀通孔(参见图1-9和图1-10)。
图1-95型线路板图
图1-10
Accesshole露出孔Adhesive接着剂Substrate基材
Copperpad(layer#1)连接盘(第1层)
Copperpad(layer#2)连接盘(第2层)
1.2.2安装用途
挠性电路不同方面的应用,在设计上都有其独特性,建议将预定用途在加工图上标注出来。
为验证设计效果,必须在布设总图上规定特定的测试项目。
测试可单独进行,也可结合进行。
用途A:
在安装过程中能经受挠曲(挠曲安装)。
参见图5.2.3.2
用途B:
能按布设总图上规定的循环次数经受连续挠曲(动态挠曲)。
参见图5.2.3.2
用途C:
能在高温环境下使用(105℃以上);
用途D:
UL认证。
1.3修订版本
阴影部分的相关段落,数据或表格标题为IPC-2223新版的变化。
2适用文件
下列文件按本标准中的规定构成本标准的组成部分。
如果IPC-2223中规定的要求与2.1中所列文件规定的要求有矛盾,则应以IPC-2223为准。
现行标准征求意见修订本应优先采用。
2.1IPC
IPC-TM-650试验方法手册
方法2.4.18.1室内镀铜的抗拉强度和延伸率测定
IPC-HDBK-840阻焊性能手册
IPC-SM-840永久性阻焊膜和挠性覆盖材料的质量鉴定和性能
IPC-2152印制板设计的载流容量标准
IPC-2221印制板设计通用标准
IPC-2222刚性印制板的设计分标准
IPC-2615印制板的尺寸及公差
IPC-4101刚性或多层印制板基底材料技术规范
IPC-4202挠性裸介质在挠性印制电路板中的运用
IPC-4203挠性印制电路板和挠性粘结膜使用接着剂涂敷介质膜作盖板IPC-4204敷金属挠性介质在制造挠性印制电路板中的运用
IPC-4562印制电路板所用的金属箔
IPC-7351表面安装设计及连接盘图形标准
2.2联合行业标准
J-SDTD-001:
通电焊盘及电子组装的要求
3通用要求
通用要求应按照IPC-2221中的规定,符合3.1至3.4.2中规定的要求。
3.1设计模型
设计阶段应包括建立设计用的全尺寸三维模型,以确保选定尺寸的正确性和挠性与刚性电路区的正确性(参见图3-1)。
建议在设计制造前先对实物模型设计进行组合,以评估其硬度、灵活性、适合性或其他特性。
图3-1建立三维模型图
Prepareamodelofthepackagetobewired制备一只需要布线的包装箱作模型
Determinecomponentlayout确定元件Layout
3.2设计Layout
电路Layout应标明实际尺寸、挠性区、电子元件和机械元件的位置、电气结构原理和电气要求(例如阻抗、电流强度、电压)等内容,以便编制文件和原图。
设计人员应在设计阶段与生产紧密合作,以优化产品。
3.2.1机械设计效率(考虑最终排版)
由于挠性印制电路板可设计成多种形状,因此建议设计人员考虑使用折叠法完成有效排版(参见图3-2)。
机械设计效率之所以重要,在于能降低加工成本和减少所用材料。
但是最终会被折叠组装所花费的工时抵消。
每次折叠都会改变单面挠性电路板保护胶片观察孔的方向。
图3-2最终制作板
Cutout切割Folded折叠Firstfold第1折
Secondfold(finalconfiguration)第2折(最后构型)
为满足机械设计效率,应当考虑采用其它互连方法,例如离散布线。
许多情况下,使用简单的接线或连接电缆的方法,就可省去既费钱又冗长的挠性线路延长线。
3.2.2加工图建议事项
加工图应当附有显示安装挠性线路结构的单独视图,其目的是向加工人员指出需要折叠和挠曲关键部位的位置。
图纸中应当列出挠性线路结构中所用材料的详细清单和规格型号性能(例如材料叠层、增强区、规定厚度区域),建议使用剖面图。
规定厚度时应当规定厚度的上限和下限。
3.3结构原理
