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Blogue PCB - Rendre les cartes PCB plus faciles à fabriquer et réduire les coûts de traitement

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Rendre les cartes PCB plus faciles à fabriquer et réduire les coûts de traitement

2022-05-13
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Author:pcb

Une carte PCB flexible rigide n'est pas une carte de circuit imprimé ordinaire. Le processus de combinaison de couches minces de base flexibles et rigides en un seul composant présente des défis et des opportunités uniques. Lorsque les concepteurs ont commencé à concevoir des PCB rigides et souples en bloc, ils ont découvert que la plupart de ce qu'ils avaient appris auparavant sur la conception de PCB était problématique. Ils ne conçoivent plus des planchers plats en deux dimensions, mais des connexions internes en trois dimensions qui peuvent être pliées et pliées. Je dirais que ce serait un PCB plus puissant. Les concepteurs de plaques flexibles rigides ont remplacé les cartes de circuits imprimés composites par plusieurs connecteurs, remplaçant les câbles et les rubans par un seul composant pour des performances et une stabilité accrues. Ils ont limité la portée de la conception à un seul composant, pliant et pliant les lignes comme un tas de cygnes en papier pour optimiser l'espace disponible. Littéralement, un « circuit flexible» se sent comme une alternative à un câble ruban Multi - fils. Au - dessus du substrat plat flexible se trouvent des couches de circuits qui sont connectées bout à bout entre elles. Cette connexion apparaît fréquemment entre la tête d'impression et la carte de commande d'une imprimante à jet d'encre. Dans la terminologie des circuits flexibles, cette flexibilité continue est appelée « flexibilité dynamique ». Dans les applications flexibles dynamiques, les circuits flexibles sont généralement (mais ne sont pas limités à) une face pour des performances élevées et une grande fiabilité. Les circuits flexibles sont utilisés pour les interconnexions entre les différents sous - systèmes, par example pour relier la tête d'impression à la carte de commande.

Carte PCB

Au cours du cycle de vie d'un circuit flexible, il doit être plié, plié et assemblé avec peu ou pas de déviation, ce qui est connu sous le nom de « montage flexible». L'installation flexible est disponible dans une variété de configurations, allant d'une seule couche à plusieurs couches, en fonction des besoins de l'application. Une flexion limitée au cours de la durée de vie favorise la limitation des contraintes sur les conducteurs et la fabrication de couches supplémentaires. Lors d'une installation flexible, la stratégie consiste à positionner et à laminer un matériau rigide dans un circuit flexible pour renforcer une zone spécifique si une installation de composant simple face est requise. Ce type de conception de circuit flexible est appelé « flexible rigide ». Le matériau rigide (généralement fr4) ne contient pas de conducteurs et sert principalement à renforcer la base ou la zone de connexion du composant. La plaque souple rigide présente les avantages d'un circuit souple et d'un matériau rigide, mais à un coût plus élevé; La plaque flexible rigide peut être utilisée comme alternative à la plaque flexible rigide. Les matériaux rigides n'ont pas besoin d'être gravés ou plaqués, mais simplement percés et ajoutés sous forme de lignes, ce qui réduit le temps de traitement du PCB. Lors d'une installation flexible, une carte flexible rigide peut être une solution viable si une installation de module double face est nécessaire ou si vous avez besoin d'une carte de circuit imprimé ultra - mince. La plaque souple rigide comporte une couche rigide et une couche souple et est une plaque de circuit imprimé multicouche. Une carte de circuit imprimé flexible rigide typique (à quatre couches) comporte un noyau en polyimide recouvert d'une feuille de cuivre sur les côtés supérieur et inférieur. La couche rigide externe est constituée d'une seule face fr4 laminée de part et d'autre de l'âme flexible pour assembler le PCB multicouche. Les plaques flexibles rigides sont largement utilisées, mais en raison de l'utilisation mixte de divers matériaux et de plusieurs étapes de production, les plaques flexibles rigides sont traitées plus longtemps et coûtent plus cher à produire. Lors de la fabrication de plaques flexibles rigides multicouches, le traitement de la couche flexible est très différent de celui de la couche externe fr4. Les couches en différents matériaux doivent être collées par laminage, puis percées et plaquées. Ainsi, le temps nécessaire pour fabriquer un PCB rigide - flexible typique à quatre couches peut être 5 à 7 fois plus long que le temps nécessaire pour fabriquer un PCB rigide standard à quatre couches.


