Design de PCB rígido e flexível:como dominar mais habilidades para design rápido

Um projeto de PCB rígido-flex é, de longe, considerado um PCB complexo para projetar, pois requer um domínio de habilidades técnicas para fazer um. De fato, ele se destaca por ser um design de placa de circuito comum devido à sofisticação. Inegavelmente, as características de um PCB rígido-flex levaram à sua adoção em avanços tecnológicos mais modernos.

Portanto, conhecer e dominar o processo de projeto é essencial para projetar PCBs de qualidade. Neste artigo, vamos aprender sobre o processo de design acompanhado de um guia. Além disso, citaremos problemas específicos que podem ocorrer e as medidas de precaução a serem tomadas quando isso acontecer.



(ilustração colorida de um PCB rígido-flexível)

1. O que é o PCB rígido-flex?

Como o nome sugere, uma placa de circuito impresso (RFP) rígida-flex é uma placa híbrida que usa uma integração de tecnologias de placas flexíveis e rígidas em uma aplicação eletrônica. Quase todos os PCBs rígidos-flexíveis projetam um componente de poliimida flexível em um endurecedor fixo retardador de chama tipo 4 (FR4).

Você descobrirá que algumas partes da prancha são flexíveis, enquanto outras são rígidas após o exame. Além disso, você pode dobrar ou dobrar facilmente os circuitos e ainda manter as formas das áreas que exigem mais apoio.

（A base de alta tecnologia do PCB rígido-flex）

2. Design de tipo de pilha de camada rígida-flexível

O fabricante projeta o PCB como uma pilha multicamada para definir o layout de cada camada verticalmente, também conhecido como plano Z. A pilha de camadas tem uma fabricação de uma única unidade em qualquer placa.

2.1 A melhor estratégia de empilhamento de camadas

Uma estratégia de empilhamento de camadas perfeita deve permitir que você organize traços e planos de terra para bloquear a EMI. Além disso, deve se adaptar ao design rígido-flex e às temperaturas do design.

Uma pilha multicamadas é desejável. É por causa das seguintes razões;

• Pode alternar entre os planos de sinal e terra.
• Cada uma de suas camadas tem um dielétrico ou um pré-impregnado entre elas.
• Leva em consideração os problemas térmicos.
• Acomoda dispositivos com elementos analógicos e digitais. No entanto, os dispositivos devem usar camadas de solo separadas na pilha. A essência da separação é evitar o acoplamento de ruído e evitar EMI.

2.2 Recursos de camada única

• Tem uma ou duas camadas de cobertura externa de poliimida.
• Tem orifícios acessíveis em um ou ambos os lados.
• Os furos dos componentes não possuem placas.
• Você pode usar componentes, reforços, pinos e conectores em um tipo de camada única.
• Altamente recomendável em aplicativos que lidam com flexibilidade estática e dinâmica.

2.3 Recursos de camada dupla

• Os designers passam pelos orifícios, permitindo que a conexão ocorra entre as duas camadas.
• Você pode usar componentes, reforços, pinos e conectores, mesmo que não haja reforços.
• Há a presença de duas camadas condutoras com um isolante entre as camadas. Os designers podem cobrir a camada externa ou deixar as almofadas abertas.
• As almofadas ou orifícios de acesso descobertos estão em ambos os lados - as vias podem ter tampas em ambos os lados.
• Aplicável para aplicações flexíveis estacionárias e ativas.

2.4 Recursos multicamadas

• Primeiro, PCBs multicamadas têm três ou mais camadas condutoras flexíveis. Os designers então colocam um componente isolante flexível entre cada camada. Por fim, eles podem optar por cobrir a camada externa ou expor as almofadas.
• A via pode ser coberta ou exposta também.
• Os orifícios de contato ou as almofadas livres estão em um ou ambos os lados da PCB.
• Vários materiais são utilizáveis, por exemplo, componentes, reforços, pinos e conectores.
• Frequentemente encontrado em aplicativos flex estáticos.