抓准要害,考虑设计初期应予重视的事项,避免挠性线路连通中出现既复杂成本又高的交叉跨越。
减少层数,从而降低成本。
3.4有关测试要求的考虑事项
挠性电路的电气测试可包括连接器和元件在内。
关于终端产品的电气要求有关的技术规范应当发给加工人员。
有关测试要求的考虑事项应符合IPC-2221中规定的要求。
●挠性/软硬结合印制电路板有一些不同的/特定的测试考虑因素。
例如包括:
●定位——由于其灵活性,在测试中需使用定位孔固定
●不需要保留网格线
●重叠的附件——产品折叠区域在针床式测试仪难以测试
●挠性与刚性区域厚度的可变性
注:
挠性区域的厚度通常不做特别说明
3.4.1环境要求
在设计选材阶段应当考虑终端产品的使用环境。
3.4.2机械/挠曲要求
为评定挠性电路板的挠曲寿命,建议挠曲测试应当在终端产品实际使用的条件下进行测试。
注:
虽然一般认为弹性模量高的材料挠性寿命较短,但弹性模量高的材料比弹性模量低的材料尺寸安定性更好。
4材料
4.1选用材料
设计挠性印制电路板板时,材料类型和结构极为重要。
慎重选材以确保相邻材料的兼容性。
一切材料均应在工程确认图上详细标注。
为清楚明瞭,建议使用剖视图突出说明材料选择,如图4-1和图4-2所示。
图4-1挠性印制电路板结构示例图
Single-sided单面板Coverlayer保护胶片Flexlaminate挠性层压板
Double-sided双面板Threelayer三层板Bondply黏着层
Fourlayer四层板Fivelayer五层板Sixlayer六层板
CoverlayerbondplyperIPC-FC-232覆盖层加工应符合IPC-FC-232中规定的要求
FlexlaminateperIPC-FC-241挠性层压板应符合IPC-FC-241中规定的要求
图4-2挠性-刚性印制电路板的非粘结挠性区结构示例图
Rigidarea刚性区Flexarea挠性区Rigidlaminate刚性层压板
Prepreg半固化片Flexdielectric挠性基材
Flexlaminate挠性层压板PartialCoverlayer部分覆盖层
4.1.1材料的可选性
加工人员可选用符合IPC-4562、IPC-4202和IPC-4203中规定的材料,制造挠性敷金属基材和涂敷接着剂的绝缘膜。
另外,这些规定的材料也可换用符合IPC-4204和IPC-4203中规定的材料。
上述文件将特性相同的材料分组列表,每组材料都能满足应用的最低要求,但却各有不同的产品特性。
要从众多的产品中找出能满足设计要求的最佳产品,应考虑的特性包括:
●吸湿性
●阻燃性
●电气性能
●机械性能
●热性能
例如:
IPC-4204/1规定“B”方案的尺寸安定性最大值为0.20%,但一些生产商可以生产出尺寸安定性为0.05%或优于0.05%的材料。
因此建议咨询生产商所需的特殊特性是否超过其最小值或最大值。
有可能的话,根据计量器测量的一些特性分组列表标注采用不同的计量器测量的特性值。
例如:
剥离强度
设计人员和加工人员应同时从成本、性能和可加工性审查材料选择。
4.2介质材料(包括半固化片和接着剂)
4.2.1粘结片预浸材料(半固化片)
半固化片常用于加工制造软硬复合印制电路板。
粘结刚性层通常使用“无流动”型或“低流动”型半固化片。
玻璃化温度(Tg)高的半固化片具有工作温度高和Z轴膨胀系数低的特点,Z轴膨胀系数低也有利于控制≥8层的镀通孔可靠性(参见5.2.2.2)。
其缺点是介质强度低和可挠性不高。
半固化材料用于挠性和软硬复合印制电路板时,应符合IPC-4101中规定的要求,应在主图上注明使用接着剂的区域和不用接着剂的区域。
4.2.2接着剂(液体)
接着剂,例如环氧树脂、丙烯酸树脂或RTV硅胶,均可用于刚性-挠性过渡区消除应变或1型、2型、3型印制电路板的局部补强板粘合。
对于一些特定的应用,这些材料可能潜在排气问题。
