Guida alla progettazione di PCB flessibili
I circuiti stampati sono nati all'inizio del XX secolo, grazie ai progressi tecnologici nell'imballaggio dei semiconduttori che hanno permesso ai professionisti del settore di investire in un prodotto elettronico più compatto ed efficiente. Oggi assistiamo a sviluppi innovativi come i dispositivi medici adattati al corpo umano, in grado di monitorare le condizioni di salute attraverso il contatto diretto con la pelle, o gli smartphone con display pieghevole.
Per ottenere questi progressi, l'uso di PCB flessibile-oltre i vincoli delle forme tradizionali, è essenziale. Tuttavia, sia dal punto di vista della progettazione che da quello della produzione, la costruzione di un PCB flessibile presenta sfide maggiori, che richiedono ai progettisti una maggiore riflessione sul processo. In questo articolo, FS Technology fornisce una Guida alla progettazione di PCB flessibilicon l'obiettivo di aiutarvi a perfezionare gli aspetti tecnici della progettazione del vostro circuito flessibile e a ridurre i costi del progetto.
Nozioni di base per la progettazione di PCB flessibili
Iniziamo a comprendere il concetto di PCB flessibile e il suo utilizzo per suscitare idee di design!
PCB flessibileIl circuito flessibile raggiunge la funzionalità di piegatura e ripiegamento utilizzando materiali più sottili. Alcuni dei materiali necessari per la costruzione sono:
- Foglio di rame conduttivo: Utilizzato come materiale principale per la conducibilità elettrica del circuito, può essere fornito in forme completamente ricotte o ricotte a bassa temperatura, migliorando la sua flessibilità.
- Isolante: I materiali più comuni sono il poliimmide, il PET, il PEN, il PTFE e l'aramide, che richiedono una flessibilità sufficiente.
- Strato di copertura: Simile al strato di maschera di saldaturaIl suo scopo è quello di proteggere il circuito, isolando i conduttori di rame come strato più esterno del circuito flessibile. Data la necessità di compatibilità con le caratteristiche di flessione, anche lo strato di copertura deve essere flessibile.
- Adesivo: Cure dopo laminazione per unire saldamente i diversi strati del PCB in un insieme solido.
- Senza adesivo: A seconda dei requisiti del progetto, è possibile utilizzare materiali privi di adesivi per evitare fessurazioni dovute alle alte temperature, assorbimento di umidità e aumento della temperatura. spessore dello strato di rame e al tempo stesso una maggiore flessibilità.
Indipendentemente dal tipo di PCBMa l'obiettivo finale è lo stesso: fissare i componenti elettronici sugli strati esterni e garantire connessioni elettriche affidabili tra i terminali dei componenti e le piazzole conduttive. Per raggiungere questo obiettivo, dobbiamo anche perforare la scheda ed eseguire la galvanizzazione per depositare strati di rame sulle pareti dei fori.
Per alcuni dispositivi di alta precisione, è necessario un PCB con più strati. Tuttavia, per i PCB flessibili, da 2 a 6 strati sono sufficienti per la maggior parte delle applicazioni. Naturalmente, se è necessario un PCB flessibile multistratoLa tecnologia FS è in grado di soddisfare la domanda fino a 12 strati.
Processo di progettazione di PCB flessibili
Il Processo di progettazione dei PCB è generalmente standardizzato, con fasi chiave che comprendono la comprensione del progetto, la creazione di schemi, il layout di circuiti e componenti, la convalida del progetto, la generazione di file, la produzione e l'assemblaggio.
- È necessario comprendere innanzitutto i requisiti del progetto, come le specifiche di corrente, i requisiti di tensione, la capacità, l'impedenza, la necessità di schermatura, i dettagli del cablaggio, le variazioni di segnale, ecc.
- Creare uno schema che descriva in dettaglio il circuito, compresi i collegamenti e le relazioni tra i vari componenti. componenti elettronici.
- Considerare il layout fisico del circuito, le distanze tra i componenti e le tracce del circuito in base alle applicazioni statiche e dinamiche, soprattutto nelle sezioni di piegatura e curvatura.
- Garantire la continuità del progetto aggiungendo etichette e identificatori.
- Utilizzate un software di simulazione o costruite dei prototipi per convalidare il layout flessibile della PCB.
- Generare file di produzione, tra cui File Gerberper garantire che i produttori possano produrre secondo le specifiche del progetto.
- Collaborare con la produzione additiva o con gli ingegneri meccanici per garantire la compatibilità del PCB flessibile in tutto il dispositivo, considerando la piegatura e la sagomatura del PCB flessibile.
Suggerimenti per la progettazione di PCB flessibili
Tipo di circuito
I PCB flessibili possono essere utilizzati singolarmente per un circuito, alcuni destinati a una flessione minima ("statica") e altri a una flessione regolare ("dinamica"). Ciò dipende in ultima analisi dal materiale e dallo spessore. In generale, un PCB flessibile più spesso ha una flessibilità minore, quindi per un circuito flessibile dinamico (come quello di un computer portatile), l'area di piegatura deve essere mantenuta sottile.
