Questo articolo discuterà quali sono i PCB rigidi flessibili, i vantaggi del loro utilizzo e le regole per la progettazione con essi per un'applicazione.

Cos'è un PCB rigido-flessibile?

Con una scheda rigida flessibile, i substrati dei circuiti flessibili e i substrati dei circuiti rigidi vengono laminati insieme.   I PCB rigidi-flessibili superano i confini dei PCB rigidi tradizionali e le proprietà uniche dei circuiti flessibili che utilizzano conduttori in rame ricottura ad alta duttilità o in rame ricotto, fotoincisi su una pellicola isolante flessibile.  

I circuiti flessibili includono impilamenti fatti da una poliimmide flessibile come Kapton o Norton e rame laminato insieme attraverso calore, adesivo acrilico e pressione.

Come con i circuiti stampati convenzionali, è possibile montare componenti su entrambi i lati della scheda rigida. A causa dell'integrazione che si verifica tra circuiti rigidi e flessibili, un design rigido-flessibile non utilizza connettori o cavi di collegamento tra le sezioni. Invece, i circuiti flessibili collegano elettricamente il sistema insieme.

La mancanza di connettori e cavi di connessione compie diverse cose:

Migliora la capacità del circuito di trasmettere segnali senza perdita

Accomoda l'impedenza controllata

Elimina i problemi di connessione come le articolazioni fredde

Riduce il peso

Libera spazio per altri componenti2,4,6

Ogni scheda rigida flessibile è suddivisa in zone che presentano materiali diversi e conteggi di livelli variabili. Le zone rigide possono avere più strati rispetto alle zone flessibili e i materiali passano da FR-4 a polyimide nelle zone di transizione.

I progetti complessi spesso passano dalla rigidità alla flessione e viceversa. Quando si verificano queste intersezioni, la sovrapposizione di materiali rigidi e flessibili richiede di tenere i fori lontani dalla zona di transizione per mantenere l'integrità. Inoltre, molti progetti di rigidi rigidi includono rinforzi in acciaio inossidabile o alluminio che forniscono supporto aggiuntivo per connettori e componenti.1

Per ulteriori informazioni sui PCB flessibili, consulta il nostro articolo sui PCB flessibili vs rigidi flessibili per   progetto   design.

Diverse regole di progettazione si applicano alla progettazione PCB rigido-flessibile

Diverse sfide compensano la versatilità e la flessibilità che consentono di creare design e prodotti tridimensionali. I tradizionali design PCB rigidi flessibili hanno permesso di montare componenti, connettori e chassis per il vostro prodotto sulla parte rigida fisicamente più forte dell'assemblaggio. Ancora una volta, in termini di design tradizionali, il circuito flessibile fungeva solo da interconnessione, riducendo al contempo la massa e migliorando la resistenza alle vibrazioni.  

I nuovi design di prodotto, abbinati alle tecnologie migliorate del circuito flessibile, hanno introdotto nuove regole di progettazione per i PCB rigidi flessibili. Il team di progettazione ora ha la libertà di posizionare componenti nell'area del circuito flessibile. La combinazione di questa libertà con un approccio multistrato al design della rigidità flessibile consente a te e al tuo team di creare più circuiti nel design. Tuttavia, ottenere questa libertà aggiunge alcune sfide in termini di routing e buchi.  

I circuiti flessibili hanno sempre linee di piegatura che influenzano il routing. A causa del potenziale di stress materiale, non è possibile posizionare componenti o vie vicine alla linea di piegatura.  

E anche quando i componenti sono posizionati correttamente, i circuiti di flessione flettenti sollecitano ripetuti sollecitazioni meccaniche su cuscinetti a montaggio superficiale e fori passanti. Il tuo team può ridurre questi stress utilizzando la placca passante e rinforzando il supporto del pad con un coverlay aggiuntivo per ancorare i pad.2

Mentre si progetta il routing di traccia, seguire le pratiche che riducono lo stress sui circuiti. Utilizzare poligoni tratteggiati per mantenere la flessibilità quando si trasporta un potere o un piano di massa sul circuito flessibile. Dovresti usare tracce curve piuttosto che a 90 °   o angoli di 45 ° e utilizzare i modelli a goccia per modificare le larghezze delle tracce.

Queste pratiche riducono i punti di stress e i punti deboli. Un'altra buona pratica distribuisce lo stress tra le tracce scaglionando le tracce superiore e inferiore per i circuiti a doppia faccia. La compensazione delle tracce impedisce che le tracce si sovrappongano nella stessa direzione e rafforzano il PCB.

Dovresti anche tracciare tracce perpendicolari alla linea di piegatura per ridurre lo stress. Quando si passa da rigido a flessibile e viceversa, il numero di strati da un supporto all'altro può variare. È possibile utilizzare il routing di traccia per aggiungere rigidità al circuito flessibile compensando il routing per i layer adiacenti

Fattori di influenza elettromeccanica Design

Quando si progettano PCB rigidi flessibili, pensare in termini di fattori elettromeccanici che influiscono sul circuito flessibile e sulla scheda rigida. Mentre costruisci il tuo progetto, concentrati sul rapporto tra raggio di curvatura e spessore. Con i circuiti flessibili, le pieghe strette o uno spessore maggiore nella zona di piegatura aumentano le possibilità di guasti. I fabbricanti consigliano di mantenere il raggio di curvatura almeno dieci volte lo spessore del materiale del circuito flessibile e di costruire una "bambola di carta" del circuito per determinare dove si verificano le pieghe.3,6

Dovresti evitare di allungare il circuito flessibile lungo la sua curva esterna o comprimerlo lungo la curva interna. Aumentando l'angolo di piegatura oltre 90 ° aumenta lo stretching a un punto e la compressione in un altro punto del circuito flessibile.

Un altro aspetto chiave nell'affidabilità rigida-flex è lo spessore e il tipo di conduttore che si trova nella regione di piegatura. È possibile ridurre lo spessore e le sollecitazioni meccaniche riducendo la quantità di placcatura sui conduttori e utilizzando la placcatura solo per elettrodi. L'uso di rame pesante, oro o placcatura di nichel riduce la flessibilità alla flessione e consente lo stress meccanico e la fratturazione.

Il design PCB rigido-flessibile richiede lavoro di squadra

I nuovi strumenti di progettazione PCB consentono al tuo team di progettazione di gestire stack multipli, visualizzare progetti elettromeccanici 3D, controllare le regole di progettazione e simulare il funzionamento dei circuiti flessibili. Anche con questi strumenti in mano, il successo della progettazione di un PCB rigido rigido dipende dal lavoro di squadra tra il team e i fabbricanti.

Il lavoro di gruppo deve iniziare nelle prime fasi del progetto e continuare durante tutto il processo di progettazione e dipende dalla comunicazione coerente