Applications des plaques flexibles rigides les plaques flexibles rigides sont généralement présentes dans l'électronique grand public, comme les appareils photo numériques, les caméscopes et les lecteurs MP3. Il peut également être utilisé dans les systèmes de navigation d'armes embarquées haut de gamme. Selon mes recherches, les plaques flexibles rigides sont souvent utilisées dans la fabrication d'avions militaires et d'équipements médicaux. Le panneau flexible rigide apporte d'énormes avantages à la conception des avions militaires, car il réduit le poids tout en augmentant la fiabilité de la connexion. Bien sûr, les avantages d'une taille globale plus petite ne peuvent pas non plus être ignorés. Les dispositifs médicaux implantables, tels que les stimulateurs cardiaques et les implants cochléaires, bénéficient également de la capacité des plaques flexibles rigides à se plier et à se plier dans des espaces restreints, ainsi que de leur fiabilité considérablement améliorée. Vous pourriez aussi bien imaginer à quoi ressemblerait un pacemaker s'il ne fonctionnait pas parce que les fils qui le relient tombent. Avec la plaque flexible rigide, la batterie peut être directement connectée à la couche de circuit et peut être installée n'importe où dans le composant.


Exemples d'application de plaques rigides - flexibles les concepteurs d'applications rigides - flexibles s'appuient sur la rigidité - la flexibilité comme moyen d'atteindre les objectifs du produit. Ils peuvent utiliser la conception rigide comme prototype pour tester leurs concepts de conception avant de créer de nouveaux produits à l'aide de plaques flexibles rigides. Le système infrarouge, qui sera installé sur un microvéhicule ou un drone, doit couvrir la portée de surveillance d'un appareil photo numérique portatif de 5 pouces cubes dont la charge utile ne dépasse pas 3 onces. C'est - à - dire 50% d'espace en moins et 95% de poids en moins, tout en conservant les niveaux de fonctionnalité et de fiabilité d'origine. Le défi consiste à réduire le poids total de 3 livres à moins de 3 onces. La solution consiste à retirer l'ensemble de la carte PCB rigide connecté par plusieurs connecteurs et à passer à la carte flexible rigide. J'ai rencontré Jeff très tôt dans le processus de conception et, même si c'était la première fois qu'il utilisait une plaque flexible rigide, il a fait du bon travail à chaque étape. Au cours du processus de production, il a externalisé le projet de conception de PCB à un concepteur expérimenté d'applications rigides et souples et a impliqué les fabricants de PCB dès le début du processus de production. « bien que les plaques flexibles rigides coûtent plus cher que les plaques rigides traditionnelles, il offre une solution idéale pour ce projet. Nous utilisons des interconnexions de substrats flexibles plutôt que des dispositifs de connexion pour plusieurs cartes PCB. C’est la clé pour réduire l’espace et le poids, et c’est exactement ce dont nous avons besoin. Étant donné que les plaques flexibles rigides sont flexibles et pliables, elles peuvent être utilisées pour fabriquer des circuits personnalisés, ce qui maximise l’utilisation de l’espace intérieur disponible. Jeff en profite pour réduire l’espace occupé par l’ensemble du système. Étant donné que cette conception n’est pas produite en série, bien que les coûts de production soient plus élevés, les avantages l’emportent sur les coûts.


