Starr-flexibles PCB-Design:So meistern Sie mehr Fähigkeiten für schnelles Design

Ein starr-flexibles PCB-Design wird bei weitem als komplexes PCB-Design angesehen, da es eine Beherrschung technischer Fähigkeiten erfordert, um eines zu erstellen. In der Tat hebt es sich aufgrund seiner Raffinesse von einem gewöhnlichen Leiterplattendesign ab. Unbestreitbar haben die Eigenschaften einer Starrflex-Leiterplatte zu ihrer Einführung in moderneren technologischen Fortschritten geführt.

Daher ist es für das Design hochwertiger Leiterplatten unerlässlich, den Designprozess zu kennen und zu beherrschen. In diesem Artikel lernen wir den Designprozess kennen, begleitet von einem Leitfaden. Darüber hinaus nennen wir spezifische Probleme, die auftreten können, und die Vorsichtsmaßnahmen, die in diesem Fall zu ergreifen sind.

(bunte Illustration einer Starrflex-Leiterplatte)

1. Was ist die Starrflex-Leiterplatte?

Wie der Name schon sagt, ist eine Starrflex-Leiterplatte (RFP) eine Hybridplatine, die eine Integration von flexiblen und starren Platinentechnologien in einer elektronischen Anwendung verwendet. Nahezu alle Starrflex-Leiterplatten sind mit einer flexiblen Polyimidkomponente auf einer festen Versteifung vom Typ Flammschutzmittel Typ 4 (FR4) ausgestattet.

Sie werden feststellen, dass einige Teile des Boards flexibel sind, während andere bei der Untersuchung starr sind. Darüber hinaus können Sie die Schaltungen leicht biegen oder falten und dennoch die Formen von Bereichen beibehalten, die mehr Unterstützung benötigen.

（Der High-Tech-Hintergrund von Starrflex-Leiterplatten）

2. Starr-Flex-Layer-Stack-Design

Der Hersteller entwirft die Leiterplatte als mehrschichtigen Stapel, um das Layout jeder Schicht vertikal zu definieren, auch als Z-Ebene bekannt. Der Schichtstapel hat eine Herstellung einer einzelnen Einheit in jeder Platine.

2.1 Die beste Schichtstapelstrategie

Eine perfekte Layer-Stack-up-Strategie sollte es Ihnen ermöglichen, Leiterbahnen und Masseebenen so anzuordnen, dass EMI blockiert werden. Außerdem sollte es sich an das Starrflex-Design und die Temperaturen des Designs anpassen.

Ein mehrschichtiger Stapel ist wünschenswert. Dies hat folgende Gründe:

• Es kann zwischen Signal- und Masseebene wechseln.
• Jede seiner Schichten hat ein Dielektrikum oder ein Prepreg dazwischen.
• Es berücksichtigt thermische Probleme.
• Es nimmt Geräte mit analogen und digitalen Elementen auf. Die Vorrichtungen sollen jedoch separate Masseschichten im Stapel verwenden. Das Wesen der Trennung besteht darin, eine Rauschkopplung zu vermeiden und EMI zu verhindern.

2.2 Einschichtige Funktionen

• Hat eine oder zwei äußere Deckschichten aus Polyimid.
• Es hat Löcher, die auf einer oder beiden Seiten zugänglich sind.
• Komponentenlöchern fehlen Platten.
• Sie können Komponenten, Versteifungen, Stifte und Verbinder auf einem einzigen Layertyp verwenden.
• Sehr empfehlenswert in Anwendungen mit statischem und dynamischem Flex.

2.3 Double-Layer-Features

• Designer plattieren durch die Löcher und ermöglichen so die Verbindung zwischen den beiden Schichten.
• Sie können Komponenten, Versteifungen, Stifte und Verbinder verwenden, auch wenn keine Versteifungen vorhanden sind.
• Es gibt zwei leitende Schichten mit einem Isolator zwischen den Schichten. Designer können die äußere Schicht abdecken oder die Pads offen lassen.
• Die unbedeckten Pads oder Zugangslöcher befinden sich auf beiden Seiten – Vias können Abdeckungen auf beiden Seiten haben.
• Anwendbar für stationäre und aktive Flex-Anwendungen.

2.4 Multilayer-Funktionen

• Erstens haben Multilayer-Leiterplatten drei oder mehr flexible leitfähige Schichten. Die Designer platzieren dann eine flexible Isolierkomponente zwischen jeder Schicht. Schließlich können sie sich dafür entscheiden, die äußere Schicht zu bedecken oder die Pads freizulegen.
• Die Durchkontaktierung kann ebenfalls abgedeckt oder freigelegt werden.
• Kontaktlöcher oder die freien Pads befinden sich auf einer oder beiden Seiten der Leiterplatte.
• Verschiedene Materialien sind verwendbar, zum Beispiel Komponenten, Versteifungen, Stifte und Verbinder.
• Häufig in statischen Flex-Anwendungen zu finden.

