Leitfaden für flexibles PCB-Design
Die Leiterplatte entstand Anfang des 20. Jahrhunderts und spiegelt den technologischen Fortschritt bei der Halbleiterverpackung wider, der es der Industrie ermöglichte, in ein kompakteres und effizienteres elektronisches Produkt zu investieren. Heute sehen wir innovative Entwicklungen wie medizinische Geräte, die auf den menschlichen Körper zugeschnitten sind und durch direkten Hautkontakt den Gesundheitszustand überwachen können, oder Smartphones mit einem faltbaren Display.
Um diese Fortschritte zu erzielen, ist der Einsatz von flexible Leiterplatte-jenseits der Beschränkungen traditioneller Formen - ist unerlässlich. Ob aus der Perspektive des Designs oder der Herstellung, die Konstruktion einer flexiblen Leiterplatte stellt jedoch größere Herausforderungen dar und erfordert von den Designern, sich mehr Gedanken über den Prozess zu machen. In diesem Artikel bietet FS Technology eine Leitfaden für flexibles PCB-Designmit dem Ziel, die technischen Aspekte Ihres flexiblen Schaltungsdesigns zu verfeinern und die Projektkosten zu senken.
Grundlagen des flexiblen PCB-Designs
Beginnen wir damit, das Konzept der flexiblen Leiterplatte und ihre Verwendung zur Gewinnung von Designideen zu verstehen!
Flexible Leiterplatteoder flexibler Schaltkreis, erreicht die Biege- und Faltfunktion durch die Verwendung dünnerer Materialien. Einige der für die Konstruktion benötigten Materialien sind:
- Leitfähige Kupfer-Folie: Es wird als Hauptmaterial für die elektrische Leitfähigkeit in den Schaltkreisen verwendet und kann in vollständig geglühter oder bei niedriger Temperatur geglühter Form geliefert werden, was seine Flexibilität erhöht.
- Isolator: Zu den gängigen Materialien gehören Polyimid, PET, PEN, PTFE und Aramid, die eine ausreichende Flexibilität erfordern.
- Deckschicht: Ähnlich wie bei der LötmaskenschichtIhr Zweck ist es, den Stromkreis zu schützen und die Kupferleiter als äußerste Schicht des flexiblen Stromkreises zu isolieren. Aufgrund der notwendigen Kompatibilität mit den Biegeeigenschaften muss die Deckschicht ebenfalls flexibel sein.
- Klebstoff: Kuren nach Laminierung, um die verschiedenen Schichten der Leiterplatte fest zu verbinden zu einem festen Ganzen.
- Ohne Klebstoff: Je nach Projektanforderungen können klebstofffreie Materialien verwendet werden, um Risse bei hohen Temperaturen, Feuchtigkeitsaufnahme und erhöhte Kupferschichtdicke und bietet gleichzeitig mehr Flexibilität.
Ungeachtet der Typ der LeiterplatteDas ultimative Ziel ist dasselbe: die Befestigung der elektronischen Komponenten auf den Außenschichten und die Gewährleistung zuverlässiger elektrischer Verbindungen zwischen den Komponentenanschlüssen und den leitenden Pads. Um dieses Ziel zu erreichen, müssen wir die Platine auch perforieren und eine Galvanisierung durchführen, um Kupferschichten auf die Lochwände aufzubringen.
Für einige hochpräzise Geräte sind Leiterplatten mit mehr Lagen erforderlich. Für flexible Leiterplatten sind jedoch 2 bis 6 Lagen für die meisten Anwendungen ausreichend. Natürlich, wenn Sie eine mehrlagige flexible LeiterplatteFS Technology kann die Nachfrage nach bis zu 12 Schichten befriedigen.
Flexibler PCB-Designprozess
Die PCB-Design-Prozess ist in der Regel standardisiert. Zu den wichtigsten Schritten gehören das Verstehen des Projekts, die Erstellung von Schaltplänen, das Layout von Schaltungen und Komponenten, die Validierung des Designs, die Erstellung von Dateien, die Fertigung und die Montage.
