Opciones de expansión para rígido

Sep 08, 2023

Ken Gadia | 10 de marzo de 2023

La creación de productos electrónicos en factores de forma no convencionales con alta densidad de empaquetado es posible gracias a los diseños de circuitos tridimensionales que utilizan placas de circuito impreso (PCB) flexibles y rígido-flexibles. Las aplicaciones avanzadas en dispositivos médicos, automóviles y sistemas aeroespaciales dependen en gran medida de la flexibilidad y estabilidad que ofrecen los circuitos impresos flexibles (FPC). Estos beneficios también los han hecho populares en la industria de los dispositivos portátiles y en la electrónica en miniatura. El rápido progreso en los materiales de las placas y las tecnologías de fabricación ha permitido innumerables configuraciones en los diseños de PCB flexibles y rígido-flexibles.

Según la capacidad de flexión requerida de su producto, puede elegir PCB flexibles o rígido-flexibles para su diseño. La complejidad involucrada en acomodar múltiples funciones exigirá capas de señal más altas en el apilamiento de PCB. Una cinta flexible transfiere la señal entre las placas y presenta una pila similar a la sección rígida. Mediante el uso de las últimas herramientas de diseño y diseño, puede crear fácilmente la acumulación necesaria para su producto. Comienza desde una estructura simétrica de capas uniformes hasta una construcción avanzada de capa flexible con espacio de aire. Discutiremos algunas de las configuraciones que se utilizan en los diseños electrónicos actuales.

Una placa de circuito impreso rígido-flexible simple comienza con dos capas rígidas y una flexible. Esta configuración solo puede proporcionar funciones limitadas y apenas se usa en los dispositivos actuales. Una estructura más típica incluye cuatro capas rígidas con dos capas flexibles. La Tabla 1 representa una acumulación simétrica de capas uniformes que puede admitir trazas controladas por impedancia.

FR4 es el material de aislamiento rígido de uso común para PCB. IPC 2221 proporciona una lista de materiales sugeridos basados ​​en las clasificaciones de productos. Las cintas están hechas de poliimida flexible. Son más delgados en comparación con las placas que conectan. Pero su apilamiento será similar a las capas internas de la PCB rígida. La cubierta en el área flexible tiene la misma funcionalidad que la máscara de soldadura de la sección rígida. Una máscara de soldadura de imágenes fotográficas líquidas (LPI) se usa ampliamente en la fabricación de PCB rígido-flexibles.

Cuatro capas rígidas con dos capas flexibles

RÍGIDO

DOBLAR

RÍGIDO

Máscara para soldar

Máscara para soldar

Cobre CAPA 1

Cobre CAPA 1

Sustrato FR4

Sustrato FR4

preimpregnado

cubierta

preimpregnado

Adhesivo de revestimiento

Cobre CAPA 2

Cobre CAPA 1

Cobre CAPA 2

Núcleo de poliimida - Sin adhesivo

Núcleo de poliimida - Sin adhesivo

Núcleo de poliimida - Sin adhesivo

Cobre CAPA 3

Cobre CAPA 2

Cobre CAPA 3

preimpregnado

Adhesivo de revestimiento

preimpregnado

cubierta

Sustrato FR4

Sustrato FR4

Cobre CAPA 4

Cobre CAPA 4

Máscara para soldar

Máscara para soldar

tabla 1

En la Tabla 1 anterior, hay cuatro capas de señal en la sección rígida y dos capas de señal en la sección flexible. Puede haber hasta 20 capas rígidas y alrededor de seis capas flexibles en cualquier diseño de PCB rígido-flexible de uso general.

Se puede notar que las capas flexibles se colocan exactamente en el centro de la pila para construir un diseño simétrico. Esto se prefiere para lograr la estabilidad mecánica de la PCB. Aunque algunas aplicaciones requieren estructuras asimétricas, un apilamiento equilibrado puede minimizar los posibles problemas de torsión o deformación de la placa.

Los conectores de fuerza de inserción cero (ZIF) se utilizan a menudo para enganchar cables planos delicados como los cables FPC. Para evitar un circuito flexible separado para conectores ZIF, puede extender directamente su diseño con una construcción de cola ZIF. Esto ahorra una buena cantidad de espacio en áreas rígidas de PCB y mejora la conectividad de la señal.

Si considera el mismo ejemplo de una acumulación simétrica de capas uniformes que tiene cuatro capas rígidas con dos capas flexibles, puede modificar la sección derecha de la acumulación para integrar una construcción de cola ZIF como se muestra en la Tabla 2 a continuación.

Cuatro capas rígidas con dos capas flexibles y contactos ZIF

RÍGIDO

DOBLAR

Construcción de cola ZIF

Máscara para soldar

Cobre CAPA 1

Refuerzo de poliimida

Sustrato FR4

Adhesivo

preimpregnado

cubierta

cubierta

Adhesivo de revestimiento

Adhesivo de revestimiento

Cobre CAPA 2

Cobre CAPA 1

Cobre CAPA 1

Núcleo de poliimida - Sin adhesivo

Núcleo de poliimida - Sin adhesivo

Núcleo de poliimida - Sin adhesivo

Cobre CAPA 3

Cobre CAPA 2

Cobre CAPA 2

preimpregnado

Adhesivo de revestimiento

cubierta

Sustrato FR4

Cobre CAPA 4

Máscara para soldar

Tabla 2

Las especificaciones del conector ZIF definen una estricta tolerancia dimensional para la colocación precisa de los dedos de contacto. En esta configuración se puede acomodar un máximo de cuatro capas flexibles. Pero una o dos capas flexibles se usan comúnmente en el diseño. Se incluye un refuerzo de poliimida con un espesor de alrededor de 0,05 mm a 0,20 mm para cumplir con los requisitos de espesor ZIF.

