Stratégies clés de conception d'impédance pour PCB rigides-flex

Avec le développement rapide des produits électroniques, le marché exige des exigences de plus en plus élevées pour les PCB rigides-flex et à impédance contrôlée, avec des exigences de plus en plus rigoureuses. Le principal problème des PCB rigides-flex avec exigence d'impédance réside dans une grande différence entre valeur mesurée et valeur de conception, jusqu'à plus de 20 Ω, entraînant l'échec de la compensation de conception et la difficulté de contrôler la fabrication. Cet article discute comment atteindre une précision rigoureuse de contrôle d'impédance sous l'angle de la conception PCB, pour bénéficier au personnel de l'industrie de fabrication PCB.

Analyse du contrôle d'impédance

Les éléments principaux affectant l'impédance incluent la constante diélectrique, l'épaisseur du diélectrique, la largeur de piste et l'épaisseur de cuivre.

Basé sur l'analyse de coupe transversale, quand les données pratiques sont appliquées dans les modèles, la différence entre valeur calculée et valeur mesurée par instrument d'impédance se situe entre 14 Ω et 33 Ω, résumée dans le tableau suivant.

Valeur théorique (Ω)	Valeur mesurée (Ω)	Différence (Ω)
113	143	30
109	134	25
95	112	17
93	107	14
120	153	33
110	139	29
96	119	23
95	116	21
125	153	28
110	141	31
100	123	23
90	110	20
124	151	27
112	137	25
104	123	19
95	113	18

D'après les différences, l'écart trop grand est possiblement dû aux raisons suivantes :

Pendant la conception ingénierie, l'accès est incorrectement substitué aux paramètres logiciels.

Selon les facteurs affectant l'impédance et les données de coupe, peut-être seule la constante diélectrique mène à un accès inexact. Selon le concept combiné de constante diélectrique, celle du matériau substrat est un résultat complet de la constante du matériau diélectrique dans le substrat, approximativement indiquée par somme pondérée de la constante de la résine et du matériau de renforcement. Pour le matériau flexible, composé d'adhésif et PI (polyimide), la constante diélectrique est la constante complète des deux constituants.

Conception du module de mesure incorrecte pour PCB

Pendant la conception d'impédance, la mesure de ligne implique la conception de ligne de transmission et plan de référence ; il faut garantir une certaine distance entre bord de cuivre du plan de référence et ligne d'impédance. Ici, la distance n'est que 0,5 mm, trop courte, menant à l'ignorance complète de ce plan de référence.

• Schéma expérimental

Étape 1 : Les données ingénierie sont conçues pour vérifier respectivement :
i. Influence du cuivre de transmission sur l'impédance quand ajouté ou non au module de mesure.
ii. Influence de la distance entre bord cuivre et ligne d'impédance dans le module. Distance horizontale 0,5 mm et 4,5 mm.
iii. Conception module de mesure : influence plan de référence grille vs cuivre sur l'impédance.

Étape 2 : Carte flexible fabriquée et impédance mesurée.

Étape 3 : L'accès de coupe est substitué au module pour calculer l'impédance théorique selon la constante diélectrique complète du matériau diélectrique pour éliminer les erreurs d'accès.

Étape 4 : Conclusions par comparaison : méthode d'accès aux paramètres et règlements de conception du module de mesure.

• Résultats expérimentaux

1) Avec/sans cuivre de transmission ajouté au module, l'impédance diffère très peu. Conclusion : pas d'influence du cuivre de transmission sur l'impédance.

2) Selon la distance bord cuivre/ligne d'impédance, différence impédance très faible. Conclusion : distance n'influence pas l'impédance.

3) Selon module grille vs cuivre pour plan de référence, l'impédance est dramatiquement influencée quand le plan est cuivre vs grille.

4) Selon largeurs de pistes, grilles et modules cuivre de tailles différentes : quand grille est plan de référence, c'est associé au taux résiduel cuivre. Plus le taux résiduel est haut, plus la différence avec cuivre est petite. Plus il est bas, plus la différence est grande. Donc, quand grille est plan de référence, le cuivre doit être déposé sur le plan à la position de la ligne d'impédance.

5) Selon module de mesure pratique, l'accès de coupe substitué donne impédance théorique comparée à la mesure. Comme matériau flexible = adhésif + PI, constante diélectrique doit être complète des deux ou constante unique via logiciel calcul. D'après résultats, constante PI = 2,8, adhésif = 3,5. En substituant au logiciel, la précision de la constante est vérifiée.

Considérations du concepteur PCB rigide-flex sur la conception d'impédance

Considération #1 : Le plan de référence doit être plan grille et plan cuivre.

D'après résultats, la conception basée sur plan cuivre répond aux exigences d'impédance rigide-flex. Quand plan grille, plus la grille est grande, plus la différence entre impédance grille (taux résiduel min) et cuivre est grande ; plus la grille petite, plus différence petite. En conclusion, la conception grille comme plan est liée à la taille de grille, c'est-à-dire taux résiduel cuivre. Plus taux haut, plus différence petite avec impédance cuivre et données théoriques. Plus taux bas, plus différence grande. Donc, quand grille sélectionnée, cuivre doit être déposé sur plan compatible avec position ligne d'impédance.

Considération #2 : L'impédance rigide-flex doit être conçue selon la fonctionnalité d'addition du logiciel de calcul d'impédance.

Comparé aux logiciels ordinaires, celui avec fonctionnalité d'addition contient acquisition d'accès pour chaque couche diélectrique et performe plus précisément. De plus, plus facile de simuler situations pratiques et plus commode pour conception ingénierie.

Considération #3 : La constante diélectrique de chaque couche unique est acquise sur carte rigide-flex.

Vérifié par expériences à grande échelle : constante PI = 2,8, adhésif = 3,5, référence pour concepteur. Calcul théorique avec logiciel à fonctionnalité d'addition répond aux exigences clients PCB rigide-flex.

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Ressources utiles :
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