Navigieren durch Biegen und Falten im flexiblen Schaltungsentwurf

In der sich ständig weiterentwickelnden Welt des Elektronikdesigns gewinnen flexible Schaltungen weiterhin an Beliebtheit als transformative Lösung. Für einen Überblick über die vielen Vorteile von flexiblen Schaltungen und starren Flex-Konstruktionen finden Sie hier einen Link zu einem vorherigen Blog. Heute werden wir uns speziell auf einen der offensichtlichsten Vorteile konzentrieren: die Fähigkeit, diese Materialien zu biegen und zu falten. Wir werden mechanische, elektrische und Materialaspekte betrachten, die das Design flexibler Schaltungen prägen und sicherstellen, dass wir die Funktionalität und Zuverlässigkeit nicht beeinträchtigen, wenn wir Biegungen oder Falten in das PCB-Design einführen.

Es gibt mehrere Schlüsselelemente, die berücksichtigt werden müssen, um sicherzustellen, dass die Schaltung korrekt gefaltet, ausgerichtet und montiert werden kann, ohne Stress oder Schäden zu verursachen:

Definition von Faltungszonen: Identifizieren Sie die Bereiche, in denen die flexible Schaltung gefaltet werden muss. Diese sollten als „Faltungszonen“ im Dokumentationspaket klar definiert und im Layout markiert werden, um sicherzustellen, dass sie während der Herstellung und Montage klar erkannt werden.

Berechnung des Biegeradius:  Bestimmen Sie den minimalen Biegeradius basierend auf der Materialauswahl und dem Stapelaufbau und bestätigen Sie, dass dieser den branchenüblichen Richtlinien entspricht.  Der Biegeradius ist die Krümmung, die die Schaltung sicher tolerieren kann, ohne zu reißen, sich zu delaminieren oder übermäßigen Stress zu erleiden, der zu einem Ausfall führen könnte.

Als Beispiel, bei einer doppelseitigen Schaltung mit einer Gesamtdicke von 0,012 Zoll wäre der minimale Biegeradius 0,072 Zoll.

Obwohl flexible Materialien dazu ausgelegt sind, gebogen, gefaltet und gefaltet zu werden, gibt es eine Grenze für die Belastungen, die das Material aushalten kann, und das Überschreiten dieser Grenzen kann zu Delamination und Leiterbruch führen.  Standardrichtlinien sind:

Einseitige Konstruktion:  3-6x die Dicke der Schaltung

Doppelseitige Konstruktion: 6-10x die Dicke der Schaltung

Mehrlagige Konstruktion: 10-15x die Dicke der Schaltung

Dynamische Anwendung: 20-40x die Dicke der Schaltung

Freiraum und Toleranz:  Gestalten Sie Ihre Faltbereiche mit ausreichendem Freiraum, um den Biegeradius ohne Stress auf Leiterbahnen, Vias oder Komponenten zu ermöglichen.  Stellen Sie eine Pufferzone bereit, um Belastungen dieser Elemente beim Falten zu verhindern. 

Komponentenplatzierung: Vermeiden Sie es, Komponenten zu nah an Faltbereichen zu platzieren, um Schäden oder Stress beim Biegen zu verhindern. Halten Sie kritische Komponenten von diesen Bereichen fern.

Via-Platzierung: Vias sollten sorgfältig platziert werden, um kritische Biegebereiche zu vermeiden. Das Platzieren von Vias in den Biegezonen kann zu einer Stresskonzentration führen, die zum Ausfall führen kann.

Leiterbahnenführung: Versuchen Sie, Leiterbahnen wenn möglich senkrecht zur Biegerichtung zu führen und verwenden Sie in den Biegebereichen breitere Leiterbahnen, um den Stress über eine größere Fläche zu verteilen. Wechseln Sie nicht die Lagen im Biegebereich und vermeiden Sie überlappende Leiterbahnen zwischen den verschiedenen Lagen, um Stress zu minimieren.

Ausrichtungsmerkmale: Integrieren Sie Ausrichtungsmerkmale wie Kerben, Registrierungsmarken oder Löcher in Ihr Design, um beim Falten und Ausrichten während der Montage zu helfen. Diese Merkmale bieten eine visuelle Anleitung für die Montagearbeiter.

Simulation des gefalteten Zustands: Simulieren Sie den gefalteten Zustand der flexiblen Schaltung, um sicherzustellen, dass keine Leiterbahnen oder Komponenten überbeansprucht werden.

Prototypentest für das Falten: Erstellen Sie Testprototypen, um die flexible Schaltung physisch zu falten und zu entfalten. Dies wird helfen, das Design zu verifizieren und alle unvorhergesehenen Probleme mit dem Falten, der Ausrichtung oder der Komponenteninterferenz zu identifizieren.

Spannungskonzentrationspunkte:  Identifizieren Sie potenzielle Spannungspunkte wie scharfe Ecken oder Kanten in den Faltbereichen und ändern Sie das Design, um diese Spannungen zu minimieren.

Verstärkung der gefalteten Bereiche:  Abhängig vom Design des Flex-Schaltkreises sollten zusätzliche Schichten flexibler Materialien oder Verstärkungen in den gefalteten Bereichen in Betracht gezogen werden, um Spannungen zu verteilen und mechanische Unterstützung zu bieten.

Befestigungsmethoden:  Bestimmen Sie, wie alle gefalteten Abschnitte zusammengefügt werden.  Es gibt mehrere Optionen:  Klebebindung, Heißsiegeln und mechanische Befestigungselemente als Beispiel.

Dokumentation:  Dokumentieren Sie den Faltprozess klar, einschließlich schrittweiser Anweisungen und visueller Hilfsmittel für das Montageteam.  Dies sollte adressieren, wie der Schaltkreis zu falten, die Abschnitte auszurichten und sie zusammenzusichern sind.

Kommunikation mit Ihrem Hersteller:  Arbeiten Sie eng mit Ihrem Hersteller von flexiblen Schaltkreisen zusammen, um die Anforderungen an das Falten und den Montageprozess zu besprechen.  Ihre Expertise und Vorschläge stammen aus jahrelanger Erfahrung, und sie sollten gerne Unterstützung anbieten.

Bei der Gestaltung flexibler Schaltungen ist die Kunst, Biege- und Faltbereiche zu navigieren, ein wahrer Beweis für die Notwendigkeit, Kreativität und Präzision zu verschmelzen. Die oben genannte Liste erfasst eine Liste von „Best Practices“, um die mechanischen und elektrischen Anforderungen eines Designs auszugleichen. Es wäre fantastisch, wenn das einfache Befolgen dieser Richtlinien zu einem voll funktionsfähigen flexiblen Schaltungsentwurf im ersten Anlauf führen würde. In der „realen Welt“ gibt es viele Dinge, die das erfolgreiche Navigieren der Belastungen auf der flexiblen Schaltung, während sie gebogen und gefaltet wird, beeinflussen können. Wenn die Dinge nicht wie geplant mit den ersten Prototypen verlaufen, stützen Sie sich auf Ihren PCB-Hersteller für Ratschläge. Je mehr Informationen mit ihnen geteilt werden können, einschließlich Bilder und Videos der vollständigen Boxmontage, desto besser können sie Lösungen vorschlagen. Vielleicht müssen die Materialien angepasst werden, vielleicht ist ein Button-Plate-Verfahren für dieses spezifische Design erforderlich ... ihre hart erkämpfte Erfahrung bietet viele Optionen in ihrer Werkzeugkiste.