Conception de PCB rigide-flexible :comment maîtriser davantage de compétences pour une conception rapide

Une conception de PCB rigide-flex est, de loin, considérée comme un PCB complexe à concevoir car il nécessite une maîtrise des compétences techniques pour en fabriquer un. En effet, il se démarque d'une conception de circuit imprimé ordinaire en raison de sa sophistication. Indéniablement, les caractéristiques d'un circuit imprimé rigide-flexible ont conduit à son adoption dans des avancées technologiques plus modernes.

Par conséquent, connaître et maîtriser le processus de conception est essentiel pour concevoir des PCB de qualité. Dans cet article, nous allons en apprendre davantage sur le processus de conception accompagné d'un guide. De plus, nous citerons les problèmes spécifiques qui peuvent survenir et les mesures de précaution à prendre lorsque cela se produit.

(illustration colorée d'un circuit imprimé rigide-flexible)

1. Qu'est-ce que le PCB rigide-flex ?

Comme son nom l'indique, une carte de circuit imprimé rigide-flexible (RFP) est une carte hybride qui utilise une intégration de technologies de cartes flexibles et rigides dans une application électronique. Presque tous les circuits imprimés rigides-flexibles conçoivent un composant flexible en polyimide sur un raidisseur fixe ignifuge de type 4 (FR4).

Vous découvrirez que certaines parties de la planche sont flexibles tandis que d'autres sont rigides à l'examen. De plus, vous pouvez facilement plier ou plier les circuits tout en conservant les formes des zones qui nécessitent plus de soutien.

（L'arrière-plan high-tech du PCB rigide-flex）

2. Conception de type d'empilement de couches Rigid-Flex

Le fabricant conçoit le PCB comme une pile multicouche pour définir verticalement la disposition de chaque couche, également connue sous le nom de plan Z. L'empilement de couches a une fabrication d'une seule unité dans n'importe quelle carte.

2.1 La meilleure stratégie d'empilement de couches

Une stratégie d'empilement de couches parfaite devrait vous permettre d'organiser des traces et des plans de masse pour bloquer les EMI. De plus, il doit s'adapter à la conception rigide-flex et aux températures de conception.

Une pile multicouche est souhaitable. C'est pour les raisons suivantes ;

• Il peut alterner entre le signal et les plans au sol.
• Chacune de ses couches a un diélectrique ou un préimprégné entre elles.
• Il prend en compte les problèmes thermiques.
• Il peut accueillir des appareils avec des éléments analogiques et numériques. Cependant, les appareils doivent utiliser des couches de masse séparées dans l'empilement. L'essence de la séparation est d'éviter le couplage du bruit et d'empêcher les EMI.

2.2 Fonctionnalités à une seule couche

• Possède une ou deux couches de revêtement extérieur en polyimide.
• Il a des trous accessibles sur un ou les deux côtés.
• Les trous des composants manquent de plaques.
• Vous pouvez utiliser des composants, des raidisseurs, des broches et des connecteurs sur un seul type de couche.
• Fortement recommandé dans les applications traitant du flex statique et dynamique.

2.3 Fonctionnalités à double couche

• Les concepteurs plaquent à travers les trous, permettant ainsi la connexion entre les deux couches.
• Vous pouvez utiliser des composants, des raidisseurs, des broches et des connecteurs même en l'absence de raidisseurs.
• Il y a la présence de deux couches conductrices avec un isolant pris en sandwich entre les couches. Les concepteurs peuvent recouvrir la couche extérieure ou laisser les coussinets ouverts.
• Les pastilles ou les trous d'accès non recouverts se trouvent des deux côtés. Les vias peuvent avoir des couvercles des deux côtés.
• Applicable aux applications flexibles fixes et actives.

2.4 Fonctionnalités multicouches

• Premièrement, les PCB multicouches ont trois couches conductrices flexibles ou plus. Les concepteurs placent ensuite un composant isolant flexible entre chaque couche. Enfin, ils peuvent choisir de recouvrir la couche externe ou d'exposer les coussinets.
• Le via peut également être couvert ou exposé.
• Les trous de contact ou les pastilles libres se trouvent sur l'un ou les deux côtés du circuit imprimé.
• Divers matériaux sont utilisables, par exemple, les composants, les raidisseurs, les broches et les connecteurs.
• Souvent trouvé dans les applications flexibles statiques.