(Nahaufnahme einer mehrschichtigen Leiterplatte)

3. Anwendungsbereich von Starrflex-Leiterplatten

RFP hat ein breites Anwendungsspektrum in der Elektronik und manchmal in Steuerungssystemen. Abhängig von dem Produkt, auf dem es verwendet wird, finden Sie seine Anwendung in;

• Verbrauchergeräte
• Automobilindustrie
• Luftfahrtindustrie
• Kontrollturmsysteme
• CCTV-Überwachungssysteme
• industrielle Automatisierungssysteme
• Bedienfelder

(ein Beispiel für eine Starrflex-PCB-Anwendung auf einem Motherboard)

4. Richtlinien für starr-flexibles Design.

Ohne die richtigen Richtlinien bei der Zusammenstellung/Gestaltung Ihres RFP kann das Endprodukt anfällig für Herausforderungen sein. Wenn Sie also die vorgeschriebenen Anweisungen buchstabengetreu befolgen, können Sie viel sparen.

Im Folgenden finden Sie einige Standardrichtlinien, die Sie beim Entwerfen Ihrer Leiterplatte befolgen können.

• Bereiten Sie zuerst die Materialart (Kleber, Leiter usw.), die Herstellungsmethode (ob Druck und Hitze erforderlich sind) und die Anzahl der Schichten vor.
• Achten Sie zweitens darauf, die Kupferbahnen in einem 90°-Winkel aus starren und flexiblen Biegungen zu platzieren.
• Berücksichtigen Sie dann die elektrochemischen Faktoren, die sowohl die flexible Schaltung als auch die starre Platine beeinflussen. In diesem Zusammenhang müssen Sie sich auf das Verhältnis von Biegeradius zu Dicke konzentrieren. In der Regel sollte der Biegeradius mindestens das Zehnfache der Dicke des Flexmaterials betragen.
• Außerdem sollten Sie einen Abstand von 0,5 mm zwischen Kupferring und angrenzenden Durchkontaktierungen einhalten. Eine enge Verbindung kann Ermüdung verursachen, die häufig nach häufigem Biegen auftritt. Auch hier sollten sich die Durchkontaktierungen in bewegungslosen Bereichen auf der Platine befinden, d. h. dort, wo sie sich selten bewegen.
• Zu guter Letzt überprüfen Sie die Betriebsbedingungen des Produkts. Anders ausgedrückt:Überprüfen Sie die Umgebungsbedingungen, z. B. Temperaturänderung, Abkühlung, Feuchtigkeit, Erschütterung, Nichtbrennbarkeit und Vibrationen.

5. Welches Material sollten Sie für das Starrflex-PCB-Design wählen?

Substrat- und Coverlay-Folien

Der bevorzugte Typ ist Glasfasergewebe eingebettet in Epoxidharz . Das Fiberglas hat eine gewisse Elastizität. Andererseits lässt ausgehärtetes Epoxid die Platte steif erscheinen. Die Verwendung von Epoxid erfordert einen Zustand, in dem es weniger Bewegung gibt.

Polyimid ist aufgrund seiner verbesserten Flexibilität ein Ersatz für Epoxid. Darüber hinaus können Sie dieses Material nicht leicht zerreißen oder von Hand dehnen. Schließlich ist es sehr hitzebeständig, wodurch es bei Temperaturschwankungen stabil bleibt.

Polyester (PET) ist häufig während des Entwurfs anwendbar. Ein Nachteil dieses Materials ist die Tatsache, dass es bei extremen Temperaturen nicht lange überleben kann. Daher finden Sie seine Anwendung in kostengünstigen elektronischen Produkten.

Polytetrafluorethylen (PTFE) kann anstelle eines PET fungieren. Sie werden es hauptsächlich in Hochfrequenzprodukten mit niedriger Dielektrizitätskonstante verwenden.

Deckschicht wirkt als Isolator und schützt die äußere Oberfläche vor Beschädigung und unerwünschter Verschlechterung.

(Nahaufnahme eines Epoxidharzes)

Leiter

Die Auswahl reicht von Kohlefolie und Tinte auf Silberbasis, aber am meisten bevorzugt ist Kupfer. Die Wahl des Kupfers wird definitiv zu seiner Anwendung passen. Zum Beispiel eine laminierte Kupferfolie (Electro-Deposited ) eignet sich in einfachen, flexiblen Schaltungsteilen oder in schweren Kupferleitern, um hochstromführende Leiter zu halten.

Ein weiterer Leiter auf dem Markt sind die Rolled Annealed (RA)-Folien . Es ist teurer als das Standardkupfer, aber die Qualität beim Dehnen und Springen ist hervorragend.

Klebstoffe

Klebstoffe dienen der Flexibilität. Seine Funktion besteht darin, die Kupferfolie mit Polyimid- oder anderen Folien zu verbinden, da Hitze und Druck allein keine zuverlässige Verbindung herstellen können. Zu den verwendeten Materialien gehören Klebstoffe auf Acryl- oder Epoxidbasis mit Dicken von etwa 0,5-1 mil.

Sie können auch Silikone verwenden und Schmelzkleber in flexiblen und starren Schnittstellen.