4.2.3挠性粘结膜(浇铸接着剂或粘结层)
挠性粘结膜通常用于粘合多层挠性层和进行热控制或结构支撑的附属装置。
这种材料对挠性介质有高的粘结强度。
挠性粘结膜可利用玻璃化温度(Tg)低的树脂配制,以便增强附着力和挠曲性。
设计刚-挠性电路板时,刚性区应当尽量少用或不用这种材料,以免出现Z轴过度膨胀问题。
挠性粘结膜用于挠性和刚-挠性印制电路板时,应符合IPC-4203中规定的要求,应在主图上注明使用接着剂的区域和不用接着剂的区域。
4.2.4各向异性导电胶
各向异性导电胶可用于粘合多层板的各层/印制电路板(刚性和挠性),并可将垂直邻近的连接盘进行电气连接和机械连接。
这种接着剂的侧向导电性低,能使侧向邻近的连接盘之间保持绝缘。
产品以薄膜形式供货。
4.2.4.1挠性敷金属板(挠性层压板材料)
挠性敷金属板是介质膜和金属箔复合的材料。
金属箔可用多种方法附着到介质上(例如树脂接着剂法或直接沉积法)。
介质(如:
PI的反应单体溶液)可涂覆在金属箔上。
涂覆介质层压板和直接沉积层压板称为无接着剂型软质铜箔基板。
有接着剂型软质铜箔基板是利用接着剂将介质膜与金属箔粘合而制成。
树脂接着剂的玻璃化温度(Tg)通常比介质膜低,设计高层数的刚-挠性线路时,多采用无接着剂型软质铜箔基板,以降低玻璃化温度(Tg)低的接着剂的影响(参见表4-1)。
因此建议所有4型电路板,层数超过八层的3型电路板,高温应用中要避免选用有接着剂型软质铜箔基板。
挠性敷金属板应符合IPC-4204或IPC-4562、IPC-4202与IPC-4203相结合所规定的要求。
表4-1挠性介质的性能(注1)
聚酯
(有接着剂)
聚酰亚胺
(有接着剂)
聚酰亚胺
(无接着剂)
机械性能
挠曲(R~2.0mm)
一般
好
很好
热成形
有
无
无
弹性模量
2800Mpa–5500Mpa
2500Mpa
4000Mpa
抗撕强度
800g
500g
500g
剥离强度
(常温)
1050N/M
1750N/M
1225N/M
化学/环境性能
耐蚀性
(>20%)
很好
差
好
UV
PET--差
PEN—一般
好
很好
UL认证/
最大工作温度
PET2,85℃
PEN3,160℃
85℃-160℃
105℃-200℃
阻燃性
VTM-0
带FR接着剂
VTM-0
带FR接着剂
VTM-0
电气性能
介电常数(1MHz)
3.4
3.5
3.3
介电强度
4-5KV/25μm
3-5KV/25μm
5KV/25μm
绝缘阻抗
103Ω-cm
103Ω-cm
103Ω-cm
热性能
焊锡耐热性
205℃×5sec
288℃×5sec
(要求预烘烤)
288℃×5sec
(不要求预烘烤)
组装性能
通孔
限制
很好
很好
表面贴装
(红外回流)
PEN:
可
PET:
不可
好至很好
很好
打线接合
不可
部分接着剂可以
很好
芯片(直接打件)
差
一般至很好
很好
注1:
本表规定值均为典型值,随不同材料供应商而存在差异。
具体特性值以制造商提供为准。
注2:
聚对苯二甲酸乙二醇酯
注3:
聚对苯二甲酸乙二醇酯
4.2.4.2刚性敷金属层压板
刚性敷金属层压板是金属箔、树脂和有纺或无纺增强织物相结合的材料。
其所用的树脂具有较宽的玻璃化温度(Tg)范围(参见IPC-2221和IPC-4101)。
4.2.5覆盖层
覆盖层是用于覆盖线路的介质薄膜,通常用于挠性印制电路板。
覆盖层可分为3类:
Coverlay,Coverfilm和Covercoat。
4.2.5.1Coverlay
Coverlay是由介质膜涂覆接着剂制成,是一种由不同化学成分单体合成的永久性挠性介质覆盖层。
Coverlay用于挠性印制板表面导电层的保护、绝缘。
覆盖膜可以为特定的应用进行弯折或成型。
Coverlay可以加工余隙孔/窗口用以暴露焊盘、镀通孔和固定孔。
其它介绍请看IPC-4202,IPC-4203,和IPC-4204.