(gros plan sur un PCB multicouche)

3. Gamme d'application du PCB rigide-flex

RFP a une large gamme d'applications en électronique et parfois dans les systèmes de contrôle. Selon le produit sur lequel il est utilisé, vous trouverez son application dans ;

• appareils grand public
• industrie automobile
• industrie aérospatiale
• Systèmes de tour de contrôle
• Systèmes de vidéosurveillance
• systèmes d'automatisation industrielle
• panneaux de contrôle

(un exemple d'application de PCB rigide-flex sur une carte mère)

4. Lignes directrices pour la conception rigide-flexible.

Sans les directives appropriées pour l'assemblage/la conception de votre RFP, le produit final peut être sujet à des défis. Par conséquent, suivre les instructions stipulées à la lettre peut vous faire économiser beaucoup.

Voici quelques directives standard que vous pouvez suivre lors de la conception de votre PCB.

• Premièrement, préparez le type de matériau (adhésif, conducteur, etc.), la méthode de fabrication (si la pression et la chaleur sont nécessaires) et le nombre de couches.
• Deuxièmement, assurez-vous de placer les pistes en cuivre à un angle de 90° des coudes rigides et flexibles.
• Ensuite, considérez les facteurs électrochimiques affectant à la fois le circuit flexible et la carte rigide. À cet égard, vous devrez vous concentrer sur le rapport entre le rayon de courbure et l'épaisseur. En règle générale, le rayon de courbure doit être au minimum de dix fois l'épaisseur du matériau flexible.
• De plus, vous devez laisser une distance de 0,5 mm entre l'anneau de cuivre et les vias adjacents. Une connexion étroite peut provoquer une fatigue qui survient souvent après des flexions fréquentes. Encore une fois, les vias doivent être dans des zones immobiles sur la carte, c'est-à-dire où ils bougent rarement.
• Enfin, vérifiez les conditions de fonctionnement du produit. En d'autres termes, vérifiez les conditions ambiantes, par exemple, les changements de température, le refroidissement, l'humidité, les chocs, l'ininflammabilité et les vibrations.

5. Quel matériau devriez-vous choisir pour la conception de PCB Rigid-flex ?

Films de substrat et de recouvrement

Le type préférable est la fibre de verre tissée pris en sandwich dans de la résine époxy . La fibre de verre a un certain degré d'élasticité. D'autre part, l'époxy durci donne à la planche un aspect rigide. L'utilisation d'époxy nécessite un état où il y a moins de mouvement.

Polyamide est un substitut à l'époxy en raison de sa flexibilité améliorée. De plus, vous ne pouvez pas facilement déchirer ce matériau ou l'étirer à la main. Enfin, il est très résistant à la chaleur, assurant ainsi une stabilité lors des fluctuations de température.

Polyester (PET) est souvent couramment applicable lors de la conception. Un inconvénient de ce matériau est le fait qu'il ne peut pas survivre longtemps à des températures extrêmes. Ainsi, vous trouverez son application dans les produits électroniques à bas prix.

Polytétrafluoroéthylène (PTFE) peut agir à la place d'un PET. Vous l'utiliserez principalement dans des produits haute fréquence à faible constante diélectrique.

Couverture agit comme un isolant et protège la surface extérieure des dommages et des détériorations indésirables.

(gros plan sur une résine époxy)

Conducteurs

Les choix varient entre le film de carbone et l'encre à base d'argent, mais le plus préférable est le cuivre. Le choix du cuivre ira très certainement avec son application. Par exemple, une feuille de cuivre laminée (Electro-Deposited ) convient aux pièces de circuit simples et flexibles ou aux cuivres lourds pour maintenir les conducteurs porteurs de courant élevé.

Un autre chef d'orchestre sur le marché est les feuilles Rolled Recuit (RA) . Il a un coût plus élevé que le cuivre standard, mais la qualité d'étirement et de ressort est superbe.

Adhésifs

Les adhésifs sont pour la flexibilité. Sa fonction est de lier la feuille de cuivre au polyimide ou à d'autres films puisque la chaleur et la pression seules ne peuvent pas former une connexion fiable. Les matériaux utilisés comprennent des adhésifs à base d'acrylique ou d'époxy avec des épaisseurs d'environ 0,5-1 mil.

Vous pouvez également utiliser des silicones et colles thermofusibles dans les interfaces flexibles et rigides.

