Rigid-Flex PCB Ontwerp Meesteren: Expert Vaardigheden voor Snelle, Hogekwaliteits Printplaten

Een rigid-flex PCB ontwerp wordt verreweg beschouwd als een complex printplaat ontwerp, aangezien het een beheersing van technische vaardigheden vereist. Het onderscheidt zich van een gewoon printplaatontwerp door de sophistication. Ontegenzeggelijk hebben de kenmerken van een rigid-flex PCB geleid tot de adoptie in meer moderne technologische vooruitgang.

Daarom is het kennen en beheersen van het ontwerpproces essentieel voor het ontwerpen van kwalitatieve PCBs. In dit artikel leren we over het ontwerpproces vergezeld van een handleiding. Daarnaast zullen we specifieke problemen noemen die kunnen optreden en de voorzorgsmaatregelen die te nemen zijn wanneer dit gebeurt.

1. Wat is een Rigid-Flex PCB?

Zoals de naam suggereert, is een rigid-flex printplaat (RFP) een hybride bord dat een integratie van flexibele en starre bordtechnologieën gebruikt in een elektronische toepassing. Bijna alle rigid-flex PCBs ontwerpen een flexibel polyimide component op een vaste Flame Retardant type 4 (FR4) versteviger.

U zult ontdekken dat sommige delen van het bord flexibel zijn terwijl andere stijf zijn bij nader onderzoek. Bovendien kunt u de circuits eenvoudig buigen of vouwen en toch de vormen van gebieden behouden die meer ondersteuning vereisen.

2. Rigid-Flex Laag Stapel Type Ontwerp

De fabrikant ontwerpt de PCB als een meervoudige stapel om de layout van elke laag verticaal te definiëren, ook bekend als de Z-vlak. De laagstapel heeft een fabricage van een enkele eenheid in elk bord.

2.1 De Beste Laag Stapel Strategie

Een perfecte laag stapel strategie zou u in staat moeten stellen om sporen en grondvlakken te rangschikken om EMI te blokkeren. Daarnaast moet het zich aanpassen aan het rigid-flex ontwerp en de temperaturen van het ontwerp.

Een meervoudige stapel is gewenst. Dit is om de volgende redenen:

• Het kan afwisselen tussen signaal- en grondvlakken.
• Elke laag heeft een dielectrum of prepreg ertussen.
• Het houdt rekening met thermische problemen.
• Het accommoderen apparaten met analoge en digitale elementen. De apparaten moeten echter afzonderlijke grondlagen in de stapel gebruiken. De essentie van scheiding is om ruiskoppeling te vermijden en EMI te voorkomen.

2.2 Kenmerken van Eén Laag

• Heeft één of twee polyimide buitenste deklagen.
• Het heeft gaten die aan één of beide kanten toegankelijk zijn.
• Componentgaten hebben geen platen.
• U kunt componenten, verstevigers, pinnen en connectoren op een eendraagstype gebruiken.
• Zeer aanbevolen in toepassingen die omgaan met statische en dynamische flex.

2.3 Kenmerken van Dubbele Laag

• Ontwerpers platen door de gaten, waardoor verbinding tussen de twee lagen mogelijk is.
• U kunt componenten, verstevigers, pinnen en connectoren gebruiken, zelfs als er afwezigheid van verstevigers is.
• Er zijn twee geleidende lagen met een isolator ertussen gesandwicht. Ontwerpers kunnen de buitenlaag bedekken of de pads open laten.
• De onbedekte pads of toegangsgaten zijn aan beide kanten - via's kunnen aan beide kanten bedekt zijn.
• Toepasbaar voor stationaire en actieve flex toepassingen.

2.4 Kenmerken van Meervoudige Lagen

• Eerst hebben meervoudige PCBs drie of meer flexibele geleidende lagen. Ontwerpers plaatsen dan een flexibel isolerend component tussen elke laag. Ten slotte kunnen ze kiezen om de buitenlaag te bedekken of de pads bloot te leggen.
• De via kan bedekt of blootgelegd zijn.
• Contactgaten of vrije pads zijn aan één of beide kanten van de PCB.
• Verschillende materialen zijn bruikbaar, bijvoorbeeld componenten, verstevigers, pinnen en connectoren.
• Vaak te vinden in statische flex toepassingen.

