Guia de conceção de PCB flexível
As placas de circuito impresso surgiram no início do século XX, reflectindo os avanços tecnológicos na embalagem de semicondutores que permitiram aos profissionais da indústria investir num produto eletrónico mais compacto e eficiente. Atualmente, assistimos a desenvolvimentos inovadores, como os dispositivos médicos adaptados ao corpo humano, que podem monitorizar as condições de saúde através do contacto direto com a pele, ou os smartphones com um ecrã dobrável.
Para alcançar estes avanços, a utilização de PCB flexível-para além das restrições das formas tradicionais - é essencial. No entanto, quer seja vista de uma perspetiva de conceção ou de fabrico, a construção de uma placa de circuito impresso flexível apresenta maiores desafios, exigindo que os designers invistam mais reflexão no processo. Neste artigo, a FS Technology apresenta uma guia para a conceção de placas de circuito impresso flexíveiscom o objetivo de o ajudar a aperfeiçoar os aspectos técnicos da conceção do seu circuito flexível e a reduzir os custos do projeto.
Noções básicas de conceção de PCB flexíveis
Comecemos por compreender o conceito de PCB flexível e as suas utilizações para obter ideias de design!
PCB flexívelO circuito flexível, ou circuito de fibra ótica, atinge a funcionalidade de dobragem e flexão através da utilização de materiais mais finos. Alguns dos materiais necessários para a construção incluem:
- Folha de cobre condutora: Utilizado como o principal material para a condutividade eléctrica no circuito, pode ser fornecido em formas totalmente recozidas ou recozidas a baixa temperatura, aumentando a sua flexibilidade.
- Isolador: Os materiais comuns incluem poliimida, PET, PEN, PTFE e aramida, que requerem flexibilidade suficiente.
- Camada de cobertura: Semelhante ao camada de máscara de soldaO seu objetivo é proteger o circuito, isolando os condutores de cobre como a camada mais externa do circuito flexível. Devido à necessidade de compatibilidade com as caraterísticas de flexão, a camada de cobertura também precisa de ser flexível.
- Adesivo: Cura após laminação para unir firmemente as diferentes camadas da placa de circuito impresso num todo sólido.
- Sem adesivo: Dependendo dos requisitos do projeto, podem ser utilizados materiais sem cola para evitar fissuras a altas temperaturas, absorção de humidade e aumento da espessura da camada de cobre proporcionando simultaneamente uma maior flexibilidade.
Independentemente do tipo de PCBNo entanto, o objetivo final é o mesmo: fixar os componentes electrónicos nas camadas exteriores e assegurar ligações eléctricas fiáveis entre os terminais dos componentes e as almofadas condutoras. Para atingir este objetivo, também é necessário perfurar a placa e efetuar a galvanoplastia para depositar camadas de cobre nas paredes dos orifícios.
Para alguns dispositivos de alta precisão, é necessária uma placa de circuito impresso com mais camadas. No entanto, para PCB flexíveis, 2 a 6 camadas são suficientes para a maioria das aplicações. Naturalmente, se precisar de um placa de circuito impresso flexível multicamadaA tecnologia FS pode satisfazer a procura de até 12 camadas.
Processo de conceção de PCB flexível
O Processo de conceção de PCB é geralmente normalizado, com passos fundamentais que incluem a compreensão do projeto, a criação de esquemas, a disposição de circuitos e componentes, a validação do projeto, a criação de ficheiros, o fabrico e a montagem.
- Em primeiro lugar, é necessário compreender os requisitos do projeto, tais como as especificações de corrente, os requisitos de tensão, a capacitância, a impedância, a necessidade de blindagem, os detalhes da cablagem, as variações de sinal, etc.
- Criar um esquema, detalhando o circuito, incluindo as ligações e relações dos vários componentes electrónicos.
- Considerar a disposição física do circuito, as distâncias entre componentes e os traços do circuito com base em aplicações estáticas e dinâmicas, especialmente nas secções de dobragem e flexão.
- Assegurar a continuidade do projeto, acrescentando etiquetas e identificadores.
- Utilizar software de simulação ou construir protótipos para validar a disposição flexível da placa de circuito impresso.
- Gerar ficheiros de fabrico, incluindo Ficheiros GerberA fim de garantir que os fabricantes possam produzir de acordo com as especificações do projeto.
- Colaborar com engenheiros de fabrico aditivo ou mecânicos para garantir a compatibilidade da placa de circuito impresso flexível em todo o dispositivo, tendo em conta a dobragem e a modelação da placa de circuito impresso flexível.
Dicas de design de PCB flexível
Tipo de circuito
As placas de circuito impresso flexíveis podem ser utilizadas individualmente para um circuito, sendo que algumas se destinam a uma flexão mínima ("estática") e outras a uma flexão regular ("dinâmica"). Em última análise, isto depende do material e da espessura. Geralmente, uma PCB flexível mais espessa tem menor flexibilidade, pelo que, para um circuito flexível dinâmico (como os de um computador portátil), a área de dobragem deve ser reduzida.