Considérations de conception lors de la conception de panneaux souples rigides, il est important de tenir compte des caractéristiques du processus de fabrication et de la diversité des matériaux utilisés. Les concepteurs ne peuvent pas simplement créer un type typique de trace utilisée sur un PCB rigide à quatre couches et s'attendent à obtenir les mêmes résultats qu'une plaque souple rigide. Parce que la stabilité spatiale du Polyimide est plus de 3 fois inférieure à celle du fr4. Une fois le cuivre gravé, le matériau flexible se contracte considérablement. La plupart des fabricants comprennent cette caractéristique du matériau et l'estiment avec précision, de sorte que lorsque le PCB entre dans le processus d'usinage (perçage et ajout de traces), ils essaient de rapprocher la carte de la tolérance dimensionnelle. Si le concepteur ne tient pas compte des problèmes de fabrication possibles, il faudra probablement attendre que la conception soit mise à jour pour s'adapter aux processus d'usinage spéciaux du fabricant. Pour obtenir le résultat souhaité, envisagez d'ajouter des gouttelettes à tous les noeuds trace - to - PAD et trace - to - trace en maximisant la taille de l'anneau percé sur la couche flexible. Si l'on veut utiliser une couche interne flexible pour connecter des zones d'un circuit rigide, il faut réfléchir attentivement à la façon dont les zones rigides flottent à l'intérieur de la plaque de support pendant la fabrication, car les zones de la couche rigide seront retirées pour exposer la couche flexible sous - jacente. Cependant, enlever trop de matériau rigide peut rendre la plaque fragile. Nous Découpons généralement la couche flexible, car le découpage convient mieux aux Polyimides fins. Les zones de la couche flexible peuvent également être éliminées pour réduire le contact avec les points de câblage dans le câblage final. Ces zones "sans couche" doivent être prises en compte dans l'outil de conception et la conception peut nécessiter la mise en place de zones sans câblage et / ou sans éléments pour éviter que certains éléments ou fils ne soient accrochés aux bords des zones rigides.


La conception recommande d'éviter de créer de mauvaises traces qui augmentent la probabilité de rupture du conducteur, car le circuit flexible peut être plié et plié. Voici quelques suggestions pour réduire les contraintes des conducteurs dans la zone de flexion: traverser la zone de flexion perpendiculairement à l'axe de flexion; Maintenir les chanfreins de ligne, les variations de largeur et les porosités en dehors de la zone de flexion; Utiliser une grille de cuivre au lieu de cuivre solide; Câblage côte à côte à travers les couches adjacentes, "I - beaming"; Et de nombreuses suggestions similaires sur la conception de circuits flexibles, trop nombreuses pour être répertoriées ici. Consultez les publications publiques dans lectures recommandées pour plus de détails et de faits saillants de la conception. Conclusion selon l'avis de certains fabricants, la plupart des fabricants recommandent aux clients d'abandonner le flexboard rigide au profit du flexboard rigide. Parce que le premier augmente le coût de production de la carte PCB et ne peut pas répondre aux exigences de prix des clients. L'une des étapes clés de la réalisation d'une production à grande échelle de panneaux flexibles rigides consiste à impliquer les fabricants dans la production le plus tôt possible. Dans le même temps, nous pensons: « les trois principaux facteurs qui contribuent à l’augmentation du coût des panneaux flexibles rigides sont les matières premières, l’utilisation des plaques et le rendement. Si nous pouvons travailler avec les concepteurs au début du projet, nous pouvons les aider à réaliser des conceptions à faible coût et éviter des erreurs coûteuses. » lorsque vous choisissez un fournisseur de panneaux flexibles flexibles et / ou rigides, vérifiez le nombre de leurs principaux projets dans ce domaine. Connaissez leur niveau de compétence moyen pour déterminer à quel niveau se situent la plupart de leurs planches. Les planches que vous Concevez doivent être de milieu de gamme plutôt que de haut de gamme en termes de capacité de traitement, ce qui est particulièrement vrai pour le choix de plaques flexibles rigides. Une équipe idéale d'évaluation de la conception de panneaux rigides devrait être composée d'ingénieurs mécaniques et électroniques, de concepteurs de cartes PCB et d'ingénieurs d'usinage de cartes PCB. Les ingénieurs en mécanique comprennent les contraintes mécaniques dans les composants de systèmes. Les ingénieurs de processus de carte PCB de l'équipe peuvent étudier les changements de courbure et l'ajout de matériaux de renforcement, entre autres, pour modifier la quantité réelle de panneaux et les coûts de production. Gardez à l'esprit que le coût par carte PCB est inversement proportionnel au nombre d'images sur la carte. Si une carte de circuit imprimé flexible rigide ressemble à une araignée multipède et ne s'emboîte pas bien sur la carte, le coût par composant augmente considérablement. Si la décision est prise d'utiliser des plaques flexibles rigides pour fabriquer des cartes PCB, les concepteurs devraient être plus flexibles dans leur réflexion afin d'améliorer la production en série et de réduire les investissements.