(Verwendung von Silikon)

6. Software für Starrflex-PCB-Design

Sie können die Software in PCB-Designs verwenden, um Ihre PCBs zu animieren und unverwechselbar zu definieren. Hier sind zwei bekannte Möglichkeiten, wie Sie den Prozess starten können:

Integrierte ECAD/MCAD-Tools

ECAD/MCAD ermöglicht die bidirektionale Zusammenarbeit zwischen elektrischen und mechanischen Domänen. Die Tools validieren Designs visuell mit fotorealistischem 3D, um Iterationen zu reduzieren. Sie vereinfachen den Entwurfsprozess, indem sie Folgendes prüfen.

Altium Designer

Das PCB von Altium Designer ist eine Schichtdesign-Einstellung, die etwa 32 Signalschichten und 16 Ebenenschichten unterstützt. Der fortschrittliche Altium Designer ist unbestreitbar die einzige PCB-Designsoftware mit der Fähigkeit, Ihnen die notwendigen Werkzeuge für die Starr-Flex-PCB-Montage auf einer einzigen Plattform zur Verfügung zu stellen.

Alternativ umfasst Altium Designer eine leistungsstarke 3D-Rendering-Engine, die eine realistische 3-dimensionale Darstellung der Leiterplatte darstellt. Die Engine unterstützt Starrflex-Leiterplatten und kann die Platine in einem flachen Zustand untersuchen.

7. Vorsichtsmaßnahmen für das Starrflex-PCB-Design

Die Nichtbeachtung der Richtlinien kann katastrophale Folgen haben. Darüber hinaus kann es zur Verschwendung von Material, Zeit und Geld führen, wenn Sie einen Schritt im Verfahren verpassen.

Es gibt ein paar allgemeine Vorsichtsmaßnahmen, die Sie vor dem Designprozess beachten müssen, und dazu gehören:

• Vermeiden Sie das Biegen an den Ecken. Stellen Sie in diesem Fall sicher, dass die Ecken abgerundet und nicht scharf sind.
• Sie sollten Komponenten oder Durchkontaktierungen nicht in der Nähe der Biegelinie platzieren. Die Biegelinien beeinflussen das Routing, indem sie Materialspannungen verursachen.
• Verwenden Sie schraffierte Polygone, um die Flexibilität zu erhalten, wenn Sie eine Strom- oder Masseebene auf der Flex-Schaltung tragen.
• Ändern Sie schrittweise die Breite der Spuren. Plötzliche Änderungen der Leiterbahnbreiten können zu einer Schwachstelle führen.
• Beschränken Sie die Anzahl der flexiblen Schichten auf mindestens zwei, um maximale Flexibilität und niedrige Kosten zu erzielen.
• Verwenden Sie eine Leiterplatte mit der geringsten Dicke und reduzierten Materialarten. Eine dicke RFP beeinträchtigt die Miniaturisierung von Montageprodukten und erschwert folglich den Herstellungsprozess.
• Die Anordnung der Drähte zeigt die Anforderungen an die Faltfestigkeit, um die Stoßfestigkeit zu verbessern.

8. Häufig auftretende Probleme beim starr-flexiblen PCB-Design.

• Flexibler PCB-Biegeradius und -Position

Wenn sich die Platine über einen längeren Zeitraum biegt, werden einige Flex-Schaltungsteile stärker belastet als ihre Gegenstücke. Ein weniger abgerundeter Radius trägt auch zur körperlichen Belastung bei.

• Es kann Probleme mit den mechanischen Anforderungen für starr-flexible Leiterplatten geben. Es geht um die Leiterplattendicke (dicke Leiterplatten sind ineffizient), die Biegeform, die Biegefrequenz und das Verhältnis des Bohrlochdurchmessers zur Leiterplattendicke.
• Wenn Sie den Abstand zwischen einem Pad und einer Kupferleiterbahn nicht richtig platzieren, kann es zu Kurzschlüssen kommen. Daher sollte der Abstand in der Lage sein, die Maske aufzunehmen.
• Stapelspuren, die an einer ähnlichen Stelle auf der gegenüberliegenden Seite von Dielektrika gefunden werden, erfahren aufgrund ihrer Position Spannungen, die tragischerweise zum Bruch führen. Es scheint ein Satzfragment zu sein. Erwägen Sie, ihn als vollständigen Satz neu zu schreiben.
• Designer können darunter liegende Schadensspuren verursachen, wenn sie zu viel Deckfolie auf die Leiterplatte auftragen.

Zusammenfassung:

Alles in allem weist das Ergreifen von Vorsichtsmaßnahmen einen höheren Prozentsatz an Effektivität im PCB-Design auf. Eine solche Maßnahme ist lobenswert, da sie Kosten spart, die Lebensdauer des Boards verlängert und insgesamt die Qualität des Plans erhält.

Wir hoffen, dass Sie durch diesen Artikel einige grundlegende Rigid-Flex-Kenntnisse gewonnen haben. Bei Fragen, Bedenken oder Kommentaren setzen Sie sich bitte mit uns in Verbindung. Wir würden uns sehr freuen, Sie in unserer schrittweisen Lernsitzung an Bord zu haben.