- Sie sollten zunächst die Projektanforderungen verstehen, wie z.B. Stromspezifikationen, Spannungsanforderungen, Kapazität, Impedanz, die Notwendigkeit einer Abschirmung, Details der Verdrahtung, Signalvariationen, usw.
- Erstellen Sie einen Schaltplan, der die Schaltung detailliert darstellt, einschließlich der Verbindungen und Beziehungen der verschiedenen elektronische Komponenten.
- Berücksichtigen Sie das physische Layout der Schaltung, die Abstände zwischen den Komponenten und die Leiterbahnen auf der Grundlage statischer und dynamischer Anwendungen, insbesondere in den Bereichen Falten und Biegen.
- Sorgen Sie für Kontinuität im Projekt, indem Sie Etiketten und Kennzeichnungen hinzufügen.
- Verwenden Sie Simulationssoftware oder bauen Sie Prototypen, um das flexible PCB-Layout zu validieren.
- Generieren Sie Fertigungsdateien, einschließlich Gerber-Dateienum sicherzustellen, dass die Hersteller gemäß den Designvorgaben produzieren können.
- Arbeiten Sie mit Ingenieuren der additiven Fertigung oder des Maschinenbaus zusammen, um die Kompatibilität der flexiblen Leiterplatte im gesamten Gerät zu gewährleisten und dabei das Biegen und Formen der flexiblen Leiterplatte zu berücksichtigen.
Tipps zum Design flexibler Leiterplatten
Schaltkreis Typ
Flexible Leiterplatten können individuell für eine Schaltung verwendet werden. Einige sind für minimale Biegung ("statisch") und andere für regelmäßige Biegung ("dynamisch") vorgesehen. Dies hängt letztlich vom Material und der Dicke ab. Im Allgemeinen hat eine dickere flexible Leiterplatte eine geringere Flexibilität, so dass bei einer dynamischen flexiblen Schaltung (wie z.B. in einem Laptop) der Biegebereich dünn gehalten werden muss.
Wenn mehrere Lagen der Leiterplatte flexible und starre Materialien kombinieren, wird sie außerdem als starr-flexible Leiterplatte. Diese Art von Leiterplatte dient als vielseitige 3D-Verbindung, die in verschiedene Formen gegossen und gebogen werden kann. Mithilfe der Starr-Flex-Technologie kann ein Designer mehrere Leiterplatten, Verbindungsdrähte oder Kabel in eine einzige, zusammenhängende Einheit integrieren und so für mehr Leistung und Kompaktheit sorgen.
Ein weiteres Konzept ist das Semi-flexible Leiterplatteaber in Wirklichkeit handelt es sich nicht um einen flexiblen Schaltkreis. Er nutzt die Technologie des Tiefenfräsens, um den Bereich, der gebogen werden muss, zu verkleinern, was ihm eine gewisse Flexibilität verleiht. Im Grunde genommen ist es immer noch ein FR-4 LEITERPLATTE.
Routing Layout
Hochgeschwindigkeitsdesign für flexible PCB stellt eine Herausforderung dar, da der Schichtenaufbau die Impedanzkontrolle erschwert. Unterschiedliche Lagenzahlen bieten verschiedene Konstruktionen, jede mit ihren Vor- und Nachteilen in Bezug auf die Signalintegrität und Flexibilität.
Die Impedanz wird in der Regel durch verschiedene Faktoren beeinflusst, darunter das Isoliermaterial, die Leiterbahnbreite, die Dicke und der Abstand zwischen der Signalleiterplatte und der Referenzebene. Eine gängige Praxis ist die Verwendung der Masseschicht als Referenzebene, um die Impedanz der Signale zu kontrollieren und die Signalintegrität zu verbessern.
Um elektromagnetische Interferenzen (EMI) oder unbeabsichtigte Signaleinkopplungen zu vermeiden, kann eine massive Kupferabschirmung, eine Kreuzschraffur oder Silberfarbe verwendet werden. Die Kreuzschraffur trägt auch dazu bei, die Flexibilität der flexiblen Leiterplatte zu erhöhen und das Gewicht zu reduzieren.
