Rigid-flex PCB-ontwerp:meer vaardigheden beheersen voor snel ontwerp

Een rigid-flex PCB-ontwerp wordt verreweg beschouwd als een complexe PCB om te ontwerpen, omdat het een beheersing van technische vaardigheden vereist om er een te maken. Het onderscheidt zich inderdaad van een gewoon printplaatontwerp vanwege de verfijning. Ontegenzeggelijk hebben de kenmerken van een rigide-flex PCB geleid tot de toepassing ervan in modernere technologische ontwikkelingen.

Daarom is het kennen en beheersen van het ontwerpproces essentieel bij het ontwerpen van hoogwaardige PCB's. In dit artikel gaan we leren over het ontwerpproces, vergezeld van een gids. Daarnaast noemen we specifieke problemen die zich kunnen voordoen en de voorzorgsmaatregelen die moeten worden genomen wanneer dit gebeurt.

(kleurrijke illustratie van een rigid-flex PCB)

1. Wat is de Rigid-flex PCB?

Zoals de naam al doet vermoeden, is een rigid-flex printplaat (RFP) een hybride bord dat gebruik maakt van een integratie van flexibele en rigide printtechnologieën in een elektronische toepassing. Bijna alle rigid-flex PCB's ontwerpen een flexibele polyimide component op een vaste vlamvertragende type 4 (FR4) verstijver.

U zult bij onderzoek ontdekken dat sommige delen van het bord flexibel zijn, terwijl andere stug zijn. Bovendien kunt u de circuits gemakkelijk buigen of vouwen en toch de vormen behouden van gebieden die meer ondersteuning nodig hebben.

（De hightech achtergrond van rigid-flex PCB）

2. Rigid-Flex Layer Stack Type Design

De fabrikant ontwerpt de PCB als een meerlaagse stapel om de lay-out van elke laag verticaal te definiëren, ook wel het Z-vlak genoemd. De lagenstapel heeft een fabricage van een enkele eenheid in elk bord.

2.1 De beste strategie voor het stapelen van lagen

Een perfecte strategie voor het opstapelen van lagen zou u in staat moeten stellen sporen en grondvlakken te ordenen om EMI te blokkeren. Bovendien moet het zich aanpassen aan het rigid-flex-ontwerp en de temperaturen van het ontwerp.

Een meerlaagse stapel is gewenst. Het is vanwege de volgende redenen;

• Het kan wisselen tussen signaal- en grondvliegtuigen.
• Elk van zijn lagen heeft een diëlektricum of een prepreg ertussen.
• Het houdt rekening met thermische problemen.
• Het biedt plaats aan apparaten met analoge en digitale elementen. De apparaten moeten echter afzonderlijke grondlagen in de stapel gebruiken. De essentie van scheiding is het voorkomen van ruiskoppeling en het voorkomen van EMI.

2.2 Enkele laag functies

• Heeft een of twee buitenste deklagen van polyimide.
• Het heeft gaten die aan één of beide zijden toegankelijk zijn.
• In de gaten van de onderdelen ontbreken platen.
• Je kunt componenten, verstevigingen, pinnen en connectoren gebruiken op een enkellaags type.
• Zeer aan te bevelen in toepassingen die te maken hebben met statische en dynamische flex.

2.3 Dubbellaagse functies

• Ontwerpers plaat door de gaten waardoor verbinding tussen de twee lagen kan plaatsvinden.
• U kunt componenten, verstijvers, pinnen en connectoren gebruiken, ook al zijn er geen verstijvers.
• Er is de aanwezigheid van twee geleidende lagen met een isolator ingeklemd tussen de lagen. Ontwerpers kunnen de buitenste laag bedekken of de pads open laten.
• De onbedekte kussens of toegangsgaten bevinden zich aan beide zijden - via's kunnen aan beide zijden afdekkingen hebben.
• Toepasbaar voor stationaire en actieve flextoepassingen.

2.4 Meerlaagse functies

• Ten eerste hebben meerlaagse PCB's drie of meer flexibele geleidende lagen. Ontwerpers plaatsen vervolgens tussen elke laag een flexibel isolerend onderdeel. Ten slotte kunnen ze ervoor kiezen om de buitenste laag te bedekken of de pads bloot te leggen.
• De via kan ook bedekt of zichtbaar zijn.
• Contactgaten of de vrije pads bevinden zich aan een of beide zijden van de PCB.
• Verschillende materialen zijn bruikbaar, bijvoorbeeld componenten, verstijvers, pinnen en connectoren.
• Vaak gevonden in statische flex-toepassingen.

