Projeto de PCB flexível rígido: benefícios e práticas recomendadas de projeto

Com o uso de uma placa de circuito impresso rígida flexível (FPC rígida), substratos de circuito flexível e substratos de circuito rígido são revestidos em conjunto. As placas de circuito impresso rígidas flexíveis ultrapassam os limites da tecnologia convencional. PCBs rígidos e as propriedades únicas dos circuitos flexíveis que utilizam condutores de cobre reforçados eletrodepositados ou movidos de alta flexibilidade, gravados em uma película protetora flexível.

Os circuitos flexíveis incorporam empilhamentos produzidos usando uma poliamida flexível, por exemplo, Kapton ou Norton, e revestidos de cobre por meio de calor, cimento acrílico e peso.

Da mesma forma, com PCBs convencionais, você pode montar segmentos em ambos os lados da placa rígida. Devido à combinação entre circuitos rígidos e flexíveis, uma configuração rígido-flexível não utiliza conectores ou cabos de conexão entre os segmentos. Em vez disso, os circuitos flexíveis conectam eletricamente a estrutura.

A ausência de conectores e cabos de conexão alcança algumas coisas:

• Melhora a capacidade do circuito de transmitir sinais sem problemas
• Acomoda impedância controlada
• Elimina problemas de associação, como juntas frias
• Reduz o peso
• Libera espaço para diferentes peças

Cada PCB rígido-flexível é separado em zonas que contêm vários materiais e diferentes contagens de camadas. As zonas rígidas às vezes têm mais camadas do que as zonas flexíveis, e os materiais, desde FR-4 até poliimida, passam por zonas de mudança significativas.

Estruturas complexas frequentemente mudam de rígidas para flexíveis e de volta à rigidez em diferentes ocasiões. À medida que essas convergências ocorrem, a cobertura de materiais rígidos-flexíveis requer aberturas de proteção na zona de mudança para manter a integridade. Da mesma forma, muitos projetos rígidos-flexíveis incorporam reforços de aço temperado ou alumínio que fornecem suporte extra aos conectores e segmentos.

Cargas de FPC rígidas custam muito mais do que placas de fibra praticamente idênticas e normalmente custam algumas vezes mais do que um circuito flexível com reforço.

No entanto, a despesa expandida é legitimada em relação a aplicações e situações explícitas, por exemplo:

• Aplicações de alta qualidade. Caso um conjunto seja exposto a choques excessivos ou repetidos, ou a situações de alta vibração, conectores com cabos flexíveis são mais propensos a falhar. O FPC rígido oferece confiabilidade incrível mesmo quando exposto a vibrações e choques extremos.
• Aplicações de alta espessura. Dentro de uma pequena área cercada, às vezes é difícil conectar todos os cabos e conectores que uma configuração de PCB eletrônica exigiria. Folhas rígidas de FPC podem ser sobrepostas em perfis muito pequenos, oferecendo um investimento significativo em espaço nessas ocasiões.
• Cinco ou mais chapas rígidas. Caso sua aplicação inclua, no mínimo, cinco ou mais chapas rígidas conectadas entre si por cabos flexíveis, um arranjo flexível rígido coordenado costuma ser a decisão ideal e mais econômica.

Diversas regras de design se aplicam ao design de PO rígido-flexível

Diversas dificuldades contrabalançam a adaptabilidade e a flexibilidade que permitem a fabricação de projetos e itens tridimensionais. Os projetos PO rígidos-flexíveis convencionais permitiam a montagem de segmentos, conectores e a estrutura do seu item na parte rígida fisicamente mais aterrada do conjunto. Novamente, em relação aos projetos tradicionais, o circuito flexível serviu apenas como uma interconexão, reduzindo a massa e aumentando a proteção contra vibração.

Novas estruturas de itens, combinadas com inovações aprimoradas em circuitos flexíveis, apresentaram novas regras de planejamento para POs rígidos-flexíveis. Sua equipe de estrutura agora tem a oportunidade de colocar peças no território do circuito flexível. Consolidar essa oportunidade com uma abordagem multicamadas para lidar com a configuração rígido-flexível permite que você e sua equipe incorporem mais hardware à estrutura. No entanto, aproveitar essa oportunidade envolve algumas dificuldades em termos de direcionamento e lacunas.

