Mit moderner Designsoftware können Sie Rigid-Flex-PCBs gestalten und animieren

Erstellt: Mai 7, 2018
Aktualisiert am: November 2, 2020

Flexible IC PCB

Rigid-Flex-Designs eröffnen Ihnen vielfältige Möglichkeiten zur Realisierung komplexer Formfaktoren auf begrenztem Raum. Bei korrekter Anwendung der Technologie können Sie sämtliche Innenwände eines beliebig geformten Chassis als Montageflächen für Ihre Leiterplatte(n) nutzen.

Wenn Sie Rigid-Flex-PCBs mit einer Designsoftware wie Altium Designer^® entwerfen, können Sie sich auf einfache Weise ein Bild davon machen, wie die einzelnen Leiterplattensegmente miteinander wechselwirken, sobald sie sich in der angestrebten gebogenen oder gefalteten Position befinden. So sorgen Sie bei der Produktion von Prototypen mit dem gewünschten Formfaktor für eine hohe Erstausbeute.

Der entsprechende Designprozess umfasst insgesamt sechs Schritte, die im Folgenden näher erläutert werden. Nachdem Sie sich mit diesen Prinzipien vertraut gemacht haben, können Sie jedes Rigid-Flex-Design realisieren – gleich welcher Form oder Komplexität.

In diesem Tutorial illustrieren wir die einzelnen Schritte des Designprozesses anhand des Vorgehens bei der Erstellung einer dreigeteilten Leiterplatte, deren äußere Segmente aus starren Materialien bestehen, während das mittlere Verbindungssegment flexibel ist.

^{Das Endprodukt des Designprozesses}

Gestaltung des Umrisses der Leiterplatte

Naheliegenderweise müssen Sie zunächst die allgemeine Form Ihrer Leiterplatte festlegen, bevor Sie sich der Segmentierung und der Zuweisung von starren oder flexiblen Materialien widmen können. Lassen Sie also die Materialunterschiede zwischen den einzelnen Segmenten für den Moment außer Acht und definieren Sie unter „View > Board Planning Mode“ zunächst einen Gesamtumriss.

In unserem Beispiel wählen wir, wie unten dargestellt, eine einfache rechteckige Leiterplattenform (die dann später in drei Segmente unterteilt wird).

^{Der festgelegte Umriss der Leiterplatte}

Wenn dies erledigt ist, müssen Sie im nächsten Schritt Lagenaufbauten für Ihr PCB definieren.

Definition von Lagenaufbauten

Der Layer Stack Manager bietet Ihnen nahezu endlose Möglichkeiten zur Erstellung von PCB-Schichten.

Wählen Sie über die Pfeilschaltfläche im linken unteren Bereich den Modus „Advanced“ und definieren Sie dann die nötigen Lagenaufbauten für Ihre Leiterplatte. In unserem Beispiel übernehmen wir die Standardeinstellungen, doch Sie können diese natürlich für Ihr Projekt beliebig verändern.

Durch einen Klick auf „Add Stack“ lässt sich ein neuer Lagenaufbau hinzufügen und mit einer Bezeichnung versehen. Wir geben unserem soeben erstellten Lagenaufbau den Namen „Flex 1“ und aktivieren die Checkbox „Flex“ im Bereich „Stack Properties“. Dadurch kann die Leiterplatte später korrekt animiert werden.

Das Ergebnis dieses Schritts stellt sich dann etwa folgendermaßen dar:

^{Lagenaufbau im Layer Stack Manager}

Sobald alle Lagenaufbauten definiert sind, wenden Sie sich wieder der Leiterplatte zu und unterteilen diese in Segmente, denen dann die gewünschten Lagenaufbauten zugewiesen werden können.

Segmentierung und Zuweisung von Lagenaufbauten

Um den einzelnen Bereichen Ihrer Leiterplatte Lagenaufbauten zuweisen zu können, müssen Sie das PCB zunächst mithilfe von Trennlinien segmentieren.

Rufen Sie dazu im Menü „Design“ die Aktion „Define Split Line“ auf und ziehen Sie dann die gewünschten Linien. Diese lassen sich nach erfolgter Platzierung mit intuitiv bedienbaren Funktionen modifizieren. Zur Illustration sehen Sie unten das Ergebnis der Segmentierung unseres Leiterplattendesigns:

^{Festgelegte Trennlinien}

Nachdem Sie Ihr PCB in passender Weise segmentiert haben, können Sie jedem einzelnen Bereich per Doppelklick einen Lagenaufbau zuweisen. In unserem Beispiel legen wir für rechte Segment den vorab definierten Schichtenaufbau „Rigid 1“ fest:

^{Zuweisung eines Lagenaufbaus zu einem Leiterplattensegment}

Nach Abschluss dieses Schrittes können Sie durch die Festlegung von Biegelinien bestimmen, wie sich Ihr PCB im Endzustand verformt.

Festlegung von Biegelinien

Unter „Design > Define Bend Line“ haben Sie die Möglichkeit, mithilfe von Linien Biegebereiche festzulegen, die in der Animation dann auf die gewünschte Weise verformt werden.

In unserem Beispiel legen wir mithilfe einer Biegelinie einen Biegebereich zwischen den beiden zuvor erstellten Segmentierungslinien fest:

^{Definierte Biegelinie}

Um den gewünschten Effekt zu erzielen, müssen wir die Werte der Biegelinie anpassen, was möglicherweise ein wenig Feintuning erfordert, jedoch nicht allzu aufwendig ist. In der Abbildung unten ist der entsprechende Dialog zu sehen, über den unter anderem der Biegewinkel und die Breite der Biegefläche eingestellt werden können.

Wechseln Sie hierfür zunächst in der linken Leiste zur Registerkarte „PCB“ und rufen Sie dann im Drop-down-Menü die Option „Layer Stack Regions“ auf. Danach wählen Sie in der Anzeige „Layer Stack“ Ihr Segment mit dem flexiblen Lagenaufbau aus. Durch einen Doppelklick auf Ihre vorab definierte Biegelinie öffnet sich nun das unten dargestellte Fenster, in das Sie Ihre gewünschten Werte eintragen können:

^{Anpassung der Werte einer Biegelinie}

Animation des Designs

Anschließend können Sie (durch Drücken der Taste „3“) den 3D Viewer aufrufen und Ihr Rigid-Flex-Design in Aktion erleben! Da das Umschalten zwischen 2D-Layout und 3D Viewer denkbar einfach ist, können Sie sämtliche Änderungen an Ihrem Design unmittelbar in dreidimensionaler Darstellung begutachten.

In der nachfolgenden Abbildung sehen Sie, was passiert, wenn Sie in der dreidimensionalen Ansicht den Schieberegler „Fold State“ betätigen:

^{Animierte Darstellung des Endprodukts in gebogenem Zustand}

In Altium lassen sich Rigid-Flex-PCBs mithilfe intuitiver Funktionen designen, gestalten und animieren. Damit sparen Sie Zeit und Aufwand bei der Bauteilplatzierung auf Leiterplatten mit kompakten, gebogenen Formfaktoren und können sicherstellen, dass Ihr Design nach der Fertigung tadellos funktioniert.

Wenn Sie mehr darüber erfahren möchten, wie Altium die Erstellung von Rigid-Flex-Designs unterstützt, können Sie sich für einen kostenlosen Test anmelden oder mit einem unserer Experten sprechen.