4.2.5.2Coverfilm
Coverfilm由介质膜制成,是一种永久性挠性介质覆盖层,由如下组成:
1.化学成分相似的单体
2.成分均匀、单一的化学成分,或
3.两种或更多化学成分合成的复合物
4.2.5.3Covercoat
Covercoat是一种液态或是半固化态的永久性介质覆盖层,可使用干膜层压法、网印法、喷涂法或者浸涂/幕涂法制成。
树脂可以是感光成像材料。
通过感光成像型涂层,能够实现复杂或间距下的焊盘设计。
一些Covercoat需遵照IPC-SM-840要求。
注:
Covercoat在小角度弯曲的运用中会降低性能。
4.3导电层(表面处理)
导电层应按IPC-2221中规定,符合4.3.1至4.3.7中规定的要求。
4.3.1镀铜
4.3.1.1挠性安装应用
低挠曲寿命要求,例如镀通孔和挠性安装电路,建议使用延伸率为12%或以上的铜材。
铜材延伸率需按照IPC-TM-650方法2.4.18.1中规定的方法进行测定。
4.3.1.2动态挠曲应用
高挠曲寿命要求建议使用延展率为18%的铜材。
铜材延伸率应按照IPC-TM-650,2.4.18.1中规定的方法进行测定。
基于导体厚度增加会对挠性造成不利影响,故建议不应在挠性区域附加电镀铜。
在动态挠曲运用中,电路和覆盖层必须保持平衡。
如需进一步了解详情,参见5.2.3。
4.3.1.3孔电镀
镀通孔和导通孔的最小平均镀铜厚度规定如表4-2所示,所有等级一律如此。
该最小平均镀铜厚度与IPC-2221中规定的最小平均镀铜厚度不相同,其原因是多层板和软硬复合板所使用的双面材料几何形状独特、玻璃化转化温度(Tg)低。
表4-2最小平均镀铜厚度
2型
3型
4型(注1)
3、4型(注2)
挠性板总厚度
≤0.2mm
>0.2mm
>0.2mm
>0.75mm
最小平均镀铜厚度
12μm
25μm
25μm
35μm
最薄镀铜厚度
10μm
20μm
20μm
30μm
注1:
结构中低玻璃化转化温度(Tg)的材料含量≤10%。
注1:
结构中低玻璃化转化温度(Tg)的材料含量≥10%。
4.3.1.4图形镀
对导体厚度有严格要求的线路板进行设计时,建议采用选择性镀铜。
如果要求进行选择性镀铜,则应由加工人员制作出“仅在连接盘上镀铜”(钮形盘)的照相底版。
这种照相底版可用许多方法制作。
使用这种修剪式或切削式连接盘需要特别小心。
设计中应尽可能使连接盘尺寸最大化。
需要注意的是,有些加工过程会在导线表面上留下少量的镀层。
而有些区域是不允许留下镀层的,这些区域应在主图上明确规定(参见图4-3和图4-4)。
注:
许多电镀条件变量会导致导体表面的残留电镀铜及铜晶体结构各不相同(例如:
电镀槽的位置、电镀支架的位置、正极的位置等)
4.3.2镀镍
由于镍具有脆性,挠性区不应电镀镍。
镀镍层上的裂纹会扩散而引起铜导线损坏。
4.3.3镀锡铅
除非另有规定,所有镀锡铅均应热熔。
注意:
并非所有挠性电路基材都能承受镀锡铅热熔的温度,选用材料时,请查阅图4-1。
4.3.4焊锡涂敷
并非所有挠性电路基材都能承受涂敷焊锡的温度,选用材料时,请查阅图4-1。
注:
图4-1只是列出了可能性材料的一部分,建议设计人员核对IPC标准中的挠性、刚性和无线电频率材料或是生产商的数据表
4.3.5其它金属涂层
其它金属涂层,例如化镍浸金,化镍钯浸金、化学锡、化学银,或者是电镀镍金应在主图上规定。
挠性区镀层不能应用易碎的镀层材料,例如镍。
(参见图4.3.2)
图4-3图4-4
4.3.6电子元件材料(嵌入式电阻和电容)
注意:
这种材料不应用在挠性区,主要应用于软硬复合板的刚性区。
4.3.7屏蔽用导电涂层
介质层表面上可涂敷银、铜或碳的聚合物等导电油墨作为屏蔽层。
这些涂层应当在主图上规定。
可由介质层上的开口实现接地。
4.4有机保护涂层
有机保护涂层应按IPC-2221中规定,符合4.4.1和4.4.2中规定的要求。
4.4.1阻焊层