Circuitos flexíveis consistentemente apresentam linhas de torção que influenciam a direção. Devido ao potencial de pressão do material, não é possível colocar peças ou vias perto da linha de torção. Além disso, quando os segmentos são posicionados corretamente, circuitos flexíveis flexíveis posicionam pesos mecânicos repetidos em almofadas de montagem em superfície e aberturas de passagem. Sua equipe pode reduzir essas preocupações utilizando revestimento de abertura de passagem e reforçando o suporte da almofada com sobreposição adicional para fixá-las.

Ao planejar a direção do seu circuito, pratique exercícios que reduzam o peso em seus circuitos. Utilize polígonos incubados para manter a flexibilidade ao aplicar um plano de potência ou aterramento em seu circuito flexível. Você deve utilizar linhas curvas em vez de bordas de 90° ou 45° e usar padrões de ruptura para alterar as larguras das linhas. Essas reduções de prática enfatizam o foco e as áreas instáveis. Outra prática recomendada é transferir o peso transversalmente sobre as linhas, equilibrando as linhas superior e inferior para circuitos flexíveis de dupla face. O balanceamento das linhas evita que elas se sobreponham da mesma forma e reforça o PO.

Você também deve seguir o curso oposto à linha de torção para reduzir a pressão. Ao substituir rígido por flexível e flexível por rígido, a quantidade de camadas de um meio para o outro pode variar. Você pode usar a direção de curso para adicionar solidez ao circuito flexível, equilibrando a direção para camadas próximas.

Diretrizes de projeto de FPC rígido

Em termos gerais, uma configuração de flexão rígida se assemelhará a uma estrutura de painel rígido, com as camadas flexíveis se estendendo completamente para as regiões rígidas do painel. Assim como para formatos de painel rígido, um pacote de criação de flexão rígida incorporará camadas Gerber, além de documentos de perfuração, camadas de véu de remendo, classificação, registros de rota de perímetro, uma camada de cobertura e assim por diante.

Normalmente, há algumas diferenças importantes entre os pacotes de fabricação de FPCs rígidos e aplicações de painéis duros:

• Um FPC rígido, em geral, possui muito mais medidas e deve caracterizar deliberadamente as necessidades, visto que essas folhas são comumente utilizadas em aplicações 3D. Também deve caracterizar com precisão as zonas de progresso da rigidez à flexibilidade, visto que estas nem sempre são claras ao examinar apenas as camadas Gerber.
• A disposição do material em chapas flexíveis rígidas é básica e deve ser elaborada em colaboração com o fabricante. O fabricante pode ajudá-lo a tomar as decisões corretas em relação aos materiais com base nas suas necessidades, como, por exemplo, classificação de combustibilidade UL, raios de torção mínimos necessários, considerações mecânicas, controle de impedância em camadas flexíveis e rígidas, certificação RoHS, compatibilidade com materiais sem chumbo e outras considerações.
• Chapas flexíveis rígidas, via de regra, exigem camadas extras nos documentos Gerber. As camadas 1 e X terão camadas de véu de solda, mas você também precisará de camadas de arte que caracterizem a camada de cobertura e os segmentos de colagem (quando necessário) da placa, e a quantidade de cada um que entra nos painéis rígidos. A norma IPC 2223 recomenda 0.100", mas seu fabricante pode ter a opção de exigir menos que isso.

O que afeta o design do PCB rígido-flexível

Fatores eletromecânicos influenciam o projeto

Ao planejar PCBs rígido-flexíveis, pense nos fatores eletromecânicos que influenciam o circuito flexível e a placa rígida. Ao construir sua estrutura, concentre-se na proporção entre a faixa de curvatura e a espessura. Em circuitos flexíveis, curvas fechadas ou uma espessura maior na região de torção aumentam as chances de decepção. Os fabricantes recomendam manter a extensão da curvatura pelo menos várias vezes maior que a espessura do material do circuito flexível e construir uma "boneca de papel" do mesmo circuito para descobrir onde as torções ocorrem.

Você deve evitar estender o circuito flexível com sua torção externa ou compactá-lo com a torção interna. Expandir a borda da curva além de 90° cria extensão em um ponto e pressão em outro ponto do circuito flexível.