(close-up op een meerlagige PCB)

3. Toepassingsbereik van Rigid-flex PCB

RFP kent een breed scala aan toepassingen in de elektronica en soms ook in besturingssystemen. Afhankelijk van het product waarop het wordt gebruikt, vindt u de toepassing ervan in;

• consumentenapparatuur
• auto-industrie
• luchtvaartindustrie
• Control tower-systemen
• CCTV-bewakingssystemen
• industriële automatiseringssystemen
• controlepanelen

(een voorbeeld van een rigid-flex PCB-toepassing op een moederbord)

4. Richtlijnen voor Rigid-flex Design.

Zonder de juiste richtlijnen bij het samenstellen/ontwerpen van uw RFP, kan het eindproduct gevoelig zijn voor uitdagingen. Daarom kan het u veel besparen als u de aangegeven instructies naar de letter volgt.

Hieronder volgen enkele standaardrichtlijnen die u kunt volgen bij het ontwerpen van uw PCB.

• Bereid eerst het materiaaltype (lijm, geleider, enz.), de fabricagemethode (of druk en warmte vereist zijn) en het aantal lagen voor.
• Ten tweede, zorg ervoor dat de koperen sporen in een hoek van 90° van stijve en flexibele bochten worden geplaatst.
• Overweeg dan de elektrochemische factoren die van invloed zijn op zowel het flexibele circuit als het stijve bord. Wat dat betreft, moet u zich concentreren op de verhouding tussen buigradius en dikte. In de regel moet de buigradius minimaal tien keer de dikte van het flexmateriaal zijn.
• Bovendien moet u een afstand van 0,5 mm laten tussen de koperen ring en aangrenzende via's. Een nauwe verbinding kan vermoeidheid veroorzaken die vaak optreedt na veelvuldig buigen. Nogmaals, de via's moeten zich in bewegingloze gebieden op het bord bevinden, d.w.z. waar ze zelden bewegen.
• Controleer ten slotte de bedrijfsomstandigheden van het product. Anders gezegd:controleer op omgevingscondities, bijvoorbeeld temperatuurverandering, koeling, vochtigheid, schokken, niet-ontvlambaarheid en trillingen.

5. Welk materiaal moet u kiezen voor Rigid-flex PCB-ontwerp?

Substraat- en Coverlay-films

Het voorkeurstype is geweven glasvezel ingeklemd in epoxyhars . De glasvezel heeft een zekere mate van elasticiteit. Aan de andere kant zorgt uitgeharde epoxy ervoor dat het bord er stijf uitziet. Het gebruik van epoxy vereist een toestand waarin er minder beweging is.

Polyimide is een vervanging voor epoxy vanwege zijn verbeterde flexibiliteit. Bovendien kun je dit materiaal niet zo gemakkelijk scheuren of met de hand uitrekken. Ten slotte is het zeer goed bestand tegen hitte, waardoor het stabiel blijft tijdens temperatuurschommelingen.

Polyester (PET) is vaak algemeen toepasbaar tijdens het ontwerp. Een nadeel van dit materiaal is dat het niet lang kan overleven bij extreme temperaturen. U vindt de toepassing ervan dus in goedkope elektronische producten.

Polytetrafluorethyleen (PTFE) kan optreden in de plaats van een PET. Je zult het vooral gebruiken in hoogfrequente producten met een lage diëlektrische constante.

Omslag fungeert als een isolator en beschermt het buitenoppervlak tegen schade en ongewenste aantasting.

(close-up op een epoxyhars)

Geleiders

Keuzes variëren van koolstoffilm en inkt op zilverbasis, maar koper heeft de meeste voorkeur. De koperkeuze zal zeker passen bij de toepassing ervan. Bijvoorbeeld een gelamineerde koperfolie (Electro-Deposited ) is geschikt in eenvoudige, flexibele circuitonderdelen of zware koperen die passen om hoogstroomvoerende geleiders te behouden.

Een andere geleider op de markt zijn de Rolled Annealed (RA) folies . Het heeft hogere kosten dan het standaard koper, maar de kwaliteit bij het uitrekken en veren is uitstekend.

Kleefstoffen

Lijmen zijn voor flexibiliteit. Zijn functie is om de koperfolie te hechten aan polyimide of andere films, aangezien warmte en druk alleen geen betrouwbare verbinding kunnen vormen. Gebruikte materialen zijn onder meer lijmen op acryl- of epoxybasis met diktes van ongeveer 0,5-1 mil.

Je kunt ook siliconen . gebruiken en hotmeltlijmen in flexibele en rigide interfaces.