Inoltre, quando più strati della scheda di circuito combinano materiali flessibili e rigidi, viene etichettato come un PCB rigido-flessibile. Questo tipo di scheda funge da versatile interconnessione 3D che può essere modellata e piegata in varie forme. Utilizzando la tecnologia rigid-flex, il progettista può integrare più circuiti stampati, fili di interconnessione o cavi in un'unica unità coesa, che offre prestazioni e compattezza migliorate.
Un altro concetto è il PCB semi-flexma in realtà non si tratta di un circuito flessibile. Utilizza una tecnologia di fresatura profonda per assottigliare l'area che deve piegarsi, conferendogli una certa flessibilità. In sostanza, si tratta ancora di un PCB FR-4.
Layout di routing
Progettazione ad alta velocità per PCB flessibili rappresenta una sfida in quanto la sovrapposizione degli strati pone problemi di controllo dell'impedenza. I diversi numeri di strati offrono varie costruzioni, ognuna con i suoi pro e contro in termini di integrità del segnale e flessibilità.
L'impedenza è influenzata da diversi fattori, tra cui il materiale isolante, la larghezza della traccia, lo spessore e la distanza tra la traccia del segnale e lo strato di riferimento. Una pratica comune è quella di utilizzare lo strato di massa come piano di riferimento per controllare l'impedenza dei segnali e migliorare l'integrità del segnale.
Per prevenire le interferenze elettromagnetiche (EMI) o l'accoppiamento involontario dei segnali, si possono utilizzare schermature in rame massiccio, tratteggi incrociati o inchiostro d'argento. I tratteggi incrociati contribuiscono inoltre a migliorare la flessibilità del PCB flessibile e a ridurne il peso.
Oltre a queste considerazioni convenzionali, la flessibilità dei PCB flessibili introduce sfide legate alla piegatura. Il rapporto di curvatura, che confronta il raggio di curvatura con lo spessore del circuito, influisce sulla durata della curvatura, con raggi di curvatura più piccoli che aumentano il rischio di guasti. L'analisi dei potenziali impatti della piegatura sui percorsi dei conduttori è fondamentale. Pertanto, l'aspetto chiave del routing dei circuiti stampati flessibili è rappresentato dalle aree di piegatura.
Quando si esegue il routing, una traccia deve attraversare queste aree perpendicolarmente alla linea di piegatura, mentre via e pin devono essere esclusi per evitare danni. L'impilamento di strati con tracce adiacenti può irrigidire le aree di piegatura, quindi è preferibile sfalsare le tracce. I progettisti devono anche prestare attenzione alle strutture dei layer ed evitare il routing su layer che potrebbero non essere costantemente disponibili.
Layout dei componenti
A causa dei componenti presenti sulla superficie del PCB assemblato e delle caratteristiche di piegatura, le piazzole del circuito flessibile sono soggette a sollevamento. I produttori utilizzano tipicamente tecniche di ancoraggio, come l'estensione delle piazzole incapsulate dallo strato di copertura.
Oltre agli sforzi dei produttori, per alleviare le sollecitazioni causate dalla piegatura, i progettisti possono aumentare le dimensioni delle piazzole, il che è particolarmente efficace per i progetti di PCB flessibili su un solo lato. Inoltre, l'introduzione di nervature di rinforzo meccanico in aree specifiche può fornire ulteriore resistenza.
Dopo posizionamento dei componentiLa conferma della spaziatura X, Y e Z dei componenti sul circuito flessibile è fondamentale non solo in piano, ma anche durante il processo di piegatura. Questo può essere verificato utilizzando strumenti di visualizzazione.
Ulteriori
Quando ci si avvicina alla fase di produzione, a causa dei lunghi tempi di consegna dei materiali per circuiti flessibili e delle loro particolari sfide produttive, è fondamentale collaborare con un'azienda di come FS Technology, specializzata nella produzione di PCB flessibili.. I formati di dati intelligenti per il trasferimento dei file, come l'IPC-2581, semplificano il processo di trasferimento, che è più complesso per i progetti flex rispetto ai PCB tradizionali.
La scelta di Strumenti per la progettazione di PCB ha un impatto notevole sull'efficienza della progettazione di circuiti flessibili. Strumenti come OrCAD PCB Designer di Cadence, dotati di funzionalità 3D e di caratteristiche specifiche per le linee guida della progettazione flex, hanno fornito un ambiente più produttivo per la progettazione di circuiti flex e rigid-flex.
Fine
L'elettronica flessibile consente di recuperare i dati all'interno del corpo, mostrando le diverse potenzialità di questa tecnologia. Questo documento è una panoramica fondamentale sulla progettazione di circuiti stampati flessibili, con particolare attenzione ai materiali e alle caratteristiche dei circuiti stampati. processi di produzione.
Per concludere questa guida alla progettazione di circuiti stampati flessibili, restate sintonizzati per ulteriori contenuti interessanti in futuro. I vostri commenti e le vostre esperienze sono preziosi: condivideteli con noi!
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