Расширение возможностей для жестких систем

Кен Гадиа | 10 марта 2023 г.

Создание электроники нетрадиционных форм-факторов с высокой плотностью упаковки возможно благодаря трехмерному проектированию схем с использованием гибких и жестко-гибких печатных плат (PCB). Передовые применения в медицинских приборах, автомобилях и аэрокосмических системах во многом зависят от гибкости и стабильности, обеспечиваемых гибкими печатными схемами (FPC). Эти преимущества также сделали их популярными в индустрии носимых устройств и миниатюрной электроники. Быстрый прогресс в материалах плат и технологиях производства позволил создать множество конфигураций гибких и жестко-гибких печатных плат.

В зависимости от требуемой гибкости вашего продукта вы можете выбрать для своего проекта гибкую или жестко-гибкую печатную плату. Сложность, связанная с размещением нескольких функций, потребует более высоких уровней сигнала в стеке печатной платы. Гибкая лента передает сигнал между платами и имеет тот же набор элементов, что и жесткая секция. Используя новейшие инструменты дизайна и макетирования, вы можете легко создать необходимую структуру для своего продукта. Все начинается с равномерной симметричной структуры и заканчивается усовершенствованной конструкцией гибких слоев с воздушным зазором. Мы обсудим некоторые конфигурации, которые используются в современных электронных конструкциях.

Простая жестко-гибкая печатная плата начинается с двух жестких и одного гибкого слоев. Такая конфигурация может предоставлять лишь ограниченные возможности и практически не используется в современных гаджетах. Более типичная структура включает четыре жестких слоя и два гибких слоя. В таблице 1 представлена ​​равномерная симметричная схема, которая может поддерживать трассы с управляемым импедансом.

FR4 — широко используемый жесткий изоляционный материал для печатных плат. IPC 2221 предоставляет список рекомендуемых материалов на основе классификации продуктов. Ленты изготовлены из гибкого полиимида. Они тоньше по сравнению с платами, которые они соединяют. Но их структура будет аналогична внутренним слоям жесткой печатной платы. Покрытие в гибкой зоне выполняет те же функции, что и паяльная маска жесткой секции. Припойная маска с жидким фотоизображением (LPI) широко используется при изготовлении жестко-гибких печатных плат.

Четыре жестких слоя и два гибких слоя

ЖЕСТКИЙ

ГИБКИЙ

ЖЕСТКИЙ

Паяльная маска

Паяльная маска

Медь СЛОЙ 1

Медь СЛОЙ 1

Субстрат FR4

Субстрат FR4

Препрег

Обложка

Препрег

Клей для покрытия

Медный СЛОЙ 2

Медь СЛОЙ 1

Медный СЛОЙ 2

Полиимидный сердечник - без клея

Полиимидный сердечник - без клея

Полиимидный сердечник - без клея

Медный СЛОЙ 3

Медный СЛОЙ 2

Медный СЛОЙ 3

Препрег

Клей для покрытия

Препрег

Обложка

Субстрат FR4

Субстрат FR4

Медный СЛОЙ 4

Медный СЛОЙ 4

Паяльная маска

Паяльная маска

Таблица 1

В приведенной выше таблице 1 имеется четыре сигнальных слоя в жесткой секции и два сигнальных слоя в гибкой секции. В любой обычно используемой жестко-гибкой конструкции печатной платы может быть до 20 жестких слоев и около шести гибких слоев.

Можно отметить, что гибкие слои размещаются точно в центре стопки, чтобы создать симметричную конструкцию. Это предпочтительно для достижения механической стабильности печатной платы. Хотя некоторые приложения требуют асимметричных структур, сбалансированная сборка может свести к минимуму возможные скручивания платы или проблемы с короблением.

Разъемы с нулевым усилием вставки (ZIF) часто используются для фиксации тонких ленточных кабелей, таких как кабели FPC. Чтобы избежать отдельной гибкой схемы для разъемов ZIF, вы можете напрямую расширить свою конструкцию с помощью хвостовика ZIF. Это экономит много места на жестких участках печатной платы и улучшает передачу сигналов.

Рассматривая тот же пример ровной многослойной симметричной стопки, имеющей четыре жестких слоя и два гибких слоя, вы можете изменить правую часть стопки, чтобы интегрировать хвостовую конструкцию ZIF, как показано в Таблице 2 ниже.