Além disso, quando várias camadas da placa de circuito combinam materiais flexíveis e rígidos, esta é rotulada como PCB rígido-flexível. Este tipo de placa serve como uma interligação 3D versátil que pode ser moldada e dobrada em várias formas. Utilizando a tecnologia rigid-flex, um designer pode integrar várias PCB, fios de interligação ou cabos numa única unidade coesa, proporcionando um melhor desempenho e compacidade.
Outro conceito é o PCB semi-flexívelmas, na realidade, não se trata de um circuito flexível. Utiliza tecnologia de fresagem profunda para reduzir a área que precisa de ser dobrada, dando-lhe alguma flexibilidade. Essencialmente, continua a ser um FR-4 PCB.
Esquema de encaminhamento
Conceção de alta velocidade para PCB flexível representa um desafio, uma vez que o empilhamento de camadas coloca desafios ao controlo da impedância. Diferentes contagens de camadas oferecem várias construções, cada uma com os seus prós e contras em termos de integridade do sinal e flexibilidade.
Vários factores afectam normalmente a impedância, incluindo o material de isolamento, a largura do traço, a espessura e a distância entre o traço do sinal e a camada de referência. Uma prática comum é utilizar a camada de terra como um plano de referência para ajudar a controlar a impedância dos sinais e melhorar a integridade do sinal.
Para evitar a interferência electromagnética (EMI) ou o acoplamento involuntário de sinais, podem ser utilizadas blindagens de cobre sólido, hachuras cruzadas ou tinta prateada. A hachura cruzada também ajuda a aumentar a flexibilidade da placa de circuito impresso flexível e a reduzir o peso.
Para além destas considerações convencionais, a flexibilidade das PCB flexíveis introduz desafios relacionados com a flexão. O rácio de curvatura, comparando o raio de curvatura com a espessura do circuito, tem impacto na durabilidade da curvatura, com raios de curvatura mais pequenos a aumentar o risco de falha. É crucial analisar os potenciais impactos da flexão nas trajectórias dos condutores. Por conseguinte, o aspeto fundamental do encaminhamento de PCB flexíveis reside nas áreas de dobragem.
Ao efetuar o encaminhamento, um traço deve atravessar estas áreas perpendicularmente à linha de dobragem, enquanto a via e o pino devem ser excluídos para evitar danos. O empilhamento de camadas com traços adjacentes pode endurecer as áreas de dobragem, pelo que é preferível escalonar os traços. Os projectistas também devem ter em atenção as estruturas de camadas e evitar o encaminhamento em camadas que podem não estar consistentemente disponíveis.
Layout do componente
Devido aos componentes na superfície da placa de circuito impresso montada e às caraterísticas de flexão, as almofadas do circuito flexível são susceptíveis de se levantar. Os fabricantes recorrem normalmente a técnicas de ancoragem, como a extensão das placas encapsuladas a partir da camada de cobertura.
Para além dos esforços dos fabricantes, para aliviar a tensão causada pela flexão, os projectistas podem aumentar o tamanho das almofadas, o que é particularmente eficaz para os projectos de placas de circuito impresso flexíveis de um só lado. Além disso, a introdução de nervuras de reforço mecânico em áreas específicas pode proporcionar uma resistência adicional.
Depois de colocação de componentesPara além da verificação do espaçamento X, Y e Z dos componentes no circuito flexível, é crucial não só no estado plano, mas também durante o processo de dobragem. Isto pode ser verificado utilizando ferramentas de visualização.
Adicional
À medida que se aproxima da fase de fabrico, devido aos longos prazos de entrega dos materiais para circuitos flexíveis e aos seus desafios únicos de fabrico, é fundamental trabalhar com um fabricante como a FS Technology, especializada na produção de placas de circuito impresso flexíveis. Os formatos de dados inteligentes para a transferência de ficheiros, como o IPC-2581, simplificam o processo de transferência, que é mais complexo para os desenhos flexíveis do que para os PCB convencionais.
A escolha de Ferramentas de desenho PCB tem um grande impacto na eficiência da conceção de circuitos flexíveis. Ferramentas como o OrCAD PCB Designer da Cadence, equipadas com capacidades 3D e funcionalidades adaptadas às diretrizes de design flex, proporcionaram um ambiente mais produtivo para o design de circuitos flex e rigid-flex.
Fim
A eletrónica flexível permite a recuperação de dados dentro do corpo, mostrando o potencial diversificado desta tecnologia. Trata-se de uma panorâmica fundamental da conceção de PCB flexíveis, com destaque para os materiais e processos de fabrico.
Ao concluirmos este guia de conceção de placas de circuito impresso flexíveis, fique atento a mais conteúdos interessantes no futuro. Os seus comentários e experiências são valiosos - partilhe-os connosco!
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