(close em um PCB multicamadas)

3. Faixa de aplicação do PCB rígido-flexível

A RFP tem uma ampla gama de aplicações em eletrônica e, às vezes, em sistemas de controle. Dependendo do produto em que é usado, você encontrará sua aplicação em;

• aparelhos de consumo
• indústria automotiva
• indústria aeroespacial
• Sistemas de torre de controle
• Sistemas de vigilância CCTV
• sistemas de automação industrial
• painéis de controle

(um exemplo de aplicação de PCB rígido-flex em uma placa-mãe)

4. Diretrizes para projeto rígido-flexível.

Sem as diretrizes adequadas na montagem/projeto de sua RFP, o produto final pode estar sujeito a desafios. Portanto, seguir as instruções estipuladas ao pé da letra pode economizar muito.

A seguir estão algumas diretrizes padrão que você pode seguir ao projetar sua PCB.

• Primeiro, prepare o tipo de material (adesivo, condutor, etc.), método de fabricação (se a pressão e o calor são necessários) e o número de camadas.
• Em segundo lugar, certifique-se de colocar os traços de cobre em um ângulo de 90° de curvas rígidas e flexíveis.
• Em seguida, considere os fatores eletroquímicos que afetam tanto o circuito flexível quanto a placa rígida. Em relação a isso, você precisará se concentrar na relação entre o raio da dobra e a espessura. Como regra, o raio de curvatura deve ser no mínimo dez vezes a espessura do material flexível.
• Além disso, você deve deixar uma distância de 0,5 mm entre o anel de cobre e as vias adjacentes. Uma conexão fechada pode causar fadiga que geralmente ocorre após flexões frequentes. Novamente, as vias devem estar em áreas imóveis no tabuleiro, ou seja, onde raramente se movem.
• Por último, verifique as condições de operação do produto. Em outras palavras, verifique as condições ambientais, por exemplo, mudança de temperatura, resfriamento, umidade, choque, não inflamabilidade e vibrações.

5. Qual material você deve escolher para o projeto de PCB rígido-flexível?

Películas de substrato e capa

O tipo preferível é fibra de vidro tecida ensanduichado em resina epóxi . A fibra de vidro tem um certo grau de elasticidade. Por outro lado, o epóxi curado faz com que a placa pareça rígida. Usar epóxi requer um estado onde há menos movimento.

Polimida é um substituto do epóxi devido à sua flexibilidade aprimorada. Além disso, você não pode rasgar facilmente esse material ou esticá-lo com a mão. Finalmente, é altamente resistente ao calor, mantendo assim a estabilidade durante as flutuações da temperatura.

Poliéster (PET) é comumente aplicável durante o projeto. Uma desvantagem deste material é o fato de que ele não pode sobreviver por muito tempo em temperaturas extremas. Assim, você encontrará sua aplicação em produtos eletrônicos de baixo custo.

Politetrafluoroetileno (PTFE) pode atuar no lugar de um PET. Você o usará principalmente em produtos de alta frequência com baixa constante dielétrica.

Cobertura atua como um isolante e protege a superfície externa de danos e deterioração indesejada.

(close em uma resina epóxi)

Condutores

As opções variam de filme de carbono e tinta à base de prata, mas o mais preferível é o cobre. A escolha do cobre definitivamente irá com sua aplicação. Por exemplo, uma folha de cobre laminada (Electro-Deposited ) é apropriado em peças de circuitos simples e flexíveis ou cobres pesados ​​encaixados para manter condutores de alta corrente.

Outro condutor no mercado são as folhas Rolled Annealed (RA) . Tem um custo mais alto que o cobre padrão, mas a qualidade no alongamento e na mola é excelente.

Adesivos

Os adesivos são para flexibilidade. Sua função é unir a folha de cobre a poliimida ou outros filmes, pois o calor e a pressão sozinhos não podem formar uma conexão confiável. Os materiais usados ​​incluem adesivos à base de acrílico ou epóxi com espessuras de cerca de 0,5-1 mil.

Você também pode usar silicones e colas termofusíveis em interfaces flexíveis e rígidas.