(utilisation de silicone)

6. Logiciel pour la conception de circuits imprimés rigides-flexibles

Vous pouvez utiliser le logiciel dans les conceptions de PCB pour animer et définir distinctement vos PCB. Voici deux manières connues de démarrer le processus :

Outils ECAD/MCAD intégrés

ECAD/MCAD permet une collaboration bidirectionnelle entre les domaines électriques et mécaniques. Les outils valident visuellement les conceptions avec une 3D photoréaliste pour réduire les itérations. Ils simplifient le processus de conception en vérifiant les éléments suivants.

Altium Designer

Le PCB d'Altium Designer est un paramètre de conception en couches qui prend en charge environ 32 couches de signal et 16 couches planes. Incontestablement, l'Altium Designer avancé est le seul logiciel de conception de circuits imprimés capable de vous fournir les outils nécessaires pour l'assemblage de circuits imprimés rigides-flexibles sur une plate-forme unique.

Alternativement, Altium Designer comprend un puissant moteur de rendu 3D qui présente une représentation tridimensionnelle réaliste du circuit imprimé. Le moteur prend en charge les cartes de circuits imprimés rigides et flexibles et peut examiner la carte à plat.

7. Précautions pour la conception de circuits imprimés rigides-flexibles

Le non-respect des directives peut entraîner des conséquences désastreuses. De plus, cela peut entraîner un gaspillage de matériel, de temps et d'argent si vous manquez une étape de la procédure.

Il y a quelques précautions générales que vous devrez garder à l'esprit avant le processus de conception, et elles incluent :

• Évitez de plier les coins. Si vous le faites, assurez-vous que les coins sont courbés et non pointus.
• Vous ne devez pas placer de composants ou de vias à proximité de la ligne de pliage. Les lignes de pliage affectent le routage en provoquant des contraintes sur le matériau.
• Utilisez des polygones hachurés pour maintenir la flexibilité lors du transport d'un plan d'alimentation ou de masse sur le circuit flexible.
• Modifier progressivement la largeur des tracés. Des changements soudains dans la largeur des traces peuvent créer un point faible.
• Conservez les couches flexibles à un minimum de deux pour une flexibilité maximale et un faible coût.
• Utilisez une carte de circuit imprimé avec la plus faible épaisseur et des types de matériaux réduits. Un RFP épais affecte la miniaturisation des produits d'assemblage et par conséquent gêne le processus de fabrication.
• La disposition des fils montre les exigences de résistance au pliage pour améliorer la résistance aux chocs.

8. Conception de circuits imprimés rigides et flexibles Problèmes fréquemment rencontrés.

• Rayon et position de courbure flexibles du circuit imprimé

Lorsque la carte se plie pendant une longue période, certaines pièces de circuits flexibles subiront plus de contraintes supplémentaires que leurs homologues. Un rayon moins arrondi contribue également au stress physique.

• Il peut y avoir des problèmes liés aux exigences mécaniques pour les PCB rigides-flexibles. Il concerne l'épaisseur de la carte de circuit imprimé (les cartes épaisses sont inefficaces), la forme de flexion, la fréquence de flexion et le rapport du diamètre du trou de forage à l'épaisseur de la carte.
• Si vous ne placez pas correctement l'espace entre un tampon et une piste en cuivre, il peut y avoir des courts-circuits. Par conséquent, la distance doit pouvoir loger le masque.
• Les traces empilées trouvées à un endroit similaire sur le côté opposé des diélectriques subissent des contraintes en raison de leur position, ce qui provoque tragiquement leur fracture. Cela semble être un fragment de phrase. Envisagez de le réécrire comme une phrase complète.
• Les concepteurs peuvent causer des traces de dommages sous-jacents dans les cas où ils appliquent une quantité excessive de film de protection sur le PCB.

Résumé ：

Dans l'ensemble, la prise de mesures de précaution présente un pourcentage d'efficacité plus élevé dans la conception du PCB. Une telle action est louable car elle permet de réduire les coûts, d'allonger la durée de vie du conseil et, dans l'ensemble, de maintenir la qualité du plan.

Nous espérons que vous avez acquis des connaissances de base sur le rigid-flex grâce à cet article. En cas de demandes de renseignements, de préoccupations ou de commentaires, veuillez nous contacter. En effet, nous serons plus qu'heureux de vous avoir à bord dans notre session d'apprentissage progressif.