刚性印制电路板普遍使用阻焊层,而在挠性电路板上使用则应考虑选用合适的阻焊层。
现有许多用于挠性电路的阻焊层可供选择。
见IPC-HDBK-840可挠区使用S/M相关指导。
4.4.2ConformalCoating
ConformalCoating通常不用在挠性区域上,以避免挠性结构变硬和与挠性基材剥落或分层。
4.5标记和符号
通常避免将标记和符号标注在挠性印制电路的动态挠折区。
标记和符号应在采购文件或主图上规定。
5机械和物理性能
机械和物理性能应按照IPC-2221中规定,符合5.1至5.4.1中规定的要求。
5.1加工要求
参阅3.1至3.2.1有关设计模型和机械设计效率部分。
5.1.1裸板加工
关于有效的拼版尺寸和可用区域,应向生产厂咨询查明。
应考虑以下因素:
间距
取样片(例如:
最终、制程中、阻抗、互联应力测试(IST)等)
定位孔
基准点
托盘设计
电镀边框
当产量增加时拼版利用率这一考虑因素变得更为重要,同时与低产量产品/样品的整体装配成本相比,每个印制板的花费要多得多。
5.1.2卷对卷加工(RolltoRoll)
关于卷宽和卷长,应当向生产厂咨询查明,因为不同的卷宽和卷长的应用取决于设备和产品应用所要求的材料厚度。
5.2产品/板构型
注:
IPC-2221中所列出的板标准化图形,由于外形独特,可能不适用于挠性或刚-挠印制电路板。
嵌套式排版是一种很有用的方法。
(参见图5-1)
图5-1嵌套式排版
5.2.1电路外形
电路外形应当做到不浪费原材料。
如果电路设计成有几个半岛形或不同方向的手指形突出块,则在材料上的成本就要高得多。
电路采用折叠式设计,就可以将许多延长线放在靠近电路主体的地方加工,从而形成一个更加紧凑的矩形电路外形进行加工处理。
5.2.1.1最小半径(挠性段)
产品外形内角的最小半径应为1.5mm。
然而,半径越大,产品越可靠,抗撕裂强度越高(参见图5-2和5-3)。
为提高抗撕裂强度,需在内角半径中增加辅助材料(参见图5-4)
图5-2特殊的挠性线路特征图图5-3钻孔裁切图
Slit切缝Tangentcorners切向角
Slitreliefhole切缝应变消除孔Tearrelief撕裂免扩口
5.2.1.2孔至边距离(挠性区和刚性区)
外形边缘到内孔边缘和裁切边之间的最小距离不应小于0.5mm,设计距离时应考虑定位精度、尺寸公差、以及外形加工公差等。
图5-4弯曲区增加补强板
5.2.1.3孔至边距离(软硬结合区)
软硬复合区和间隙孔边缘最小距离应不小于1.9mm。
5.2.1.4盲孔和埋孔
由于在软硬复合板上进行精确机械加工复杂费事,应当避免盲孔和埋孔。
5.2.1.5可变厚度
多层板和软硬复合板的刚性层压区的厚度应一致,以便进行镀通孔的加工。
渐成式压着或厚度不一致都会使加工增加、成本提高。
5.2.1.6应变消除
切缝和开槽的端头应加工成1.5mm或更大直径的孔,如图5-5所示。
这种情况就会出现在挠性印制电路板的邻近部分必须单独活动时。
图5-5切缝和开槽
5.2.2刚性区考虑事项
5.2.2.1弓曲和扭曲
由于挠性材料和刚性材料相结合的性质,因此要求配备特殊的结构、工具和/或夹具,以便满足表面安装的需要。
对于任何组装用托架式包装的产品,都有冲切开口影响其弓曲和扭曲,因此弓曲和扭曲管制要求适用于于整体拼板之中,同时应经使用者和供应者的同意。
5.2.2.2镀通孔的可靠性
为使Z轴膨胀量降低到最小限度,刚性段应尽可能减少玻璃化温度(Tg)低的接着剂(例如丙烯酸接着剂)的使用百分比。
只要使用无接着剂基的材料和在挠性层上使用部分覆盖层(参见图4-2),即可做到这一点。
建议使用IPC-4101中规定的半固化材料,作为固化段的粘结膜。
5.2.2.3镀通孔到软硬复合板区
镀通孔边缘到刚性区域边缘的距离不能小于3.18mm,当测量镀通孔孔心到刚性材
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