3. Toepassingsbereik van Rigid-Flex PCB

RFP heeft een breed toepassingsbereik in elektronica en soms in regelsystemen. Afhankelijk van het product waar het op wordt gebruikt, vindt u de toepassing in:

• consumentenapparaten
• automobielindustrie
• luchtvaartindustrie
• Controletorensystemen
• CCTV bewakingssystemen
• industriële automatiseringssystemen
• bedieningspanelen

4. Richtlijnen voor Rigid-Flex Ontwerp

Zonder de juiste richtlijnen bij het samenstellen/ontwerpen van uw RFP kan het eindproduct vatbaar zijn voor uitdagingen. Het volgen van de voorgeschreven instructies tot in de puntjes kan u een groot deel besparen.

De volgende zijn standaardrichtlijnen die u kunt volgen bij het ontwerpen van uw PCB:

• Bereid eerst het materiaaltype (lijm, geleider, etc.), de productiemethode (of druk en hitte vereist zijn) en het aantal lagen voor.
• Zorg ervoor dat u de koperen sporen plaatst onder een hoek van 90° van starre en flexibele buigingen.
• Overweeg dan de elektrochemische factoren die zowel het flex circuit als het starre bord beïnvloeden. Hierbij moet u zich richten op de verhouding van buigradius tot dikte. Als 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 anulus en aangrenzende via's. Een nauwe verbinding kan vermoeiding veroorzaken die vaak optreedt na frequente buiging. Opnieuw, de via's moeten in stilstaande gebieden op het bord zijn, dus waar ze zelden bewegen.
• Controleer ten slotte de productomstandigheden. Op een andere manier, controleer op omgevingsfactoren, bijvoorbeeld temperatuursverandering, koeling, vochtigheid, schok, niet-brandbaarheid en trillingen.

5. Welk Materiaal Moet U Kiezen voor Rigid-Flex PCB Ontwerp?

Substraat en Coverlay Films

De voorkeurstype is geweven glasvezel gesandwicht in epoxyhars. De glasvezel heeft een zekere mate van elasticiteit. Aan de andere kant maakt uitgeharde epoxy het bord stijf. Het gebruik van epoxy vereist een toestand waar er minder beweging is.

Polyimide is een vervanger voor epoxy vanwege de verbeterde flexibiliteit. Bovendien kunt u dit materiaal niet makkelijk scheuren of met de hand rekken. Ten slotte is het zeer hittebestendig, waardoor stabiliteit behouden blijft tijdens temperatuursfluctuaties.

Polyester (PET) wordt vaak toegepast tijdens het ontwerp. Een nadeel van dit materiaal is dat het niet lang kan overleven in extreme temperaturen. Daarom vindt u de toepassing in goedkope elektronische producten.

Polytetrafluoroetheen (PTFE) kan fungeren als vervanging van PET. U gebruikt het meestal in hoge-frequentie producten met lage dielectrische constante.

Coverlay fungeert als isolator en beschermt de buitenoppervlakte tegen schade en ongewenste deterioratie.

Geleiders

Keuzes varieren van koolstoffilm en zilver-gebaseerde inkt, maar de meest voorkomende is koper. De koperkeuze zal zeker met de toepassing gaan. Bijvoorbeeld, een gelamineerde koperfolie (Electro-Deposited) is geschikt in eenvoudige, flexibele circuitdelen of zware koperen passen om hoge-stroom geleiders te behouden.

Een andere geleider op de markt is de Rolgedistilleerde Geharde (RA) folies. Het heeft een hogere kosten dan standaard koper, maar de kwaliteit in rekken en terugveerend is superieur.

Lijmen

Lijmen zijn voor flexibiliteit. De functie is om de koperfolie te binden aan polyimide of andere films aangezien hitte en druk alleen geen betrouwbare verbinding kunnen vormen. Materialen die gebruikt worden zijn acrylaat- of epoxy-gebaseerde lijmen met diktes van ongeveer 0,5-1 mil.

U kunt ook siliconen en hotmelt lijmen gebruiken in flex- en starre interfaces.

