В мире электронного дизайна Жестко-гибкие печатные платы (PCB) — это большой шаг вперед в том, как мы соединяем...
Жестко-гибкие печатные платы и традиционные печатные платы: основные различия
Структурные инновации
Основное различие между жестко-гибкими печатными платами и...
Сравнение производительности
| Характеристики | Традиционный Жесткая печатная плата | Гибкая печатная плата | Жесткая гибкая печатная плата |
|---|
| 3. Гибкость | Нет | - высокий уровень | Выборочно изгибаемые области |
| Использование пространства | В среднем по стране | - высокий уровень | Чрезвычайно высокий |
| Надежность и надежность | - высокий уровень | Средний | Очень высокий |
| Расходы по проекту | Низкий уровень дохода | Средний | Относительно высокий |
| Сценарии применения | Стандартные электронные устройства | Гибкие устройства | Устройства со сложными пространственными ограничениями |
Существенные преимущества жестко-гибких печатных плат
Оптимизация пространства и снижение веса
Жестко-гибкие печатные платы обеспечивают максимальное использование пространства за счет возможность трехмерной сборкиИсследования показывают, что правильное применение технологии жестко-гибких печатных плат позволяет сэкономить до 60 % пространства, что имеет решающее значение для современной бытовой электроники, медицинского оборудования и аэрокосмической промышленности.
Повышенная надежность системы
Сокращение использования соединителей является ключевым фактором повышения надежности жестко-гибких печатных плат. Каждая традиционная точка соединения является потенциальной точкой отказа, в то время как жестко-гибкие конструкции значительно снижают эти риски за счет интегрированные соединительные структуры.
Упрощенный процесс сборки
Несмотря на сложность производственного процесса, жестко-гибкие печатные платы часто снижают общую стоимость сборки конечного продукта на уменьшение количества компонентов и упрощение общей сборки.
Проектирование жестко-гибких печатных плат — это сложная инженерная задача...
Процесс проектирования и основные соображения
Этап предварительного планирования
Успешное проектирование жестко-гибких плат начинается с детального предварительного планирования. Инженеры должны сначала уточнить следующие ключевые элементы:
- Анализ требований к изгибу: Определите, идет ли речь о статическом изгибе (фиксированная форма после установки) или динамическом изгибе (повторный изгиб во время использования).
- Оценка механических ограничений: Включая минимальный радиус изгиба, требуемое количество циклов изгиба и ограничения по монтажному пространству.
- Учет факторов окружающей среды: Диапазон рабочих температур, воздействие влажности, контакт с химическими веществами и условия вибрации
Стратегия проектирования стека
Конструкция многослойных печатных плат является залогом успеха жестко-гибких печатных плат. Лучшие практики включают:
Типичная 6-слойная жестко-гибкая многослойная структура: 1. Верхний жесткий слой (FR-4) — сигнальный слой. 2. Клеевой слой из препрега. 3. Гибкий сердечник (полиимид) — сигнальный/заземляющий слой. 4. Гибкий сердечник (полиимид) — силовой/сигнальный слой. 5. Клеевой слой из препрега. 6. Нижний жесткий слой (FR-4) — сигнальный слой.
Примечание: Гибкие секции должны располагаться как можно ближе к нейтральной оси стопки, чтобы уменьшить изгибающее напряжение.
Технические характеристики конструкции изгибаемой области
- Не размещайте компоненты, переходные отверстия и изменения медных плоскостей в местах изгиба.
- Используйте подкладки в форме капли и конические следы в местах изгиба, чтобы уменьшить концентрацию напряжений.
- Используйте изогнутые траектории поворотов вместо поворотов под острым углом.
- Добавьте механические армирующие отверстия с обеих сторон изгибов.
Основы проектирования целостности сигнала
Стратегия управления импедансом
Очень важно поддерживать стабильные характеристики импеданса в местах перехода между жесткими и гибкими частями:
- Используйте инструменты 3D-моделирования электромагнитного поля для анализа импеданса переходной зоны.
- Используйте сетки заземления вместо сплошных заземляющих плоскостей в гибких секциях для сохранения гибкости.
- Отрегулируйте толщину диэлектрика, чтобы компенсировать различия в диэлектрической проницаемости между материалами
Высокоскоростные технологии маршрутизации сигналов
- Избегайте прокладки критически важных высокоскоростных сигналов в изгибах
- Используйте фрезеровку под углом 45 градусов вместо поворотов под углом 90 градусов при переходах от жестких к гибким элементам.
- Используйте дифференциальную прокладку пар для улучшения помехоустойчивости
- Добавьте защитные заземляющие дорожки вокруг чувствительных сигнальных линий.
Соображения по проектированию системы управления тепловым режимом
Управление тепловым режимом жестко-гибких печатных плат требует особого внимания:
- Используйте тепловые переходные отверстия в зонах с высокой температурой для отвода тепла от гибких к жестким участкам.
