Erreurs courantes de conception de circuits flexibles et comment les corriger

La capacité à plier, fléchir et plier sont l'un des principaux avantages des matériaux de circuits flexibles et bien qu'il existe plusieurs exemples de conceptions de circuits flexibles qui résistent à des centaines de milliers voire des millions de flexions, la réalité est que les conceptions qui fléchissent dynamiquement ont souvent été mises à jour de nombreuses fois avant d'atteindre des performances optimales. La bonne nouvelle pour les concepteurs novices en matière de conceptions de circuits flexibles est que la plupart des applications de circuits flexibles ne demandent pas des paramètres de performance aussi rigoureux et l'application de quelques recommandations communes pour améliorer la durée de vie en flexion d'une conception mènera souvent à des conceptions de circuits flexibles très fiables avec un minimum de modifications. Dans le blog d'aujourd'hui, examinons certaines des erreurs de conception les plus courantes qui peuvent conduire à la fissuration ou la rupture des pistes de circuit et comment les corriger. L'équipe de American Standard Circuits fait les recommandations suivantes et a fourni toutes les images utilisées ici.

Les erreurs de conception les plus courantes proviennent du stress ajouté dans les zones de pliage et de flexion :   

• Les pistes peuvent se briser ou se fissurer lorsque des angles vifs sont utilisés dans le routage des pistes, en particulier dans les régions de pliage où le circuit est le plus sollicité.

• Ne pas ajouter de gouttes de larme à l'interface pad-piste.

• Placer des vias là où le flex se plie ou à l'arête de l'interface du renfort là où le circuit est davantage sollicité.

• Ne pas capturer le SMT et les pads non supportés, ce qui peut conduire au soulèvement du pad pendant l'assemblage.

• Plier, plier ou fléchir les circuits imprimés flexibles au-delà de leurs points de stress.

La plupart des concepteurs de circuits imprimés ont commis une ou toutes ces erreurs courantes alors qu'ils naviguaient dans la courbe d'apprentissage des subtilités de la conception d'un circuit imprimé qui va se plier et se plier.

Évitez les angles vifs lors du routage des pistes et évitez les transitions dans les zones de flexion :

Ajoutez des éperons d'ancrage et des arrondis de pad à l'interface piste-pad :

L'interface piste-pad peut être l'un des points les plus faibles dans une conception de circuit flexible et une zone sujette à la rupture, à la fissuration et au soulèvement potentiel pendant les opérations de soudage et d'assemblage. Vous pouvez voir dans les exemples ci-dessus que les conceptions « robustes » utilisant des éperons d'ancrage et des arrondis de pad augmentent significativement la quantité de cuivre capturée par le revêtement et augmentent la surface au niveau de l'interface pad-piste, augmentant la résistance du pad. De nombreuses conceptions nécessitent des largeurs de conducteur étroites pour passer à travers un champ de connecteur ; cette largeur de conducteur étroite est souvent utilisée dans toute la conception du circuit flexible. Prendre le temps d'augmenter les largeurs améliorera les rendements de fabrication et la fiabilité globale. Une note à part, cela est important même dans les conceptions qui ne sont pas dynamiquement flexibles en utilisation finale. Les matériaux fins et flexibles sont sujets aux mouvements et aux contraintes pendant les processus de fabrication standard.

Évitez de placer des vias là où le circuit flexible est destiné à se plier ou au bord d'une interface rigide-circuit :

« Capturer » les pads SMT et non supportés pour éviter le soulèvement pendant les opérations d'assemblage :

La méthode offrant la plus grande capacité de capture des pads consiste à « capturer » la zone du pad avec une couche de revêtement percé. Une couche de polyimide et d'adhésif est pré-percée et collée au matériau de base flexible. Il y a quelques points à prendre en compte en utilisant cette méthode. Premièrement, lorsque l'adhésif est collé, il va « s'échapper » dans la zone du pad prévue et cela doit être pris en compte lors de la conception et de la fabrication. Deuxièmement, à mesure que les zones de pad deviennent plus serrées, cette méthode devient de plus en plus difficile. Les tolérances de positionnement et l'échappement de l'adhésif peuvent effectivement réduire l'anneau annulaire soudable et violer les spécifications.

Une autre option consiste à utiliser un revêtement photo-imageable, un processus très similaire au masque de soudure de carte de circuit imprimé traditionnelle utilisant des matériaux spécifiquement conçus pour être flexibles. Cette méthode se prête à des tolérances serrées et à des pads « carrés ». L'inconvénient de cette méthode est que ces matériaux, bien que flexibles, ne sont pas aussi flexibles que le revêtement en polyimide et peuvent ne pas être acceptables pour toutes les applications. Si vous avez des géométries serrées qui ne se prêtent pas au traitement par revêtement percé, consultez votre fabricant pour des options supplémentaires.

Utilisez des directives établies pour plier, plier ou courber des matériaux flexibles :

Bien que les matériaux flexibles soient conçus pour être pliés, flexés et pliés, il y a une limite aux contraintes que le matériel peut supporter. Dépasser ces limites peut entraîner une délamination et une fracture du conducteur. Les directives standards sont :

Construction à simple face : 3-6 fois l'épaisseur du circuit

Construction à double face : 6-10 fois l'épaisseur du circuit

Construction multicouche : 10-15 fois l'épaisseur du circuit

Application dynamique : 20-40 fois l'épaisseur du circuit

Par exemple, pour un circuit double face d'une épaisseur totale de 0,012 pouce, le rayon de courbure minimum serait de 0,072 pouce.

Ce ne sont là que quelques-unes des meilleures pratiques pour la conception de circuits imprimés flexibles. Une excellente ressource pour en savoir plus est l'e-book récemment publié par ASC, « The Companion Guide To……Flex and Rigid-Flex Fundamentals. Ce guide compagnon approfondit ces pratiques et d'autres. i007ebooks.com/flexcg