Жестко-гибкие печатные платы Rigid-flex


Гибкие и жестко-гибкие печатные платы являются одним из наиболее динамично развивающихся направлений в производстве электронных устройств. Они имеют множество преимуществ перед традиционными решениями — позволяют снизить вес схемы и дают большую свободу в создании привлекательной формы устройства. Давайте ознакомимся с основными принципами конструирования и изготовления жестких эластомерных цепей.

Что такое жестко-гибкие платы

Первые практические применения этой концепции имели место ещё пол века назад при конструировании космических кораблей — жестко-гибкие платы использовались для замены кабелей, соединяющих отдельные модули в аппарате, предназначенном для освоения космоса. Позже решения такого типа можно было найти в первой модели портативного компьютера (Grid Compass, разработанный НАСА для космической программы).

Жестко-гибкие печатные платы (Rigid-flex PCB) представляют собой конструкции, сочетающие в своей структуре как области, выполненные на гибкой подложке, так и традиционные платы, построенные на основе жесткого текстолита. Эти два типа подложки комбинируются друг с другом соответствующими приемами, создавая один проект.

Как и в случае с традиционными печатными платами, здесь компоненты можно монтировать с обеих сторон жесткой части. Гибкие элементы обычно служат соединителями между отдельными участками цепи, что устраняет необходимость в проводах. Их отсутствие выливается в улучшение свойств устройства. Наиболее важные положительные эффекты этого решения включают в себя:

  • снижение уровня потерь передачи сигнала между отдельными цепями,
  • обеспечение лучшего и более точного контроля значения сопротивления линий,
  • устранение проблем со сборкой коннекторов и возможная неправильная пайка соединений,
  • снижение веса всего устройства за счет уменьшение размеров печатной платы.

Конструкция каждой Rigid-flex PCB разделена на зоны, которые могут быть изготовлены из различных материалов и иметь разное количество и состав слоев, при этом жесткие зоны обычно имеют больше слоев, чем гибкие.

Жестко-гибкие печатные платы Rigid-flex

Одним из наиболее сложных аспектов дизайна является правильное проектирование граничных областей, которые являются связью между гибкими и жесткими зонами. Эти области подвергаются наибольшим напряжениям и деформациям, поэтому их структуру не следует ослаблять, например, размещением в них слишком большого количества различных типов отверстий.

Принципы проектирования Rigid-flex PCB

Новые возможности предлагаемые жесткими и гибкими решениями достигаются за счет дополнительных задач и проблем, связанных с процессом проектирования конструкции такого типа. В прошлом жестко гибкие конструкции разрабатывались так, чтобы компоненты размещались только на жестких участках платы, а гибкие выполняли только соединительную функцию. Более современные решения часто содержат компоненты расположенные и в гибких областях, но это связано с рядом дополнительных ограничений, связанных с трассировкой путей и размещением отверстий.

Жестко-гибкие печатные платы Rigid-flex

Гибкие области должны иметь ось изгиба, то есть линию по которой предполагается изгиб периметра. Эта линия влияет на форму путей. В непосредственной близости от неё, на поверхности гибкой области, не должно быть никаких компонентов или переходных отверстий. Пути, проходящие через линию изгиба, следует вести перпендикулярно ее ходу.

Полезное:  СВЧ детектор движения RCWL-0516

Жестко-гибкие печатные платы Rigid-flex

Даже при правильном расположении деталей невозможно избежать дополнительных напряжений на их клеммах и монтажных стыках, связанных с деформацией поверхности платы. Их уменьшение может быть достигнуто за счет металлизации отверстий (в случае сквозного монтажа) и покрытия выводов дополнительным защитным слоем.

Снижение напряжения также относится к конструкции пути. В случае гибких цепей не рекомендуется включать в проект большие сплошные участки проводника. Гораздо лучше заменить такие объекты так сказать сетчатыми областями. Следует избегать всех видов прямых и острых углов — для изменения направления пути гораздо лучше использовать дугу, а для изменения ширины путей стоит использовать плавность.

Другой хорошей практикой является снижение напряжений вдоль поверхности дорожек за счет смещения между дорожками в нижнем и верхнем слоях на гибкой подложке. При расположении путей из нижнего и верхнего слоев прямо друг напротив друга риск деформации и появления трещин в проводящем слое значительно возрастает.

Механические аспекты проектировки

В случае конструкции с областями, выполненными на гибкой подложке, необходимо учитывать совершенно новые механические аспекты, которых нет у традиционных плат, полностью реализованных на жесткой поверхности. Одним из важнейших параметров является допустимый радиус изгиба платы, а точнее его отношение к ее толщине. Как больший изгиб, так и увеличение толщины подложки в зоне изгиба, приведут к повышенному риску повреждения платы. Как правило производители рекомендуют радиус изгиба не менее десятикратной толщины.

Жестко-гибкие печатные платы Rigid-flex

Следует также избегать одновременного растяжения и сжатия двух разных сторон гибкой поверхности платы. По этой причине не рекомендуется допускать изгибы более 90°.

Еще одним очень важным фактором являются свойства слоя проводника, особенно его толщина и тип материала. Снижение сопутствующих напряжений может быть достигнуто за счет ограничения площади поверхности участков подвергаемых металлизации или процессу отделки металла.

Нанесение дополнительного слоя золота, никеля или меди на поверхность пластины в процессе отделки значительно снизит гибкость конструкции и повысит риск механических повреждений.

Жестко-гибкие печатные платы Rigid-flex

Современные инструменты проектирования оснащены продвинутым и обширным пакетом модулей для симуляции и моделирования поведения и внешнего вида схем, в том числе жестко-гибких плат. В значительной степени он позволяет проводить независимую проверку правильности работы проекта и анализ потенциальных проблем и областей повышенного риска.

Жестко-гибкие печатные платы Rigid-flex

Жестко-гибкие платы конечно более сложны чем их традиционные жесткие аналоги. Зато взамен они предлагают высокую надежность, свободу выбора формы конструкции, а также снижение веса устройства. Решения Rigid-flex PCB уже широко используются во многих отраслях промышленности и типах устройств, а процесс их получения хорошо известен и внедрен большинством заводов, выпускающих печатные платы.


НАЖМИТЕ ТУТ И ОТКРОЙТЕ КОММЕНТАРИИ