(uso de silicone)

6. Software para projeto de PCB rígido e flexível

Você pode usar o software em projetos de PCB para animar e definir distintamente seus PCBs. Aqui estão duas maneiras conhecidas pelas quais você pode iniciar o processo:

Ferramentas ECAD/MCAD integradas

O ECAD/MCAD permite a colaboração bidirecional entre os domínios elétrico e mecânico. As ferramentas validam visualmente os designs com 3D fotorrealista para reduzir as iterações. Eles simplificam o processo de projeto verificando o seguinte.

Altium Designer

O PCB do Altium designer é uma configuração de design em camadas que suporta cerca de 32 camadas de sinal e 16 camadas de plano. Indiscutivelmente, o avançado Altium Designer é o único software de design de PCB com a capacidade de fornecer as ferramentas necessárias para montagem de PCB rígido-flex em uma única plataforma.

Alternativamente, o Altium Designer inclui um poderoso mecanismo de renderização 3D que apresenta uma representação tridimensional realista da placa de circuito. O mecanismo suporta placas de circuito rígidas flexíveis e pode examinar a placa em um estado plano.

7. Precauções para o projeto de PCB rígido-flexível

O não cumprimento das diretrizes pode resultar em consequências desastrosas. Além disso, pode levar ao desperdício de materiais, tempo e dinheiro caso você perca uma etapa do procedimento.

Existem algumas precauções gerais que você precisa ter em mente antes do processo de design, e elas incluem;

• Evite dobrar nos cantos. Se você fizer isso, certifique-se de que os cantos sejam curvos, não pontiagudos.
• Você não deve colocar componentes ou vias perto da linha de dobra. As linhas de dobra afetam o roteamento, causando tensão no material.
• Use polígonos hachurados para manter a flexibilidade ao transportar um plano de energia ou terra no circuito flexível.
• Mude progressivamente a largura dos traços. Mudanças repentinas nas larguras dos traços podem levar a um ponto fraco.
• Mantenha as camadas flexíveis em um mínimo de duas para máxima flexibilidade e baixo custo.
• Use uma placa de circuito impresso com a menor espessura e tipos de material reduzidos. Uma RFP espessa afeta a miniaturização dos produtos de montagem e, consequentemente, atrapalha o processo de fabricação.
• A disposição dos fios mostra os requisitos de resistência à dobra para aumentar a resistência ao choque.

8. Problemas de design de PCB rígido-flexíveis frequentemente encontrados.

• Raio de curvatura e posição flexíveis do PCB

Quando a placa se dobra por um longo período, algumas partes do circuito flexível terão mais estresse do que suas contrapartes. Um raio menos arredondado também contribui para o estresse físico.

• Pode haver problemas envolvendo os requisitos mecânicos para PCB rígido-flexível. Ele se preocupa com a espessura da placa de circuito (placas grossas são ineficientes), forma de dobra, frequência de dobra e razão do diâmetro do furo para a espessura da placa.
• Se você não colocar corretamente o espaço entre um bloco e um traço de cobre, pode haver shorts. Portanto, a distância deve ser capaz de abrigar a máscara.
• Traços empilhados encontrados em um ponto semelhante no lado oposto dos dielétricos sofrem estresse devido à sua posição, o que tragicamente os faz fraturar. Parece ser um fragmento de frase. Considere reescrevê-la como uma frase completa.
• Os designers podem causar vestígios de danos subjacentes nos casos em que aplicam uma quantidade excessiva de película de cobertura na PCB.

Resumo：

Em suma, tomar medidas de precaução apresenta maior percentual de eficácia no desenho do PCB. Tal ação é louvável, pois economiza custos, prolonga a vida útil do conselho e, em um aspecto geral, mantém a qualidade do plano.

Esperamos que você tenha adquirido algum conhecimento básico sobre flexibilidade rígida neste artigo. Em caso de dúvidas, preocupações ou comentários, por favor, entre em contato conosco. Na verdade, teremos o maior prazer em tê-lo a bordo em nossa sessão de aprendizado gradual.