Zusätzlich zu diesen konventionellen Überlegungen führt die Flexibilität flexibler Leiterplatten zu Herausforderungen im Zusammenhang mit dem Biegen. Das Biegeverhältnis, bei dem der Biegeradius mit der Leiterplattendicke verglichen wird, wirkt sich auf die Biegefestigkeit aus, wobei kleinere Biegeradien das Risiko eines Ausfalls erhöhen. Die Analyse potenzieller Biegeauswirkungen auf die Leiterbahnen ist entscheidend. Daher liegt der Schlüsselaspekt der flexiblen Leiterplattenverlegung in den Biegebereichen.
Beim Routing sollte eine Leiterbahn diese Bereiche senkrecht zur Biegelinie kreuzen, während Vias und Pins ausgeschlossen werden sollten, um Beschädigungen zu vermeiden. Das Stapeln von Lagen mit benachbarten Leiterbahnen kann die Biegebereiche versteifen, so dass es besser ist, die Leiterbahnen zu versetzen. Designer müssen auch auf die Lagenstruktur achten und vermeiden, auf Lagen zu routen, die möglicherweise nicht durchgängig verfügbar sind.
Bauteil-Layout
Aufgrund der Komponenten auf der Oberfläche der bestückten Leiterplatte und der Biegeeigenschaften sind die Pads auf der flexiblen Schaltung anfällig für ein Abheben. Die Hersteller verwenden in der Regel Verankerungstechniken, wie z.B. die Verlängerung von Pads, die von der Deckschicht eingekapselt sind.
Zusätzlich zu den Bemühungen der Hersteller können die Designer die Größe der Pads erhöhen, um die durch die Biegung verursachten Spannungen zu verringern, was besonders bei einseitigen flexiblen Leiterplatten-Designs effektiv ist. Außerdem kann die Einführung von mechanischen Verstärkungsrippen in bestimmten Bereichen für zusätzliche Festigkeit sorgen.
Nach KomponentenplatzierungWenn Sie sich für eine flexible Schaltung entscheiden, ist es wichtig, den X-, Y- und Z-Abstand der Komponenten nicht nur im flachen Zustand, sondern auch während des Biegevorgangs zu überprüfen. Dies kann mit Hilfe von Visualisierungstools überprüft werden.
Zusätzlich
Wenn Sie sich der Herstellungsphase nähern, ist es aufgrund der langen Vorlaufzeiten von Materialien für flexible Schaltkreise und ihrer einzigartigen Herausforderungen bei der Herstellung entscheidend, mit einem Hersteller wie FS Technology, der sich auf die Herstellung flexibler Leiterplatten spezialisiert hat. Intelligente Datenformate für die Dateiübertragung, wie IPC-2581, rationalisieren den Übertragungsprozess, der bei Flex-Designs komplexer ist als bei herkömmlichen Leiterplatten.
Die Wahl der PCB-Design-Tools hat einen großen Einfluss auf die Effizienz des Designs von flexiblen Schaltungen. Werkzeuge wie OrCAD PCB Designer von Cadence, ausgestattet mit 3D-Fähigkeiten und maßgeschneiderten Funktionen für Flex-Design-Richtlinien, bieten eine produktivere Umgebung für das Design von flexiblen und starr-flexiblen Schaltungen.
Ende
Flexible Elektronik ermöglicht das Abrufen von Daten innerhalb des Körpers und zeigt das vielfältige Potenzial dieser Technologie auf. Dieses Buch bietet einen grundlegenden Überblick über das Design flexibler Leiterplatten, wobei der Schwerpunkt auf Materialien und Herstellungsverfahren.
Zum Abschluss dieses Leitfadens für flexibles Leiterplattendesign halten wir Sie auf dem Laufenden über weitere interessante Inhalte in der Zukunft. Ihr Feedback und Ihre Erfahrungen sind wertvoll - teilen Sie sie mit uns!
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