Outro fator fundamental na qualidade da conexão rígida-flexível é a espessura e o tipo de condutor presente na região de torção. É possível reduzir a espessura e o desgaste mecânico reduzindo a quantidade de revestimento dos condutores e utilizando revestimentos de amortecimento. O uso de revestimentos de cobre, ouro ou níquel em excesso reduz a flexibilidade na curvatura e permite a ocorrência de tensões mecânicas e trincas.

Considerações sobre a disposição do material

A disposição de materiais FPC rígidos impacta significativamente o custo, a capacidade de fabricação e o desempenho final da PCB, por isso é fundamental investir tempo na escolha do conjunto de materiais ideal. Por exemplo, impedância controlada, resistência e requisitos de condução de corrente são considerações extremamente importantes que influenciam tanto as cargas de cobre quanto a escolha do material.

Um arquiteto de PCB deve colaborar com o fabricante da placa para examinar esses fatores, para que o plano subsequente atenda a todos os requisitos de integridade da placa. Após o criador realizar os cálculos iniciais, o fabricante pode verificá-los e fornecer uma representação mais precisa das qualidades de impedância da placa e do conjunto de materiais necessário para atingir essas qualidades.

Caso os atributos de impedância não sejam excessivamente básicos, você está procurando as propostas de projeto rígido-flexível mais econômicas e estáveis. O programa rígido-flexível oferece os custos de material mais baixos em termos gerais para o projeto rígido-flexível, além de oferecer um ponto de partida seguro para projetistas iniciantes na estrutura rígido-flexível.

Caso você queira ter uma ideia rápida de quanto sua configuração rígido-flexível pode custar, experimente nossa Calculadora de Custos Rígido-Flexível. A calculadora de custos rígido-flexível levará em conta suas necessidades e fornecerá um custo esperado para valores de geração de baixo nível. É um ótimo ponto de partida para verificar se o seu plano é financeiramente viável com os requisitos do seu programa.

Os segmentos rígidos de chapas rígidas-flexíveis geralmente têm 20 camadas ou menos. Às vezes, apresentam mais, mas, em geral, mais de 16 camadas são incomuns. As áreas de painéis de fibra não precisam ter o mesmo número de camadas. Por exemplo, você pode ter um segmento rígido com 12 camadas de hardware e outro com XNUMX. Enquanto a disposição do material for comparável para ambos e as cargas tiverem espessura geral semelhante, não haverá problemas de montagem. Às vezes, uma configuração pode utilizar painéis de fibra com espessuras diferentes; no entanto, essas configurações são significativamente mais difíceis de fazer e outras opções devem ser consideradas.

As áreas flexíveis das chapas rígidas-flexíveis são normalmente de uma (single), duas (dupla), três (tripla) ou quatro camadas (desenvolvimento quádruplo). Às vezes, um originador precisa de mais de quatro camadas sobre as áreas flexíveis da carga, mas elas frequentemente não são coladas. Áreas flexíveis reforçadas com mais de quatro camadas podem ser muito resistentes à torção e à flexão. As cargas de cobre nas camadas flexíveis das chapas rígidas-flexíveis são, na maioria das vezes, cargas de meia onça e uma onça.

De vez em quando, o consumo elétrico requer cargas de duas onças. Nesses casos, o projetista deve trabalhar em estreita colaboração com o fabricante para escolher o pré-impregnado sem fluxo correto, para preencher satisfatoriamente os circuitos mais espessos das placas de fibra. O pré-impregnado sem fluxo, por configuração, não prefere fluxo, e o hardware de duas onças pode apresentar algumas dificuldades. O peso de cobre de três onças é utilizado ocasionalmente e pode apresentar problemas consideráveis ​​na montagem pelo mesmo motivo.

O projeto de PCB rígido-flexível requer trabalho em equipe

Novos instrumentos de configuração de PCB permitem que sua equipe de planejamento lide com diferentes pilhas de camadas, visualizando estruturas eletromecânicas em 3D, verifique controles de configuração e reproduza a atividade de circuitos flexíveis. De fato, mesmo com esses instrumentos por perto, a estrutura eficaz de uma PCB rígida-flexível depende do trabalho em equipe entre sua equipe e os fabricantes.

O trabalho em equipe deve começar nas fases mais pontuais do empreendimento e prosseguir durante todo o procedimento de estruturação e depende de uma comunicação constante.

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