Los PCB rígido-flexibles se pueden diseñar con diferentes métodos de blindaje para proteger productos como teléfonos celulares, máquinas de resonancia magnética y sistemas de radar contra radiaciones EMI externas. Una configuración de este tipo con una capa de película protectora se muestra en la Tabla 3 a continuación. De nuevo se considera aquí la configuración con cuatro capas rígidas con dos capas flexibles. La capa de película protectora se lamina a la superficie externa de la cubierta bajo calor y presión. Este método es más barato y más popular en comparación con las técnicas de protección con capa de cobre o tinta plateada.

Cuatro capas rígidas con capas flexibles blindadas

RÍGIDO

DOBLAR

RÍGIDO

Máscara para soldar

Máscara para soldar

Cobre CAPA 1

Cobre CAPA 1

Sustrato FR4

Capa de escudo

Sustrato FR4

preimpregnado

cubierta

preimpregnado

Adhesivo de revestimiento

Cobre CAPA 2

Cobre CAPA 1

Cobre CAPA 2

Núcleo de poliimida - Sin adhesivo

Núcleo de poliimida - Sin adhesivo

Núcleo de poliimida - Sin adhesivo

Cobre CAPA 3

Cobre CAPA 2

Cobre CAPA 3

preimpregnado

Adhesivo de revestimiento

preimpregnado

cubierta

Sustrato FR4

Capa de escudo

Sustrato FR4

Cobre CAPA 4

Cobre CAPA 4

Máscara para soldar

Máscara para soldar

Tabla 3

El creciente número de capas de señal afecta la capacidad de flexión de las PCB rígido-flexibles. Pero para conservar los beneficios de la flexibilidad y el costo reducido, IPC recomienda configurar dos o más capas flexibles juntas como un solo conjunto. Tal configuración se conoce como construcción de espacio de aire y elimina los adhesivos flexibles en las áreas rígidas de la PCB. Los conjuntos flexibles se doblan por separado con esta configuración y minimizan los problemas de inconsistencia de los orificios de paso.

La Tabla 4 muestra una configuración rígido-flexible con la construcción de entrehierro. Incluye un apilamiento con seis capas rígidas y cuatro capas flexibles. Cada par de capas flexibles se agrupa con una capa de cobertura en ambos lados. Se construye un espacio de aire entre los dos pares de capas flexibles según las pautas IPC 2223. La prueba de esfuerzo de interconexión de IPC ha establecido con éxito una mayor confiabilidad de una PCB rígido-flexible con la construcción de espacio de aire al someter una placa de muestra a ciclos de temperatura rápidos.

Aunque este proceso agrega una capa adicional en ambos lados de los pares flexibles, los beneficios de un mayor rendimiento y un rendimiento confiable hacen que valga la pena implementarlo.

Seis capas rígidas con cuatro capas flexibles con construcción de espacio de aire

RÍGIDO

DOBLAR

RÍGIDO

Máscara para soldar

Máscara para soldar

Cobre CAPA 1

Cobre CAPA 1

Sustrato FR4

Sustrato FR4

preimpregnado

cubierta

preimpregnado

Adhesivo de revestimiento

Cobre CAPA 2

Cobre CAPA 1

Cobre CAPA 2

Núcleo de poliimida - Sin adhesivo

Núcleo de poliimida - Sin adhesivo

Núcleo de poliimida - Sin adhesivo

Cobre CAPA 3

Cobre CAPA 2

Cobre CAPA 3

preimpregnado

Adhesivo de revestimiento

preimpregnado

cubierta

ENTREHIERRO

cubierta

Adhesivo de revestimiento

Cobre CAPA 4

Cobre CAPA 3

Cobre CAPA 4

Núcleo de poliimida - Sin adhesivo

Núcleo de poliimida - Sin adhesivo

Núcleo de poliimida - Sin adhesivo

Cobre CAPA 5

Cobre CAPA 4

Cobre CAPA 5

preimpregnado

Adhesivo de revestimiento

preimpregnado

cubierta

Sustrato FR4

Sustrato FR4

Cobre CAPA 6

Cobre CAPA 6

Máscara para soldar

Máscara para soldar

Tabla 4

Todas las configuraciones discutidas hasta ahora son principalmente construcciones simétricas y en capas uniformes. Pero también es posible construir una pila de capas impares. Las aplicaciones que requieren configuraciones GND-SIGNAL-GND para blindaje de doble cara en áreas flexibles pueden adoptar preferentemente la estrategia de capas impares. Esto reduce el costo de diseño y mejora la capacidad de flexión.

En lugar de colocar capas flexibles en el centro de la acumulación, se pueden desplazar hacia arriba o hacia abajo para obtener un diseño asimétrico. Tal configuración puede emplearse si un diseño tiene requisitos de espesor dieléctrico variables. Pero la configuración desequilibrada afectará la resistencia mecánica de la placa, por lo que la placa debe estar debidamente sujeta durante el proceso de montaje.

También son viables los diseños con diferentes grosores de área rígida o diferentes capas flexibles. Muchos fabricantes de PCB ofrecen diversas configuraciones de PCB rígidas y flexibles, como paneles separables, revestimiento de bordes, formatos de encuadernación, etc.

Hay varias configuraciones de diseño alternativas posibles en PCB rígido-flexibles. Puede implementar múltiples funcionalidades con una densidad de circuito mejorada y un empaque excelente. Un fabricante experimentado de placas de circuito impreso rígidas y flexibles puede sugerir una configuración factible y rentable para sus requisitos de diseño.

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