Co warto wiedzieć o projektowaniu sztywno-giętkich PCB?

Płytki PCB (ang. Printed Circuit Board) są jednym z najpopularniejszych elementów współczesnej techniki. Po raz pierwszy wynalezione w środku lat 20', szybko dowiodły swojej niezawodności, stabilności i wydajności. Obecnie płytki drukowane mają bardzo szerokie zastosowanie – począwszy od zabawek, przez smartfony, komputery osobiste, samochody a skończywszy na statkach kosmicznych. Co więcej zapotrzebowanie na nie stale wzrasta, gdyż co rusz jesteśmy zaskakiwani nowinkami.

 

Większość czytelników najpewniej zaznajomiona jest z tradycyjnym PCB składającym się z laminatu pokrytego cienką warstwą miedzi. Istnieją jednak inne rodzaje PCB w szczególności takie, które łączą różne materiały, jak np. typ sztywno-elastyczny (ang. Rigid-Flex).

Rigid-Flex jest nie tylko połączeniem tradycyjnych płytek PCB z elastycznymi komponentami. Może on składać się z wielu elementów obu rodzajów ułożonych w konstrukcji wielowarstwowej. Innymi słowy, o płytce Rigid-Flex można myśleć nie jak o połączeniu jednej lub dwóch płytek wykonanych z różnych materiałów, lecz jak o spójnej strukturze składającej się z wielu sztywnych i elastycznych komponentów.

1 - Wybór materiału

Elementy sztywne i elastyczne są stosowane jednocześnie, aby w różnym stopniu korzystać z zalet obu rodzajów. Wymaga to zastosowania różnych materiałów charakteryzujących się zupełnie odmiennymi cechami. W dodatku należy pamiętać, że sam materiał może być użyty w różnym stopniu zależnie od wymagań klienta i rodzaju produktu końcowego.

Zanim rozpocznie się masową produkcję, dobrze jest skontaktować się z producentem i zapoznać się z oferowanymi przez niego materiałami. Warto przy tym zwrócić uwagę na aspekty takie jak:

  • wymagania mechaniczne,
  • niezależność kontroli nad sztywnymi i elastycznymi częściami,
  • możliwość lutowania bezołowiowego,
  • promień gięcia.

2 - Różnice w szerokości ścieżek

W świecie elektroniki ścieżkę można opisać jako odpowiednik przewodu w układzie elektronicznym. Sama ścieżka składa się z cienkiej wstążki miedzi, która w procesie produkcyjnym powstała na etapie wytrawiania. W projektowanych układach czasem zachodzi potrzeba zmiany szerokości ścieżki. W takiej sytuacji lepiej jest dokonać zmiany w sposób ciągły niż raptowny. Choć może wydać się to nieistotne, to przy dużej zmianie szerokości ścieżki, powstaje "słabe ogniwo", które narażone jest na uszkodzenia, a co za tym idzie osłabia wytrzymałość całego obwodu.

3 - Liczba warstw

Większość z czytelników zaznajomiona jest z płytkami jedno lub dwuwarstwowymi. W zależności od zastosowania płytki PCB mogą jednak występować w wariantach o większej liczbie warstw. W kontekście płytek Rigid-Flex liczba warstw wpływa na stopień sztywności i elastyczności obwodu. Stąd, aby zachować maksymalną możliwą elastyczność zaleca się stosowanie maksymalnie 2 warstw.

4 - Współczynnik kosztów

Unikatowość tego rodzaju płytek sprawia, że znajdziemy je na wyższym końcu współczynnika kosztów. Stąd wszelkie wymagania, które należy wziąć pod uwagę na etapie projektowania, również będą wymagały uwzględnienia większych kosztów. Dobrą radą jest zaplanowaniu rozsądnego budżetu, tak by był on w stanie pokryć wydatki związane z produkcją.

5 - Natura gięcia

Istotą elastycznych fragmentów płytki Rigid-Flex jest możliwość wygięcia jej w gładki łuk, tak by nie powstały ostre załamania. Na ogół miedziane ścieżki najlepiej sprawdzają się, gdy są umieszczone pod kątem prostym do elastycznego obwodu. Jeżeli jednak zagięcie jest nieuniknione to dobrym wyborem jest wykonanie zagięcia o stożkowym promieniu gięcia (ang. conical radius bend).

6 - Ocena jakości produkcji

Producent PCB musi posiadać wymagane umiejętności, doświadczenie i wiedzę w zakresie wytwarzania płytek Rigid-Flex. Aby ocenić jakość świadczonych usług, należy zwrócić uwagę na to:

  • jakie są istniejące produkty,
  • jakie jest doświadczenie wytwórcy,
  • kim są odbiorcy produktów,
  • jaka jest jakość zakładu produkcyjnego.

7 - Spełnienie normy IPC-2223

W branży obwodów drukowanych istnieje norma regulująca jakość wykonywanych płytek znana jako IPC-2223. Choć nie standaryzuje ona sposobu wytwarzania PCB, to jest ona pewnym punktem odniesienia. Została zaakceptowana przez przedsiębiorstwa wytwarzające obwody drukowane, stąd porównując standardy narzucone w normie IPC-2223 z rzeczywistym produktem można ocenić jakoś oferowanych usług i stąd, mieć pewność, że producent dostarczy nam to czego oczekujemy.

8 - Zakrzywione ścieżki

Popularną metodą manipulowania elastycznością obwodu jest tworzenie zakrzywionych ścieżek (czyli ścieżek, które zostały tak zaprojektowane, aby mieć pewien stopień zakrzywienia). Dzięki temu zapewniona jest wytrzymałość obwodu oraz jego wewnętrzna spójność. Gdyby jednak dopuścić ścieżki o ostrych łamaniach, mogłoby to spowodować pęknięcia w obwodzie.

9 - Integralność sztywnych i elastycznych interfejsów

Biorąc pod uwagę, że płytka Rigid-Flex składa się z 2 oddzielnych części, połączonych w pewnych punktach, ważne jest, aby zwrócić szczególną uwagę na zabezpieczenie połączeń. Sztywna część obwodu zachowuje stabilność, lecz elastyczna, na skutek ciągłych wygięć może odseparować się od sztywnej płytki. Jest zatem ważne aby łączenia w płytce były możliwie jak najbardziej zabezpieczone.

Podsumowanie

Powyższa lista zawiera najważniejsze aspekty projektowania płytki Rigid-Flex, które należy wziąć pod uwagę. Poza tym są dodatkowe czynniki, zależne od konkretnego projektu, które również trzeba rozważyć. Sprawdź też wpis podpowiadający kiedy należy użyć elastycznej, a kiedy sztywno-elastycznej PCB - artykuł na stronie PCB ONLINE LIMITED.


Sponsorowany wpis gościnny od firmy PCB ONLINE LIMITED.

PCB ONLINE LIMITED jest rozwijającym się wytwórcą profesjonalnych obwodów (tradycyjnych oraz elastycznych) mający swoją siedzibę w Chinach. Głównym celem firmy jest produkcja zaawansowanych, specjalistycznych płytek drukowanych. PCB ONLINE LIMITED ma doświadczenie (zarówno naukowe jak i technologiczne) w produkcji obwodów dla telekomunikacji, telefonii komórkowej czy militariów.

Sprawdź ofertę firmy »