- Добавьте металлические слои рассеивателя тепла под силовыми компонентами.
- Учитывайте совпадение коэффициентов теплового расширения различных материалов.
- Используйте программное обеспечение для теплового моделирования, чтобы предсказать распределение температуры и тепловые нагрузки.
Практики DFM (проектирование с учетом технологичности)
Раннее участие производителя
Сотрудничество с производителями на ранних этапах проектирования позволяет избежать дорогостоящей переработки проекта:
- Предоставить подробную информацию о структуре слоев и спецификации материалов.
- Обсудите минимальные возможности по ширине линии/расстоянию между линиями и требования к допуском.
- Подтвердить технологичность изготовления радиусов изгиба
Размещение тестовых точек
- Обеспечьте достаточное количество точек тестирования в жестких областях.
- Избегайте размещения точек тестирования в гибких участках
- Учитывайте доступность для тестирования с помощью летающего зонда
Проверка конструкции и испытание прототипа
Анализ моделирования
Используйте передовые инструменты моделирования для:
- Анализ механических напряжений для прогнозирования усталостной прочности
- Моделирование теплового цикла для проверки надежности
- Анализ целостности сигнала для обеспечения производительности
Тестирование прототипа
Составьте комплексные планы тестирования:
- Испытание на изгиб (для динамических применений)
- Испытание на термический удар
- Испытания на вибрацию и механические удары
- Испытания на воздействие окружающей среды
Проектирование жестко-гибких печатных плат требует от инженеров выхода за рамки традиционных шаблонов проектирования печатных плат и применения более комплексного, интегрированного подхода к проектированию. Полностью учитывая эти факторы проектирования и используя передовые инструменты моделирования и верификации, инженеры могут в полной мере использовать преимущества жестко-гибкой технологии для создания по-настоящему инновационных электронных продуктов.
Стратегия выбора материала
При выборе материалов для жестко-гибких печатных плат необходимо учитывать множество факторов:
- Соответствие коэффициента теплового расширения: Обеспечить равномерное расширение жестких и гибких материалов при изменении температуры.
- Стабильность диэлектрической проницаемости: Поддержание целостности сигнала в переходных зонах между жесткими и гибкими частями
- Гибкость, прочность: Специально для динамических изгибных нагрузок
Управление целостностью сигнала
Для поддержания целостности сигнала в жестко-гибких печатных платах необходимо уделять особое внимание следующим аспектам:
- Непрерывность импеданса: Поддерживайте постоянное сопротивление в переходных зонах между жесткими и гибкими частями.
- Дизайн перехода между слоями: Тщательно спроектируйте переходы сигнального слоя от жестких к гибким участкам.
- Управление электромагнитными помехами: Используйте соответствующие методы экранирования и стратегии заземления.
Ключевые технологии производственного процесса
Процесс многослойного ламинирования
Производство жестко-гибких печатных плат сопряжено со сложными процессы многослойного ламинирования которые требуют точного контроля выравнивания межслойных соединений. По сравнению с традиционными жесткими печатными платами, этот процесс требует большего количества этапов и более строгого контроля.
Сверление и металлизация отверстий
Использование жестко-гибких печатных плат технология плазменной очистки вместо химической очистки для подготовки стенок отверстий, поскольку полиимидные материалы слишком чувствительны к традиционным химическим обработкам.
Технология обработки контуров
Жестко-гибкие печатные платы требуют прецизионная контурная резка, как правило, с помощью лазерной резки или прецизионной штамповки, чтобы обеспечить гладкие края без заусенцев в гибких областях и предотвратить концентрацию напряжений.
Области применения и перспективы на будущее
Технология жестко-гибких печатных плат широко применяется в нескольких высокотехнологичных областях:
- В аэрокосмической промышленности: Спутниковые системы, авиационное оборудование
- Медицинские приборы: Имплантируемые устройства, диагностическое оборудование
- Потребительская электроника: Складные телефоны, носимые устройства
- Автомобильная электроника: Системы управления, массивы датчиков
По мере того как электронные устройства продолжают развиваться в направлении уменьшения размеров, облегчения веса и повышения прочности, технология жестко-гибких печатных плат будет продолжать эволюционировать, чтобы соответствовать все более строгим требованиям к применению.
Iii. Выводы и рекомендации
Технология жестко-гибких печатных плат представляет собой будущее в области решений для электронных соединений, успешно преодолевая ограничения, присущие как традиционным жестким, так и гибким печатным платам. Несмотря на значительные сложности в процессах проектирования и производства, благодаря тщательному проектированию, подбору материалов и контролю производственного процесса жестко-гибкие печатные платы обеспечивают беспрецедентные преимущества в плане производительности.