(gebruik van siliconen)

6. Software voor rigid-flex PCB-ontwerp

U kunt de software gebruiken in PCB-ontwerpen om uw PCB's te animeren en onderscheidend te definiëren. Hier zijn twee bekende manieren waarop u het proces een vliegende start kunt geven:

Geïntegreerde ECAD/MCAD-tools

ECAD/MCAD maakt bidirectionele samenwerking tussen elektrische en mechanische domeinen mogelijk. De tools valideren visueel ontwerpen met fotorealistische 3D om iteraties te verminderen. Ze vereenvoudigen het ontwerpproces door het volgende te controleren.

Altium Designer

De PCB van Altium-ontwerper is een gelaagde ontwerpinstelling die ongeveer 32 signaallagen en 16 vlakke lagen ondersteunt. De geavanceerde Altium Designer is ongetwijfeld de enige PCB-ontwerpsoftware met de mogelijkheid om u de nodige tools te geven voor rigid-flex PCB-assemblage in één enkel platform.

Als alternatief omvat Altium Designer een krachtige 3D-renderingengine die een realistische driedimensionale weergave van de printplaat presenteert. De motor ondersteunt rigide-flex printplaten en kan de printplaat in een platte staat onderzoeken.

7. Voorzorgsmaatregelen voor rigid-flex PCB-ontwerp

Het niet opvolgen van richtlijnen kan leiden tot rampzalige gevolgen. Bovendien kan het leiden tot verspilling van materiaal, tijd en geld als u een stap in de procedure mist.

Er zijn een paar algemene voorzorgsmaatregelen die u in gedachten moet houden vóór het ontwerpproces, en deze omvatten;

• Vermijd buigen in de hoeken. Als u dit toch doet, zorg er dan voor dat de hoeken gebogen zijn en niet scherp.
• U mag geen componenten of via's dicht bij de buiglijn plaatsen. De buiglijnen beïnvloeden de routering door materiaalspanning te veroorzaken.
• Gebruik gearceerde polygonen om de flexibiliteit te behouden bij het dragen van een stroom- of grondvlak op het flexcircuit.
• Verander geleidelijk de breedte van de sporen. Plotselinge veranderingen in spoorbreedtes kunnen leiden tot een zwakke plek.
• Houd het aantal flexlagen op minimaal twee voor maximale flexibiliteit en lage kosten.
• Gebruik een printplaat met de laagste dikte en minder materiaalsoorten. Een dikke RFP beïnvloedt de miniaturisering van assemblageproducten en bijgevolg het fabricageproces.
• De opstelling van de draden toont de vereisten voor vouwweerstand om de schokbestendigheid te verbeteren.

8. Rigid-flex PCB-ontwerp Veelvoorkomende problemen.

• Flexibele PCB-buigradius en positie

Wanneer het bord over een lange periode buigt, zullen sommige onderdelen van het flexcircuit meer extra spanning hebben dan hun tegenhangers. Een minder afgeronde straal draagt ​​ook bij aan fysieke belasting.

• Er kunnen problemen zijn met de mechanische vereisten voor rigide-flexibele PCB's. Het houdt zich bezig met de dikte van de printplaat (dikke platen zijn inefficiënt), de buigvorm, de buigfrequentie en de verhouding tussen de boorgatdiameter en de plaatdikte.
• Als je de ruimte tussen een pad en een koperspoor niet correct plaatst, kan er een kortsluiting ontstaan. Daarom moet de afstand het masker kunnen huisvesten.
• Gestapelde sporen die op een vergelijkbare plek aan de andere kant van diëlektrica worden gevonden, ervaren stress vanwege hun positie, waardoor ze op tragische wijze breken. Het blijkt een zinsdeel te zijn. Overweeg het te herschrijven als een volledige zin.
• Ontwerpers kunnen sporen van onderliggende schade veroorzaken als ze een overmatige hoeveelheid afdekfolie op de printplaat aanbrengen.

Samenvatting：

Al met al geeft het nemen van voorzorgsmaatregelen een hoger percentage effectiviteit in het PCB-ontwerp. Een dergelijke actie is prijzenswaardig omdat het kosten bespaart, de levensduur van het bord verlengt en in het algemeen de kwaliteit van het plan handhaaft.

We hopen dat je uit dit artikel wat basiskennis over rigide flex hebt opgedaan. Neem bij vragen, opmerkingen of opmerkingen contact met ons op. We zullen inderdaad meer dan blij zijn om je aan boord te hebben in onze geleidelijke leersessie.