6. Software voor Rigid-Flex PCB Ontwerp

U kunt software in PCB ontwerpen gebruiken om uw PCBs te animeren en distinctief te definiëren. Hier zijn twee bekende manieren waarop u het proces kunt starten:

Geïntegreerde ECAD/MCAD Tools

ECAD/MCAD stelt bi-directionele samenwerking in tussen elektrische en mechanische domeinen. De tools valideren ontwerpen visueel met fotorealistische 3D om iteraties te reduceren. Ze vereenvoudigen het ontwerpproces door te controleren op het volgende.

Altium Designer

Altium Designer's PCB is een gelaagd ontwerpinstelling die ongeveer 32 signaallagen en 16 vlaklagen ondersteunt. Ontegenzeggelijk is de geavanceerde Altium Designer de enige PCB ontwerpsoftware met de mogelijkheid om u de benodigde tools voor rigid-flex PCB assemblage in een enkel platform te geven.

Als alternatief omvat Altium Designer een krachtige 3D rendering engine die een realistische driedimensionale weergave van de printplaat presenteert. De engine ondersteunt rigid-flex printplaten en kan het bord in een plat staat onderzoeken.

7. Voorzorgsmaatregelen voor Rigid-Flex PCB Ontwerp

Het niet volgen van richtlijnen kan leiden tot disastrous nasleep. Wat meer is, het kan leiden tot verspilling van materialen, 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 op de hoeken. Als u dit doet, zorg ervoor dat de hoeken afgerond zijn, niet scherp.
• U mag geen componenten of via's dicht bij de buiglijn plaatsen. De buiglijnen beïnvloeden routing door materiaalspanning te veroorzaken.
• Gebruik geschraagde polygonen om flexibiliteit te behouden bij het dragen van een stroom- of grondvlak op het flex circuit.
• Verander progressief de breedte van de sporen. Plotse veranderingen in spoorbreedte kunnen leiden tot een zwakke plek.
• Houd de flex lagen tot een minimum van twee voor maximale flexibiliteit en lage kosten.
• Gebruik een printplaat met de laagste dikte en verminderde materiaaltypes. Een dikke RFP beïnvloedt de miniaturisering van assemblageproducten en daardoor ongemakkelijk het productieproces.
• De rangschikking van de draden toont de vouwwiderstandsvereisten om de schokweerstand te verbeteren.

8. Rigid-Flex PCB Ontwerp Veelvoorkomende Problemen

• Flexibele PCB buigradius en positie

Wanneer het bord over een lange periode buigt, zullen sommige flex circuitdelen extra spanning hebben meer dan hun tegenhangers. Een minder afgeronde radius draagt ook bij aan fysieke spanning.

• Er kunnen problemen zijn met betrekking tot de mechanische vereisten voor rigid-flexibele PCB. Het gaat om de printplaatdikte (dikke borden zijn inefficiënt), buigvorm, buigfrequentie, en boorgaten diameter verhouding tot borddikte.
• Als u de ruimte tussen een pad en koperen spoor niet correct plaatst, kunnen er kortsluitingen ontstaan. Daarom moet de afstand in staat zijn om de masker te huisvesten.
• Gestapelde sporen die op een vergelijkbare plek aan de tegenovergestelde zijde van dielectrica worden gevonden, ervaren spanning door hun positie, wat tragisch leidt tot breuk. Het lijkt een zinfragment. Overweeg het herschrijven als een complete zin.
• Ontwerpers kunnen onderliggende schade sporen veroorzaken in gevallen waarin ze een excessieve hoeveelheid cover film op de PCB aanbrengen.

Samenvatting:

Al met al, het nemen van voorzorgsmaatregelen presenteert een hoger percentage effectiviteit in het PCB ontwerp. Zulke actie is lofwaardig omdat het bespaart op kosten, verlengt de levensduur van het bord, en in een algemeen aspect, de kwaliteit van het plan behoudt.

We hopen dat u wat basiskennis over rigid-flex heeft opgedaan uit dit artikel. In geval van vragen, zorgen of opmerkingen, neem dan gerust contact met ons op. In feite zullen we meer dan blij zijn om u aan boord te hebben in onze geleidelijke leersessie.