Assemblage de circuits flexibles : Réfléchir au placement des composants

Comme vous pouvez l'imaginer, les circuits flexibles sont idéaux pour les applications nécessitant un PCB fin, petit et léger. En raison de la nature fine et légère des matériaux, ils présentent également des défis pour la fabrication et l'assemblage. Le blog d'aujourd'hui va donner un aperçu de haut niveau de certains de ces défis et se concentrer sur la sélection et le placement des composants et comment cela peut faire ou défaire le circuit flexible en application.

Placement dans les PCB flexibles

Les concepteurs de PCB devraient considérer attentivement le placement des composants lors de la conception de circuits flexibles, car la flexibilité du substrat introduit des défis uniques pendant la fabrication et l'assemblage. Un mauvais placement et orientation des composants par rapport aux régions de flexion crée un défi de fiabilité, tant dans le cas du flex statique que dynamique.

Voici les principales considérations et risques à garder à l'esprit :

Type et taille des composants

• Choisissez des composants adaptés aux circuits flexibles, en tenant compte de leur taille, poids et robustesse mécanique. Les composants grands ou lourds comme les gros processeurs ou composants d'électronique de puissance (inducteurs, transformateurs, etc.) introduiront un stress supplémentaire lors de la flexion. (Nous entrerons dans ce détail ci-dessous)

Emplacement des joints de soudure

• Les régions flexibles ne doivent pas être situées près des joints de soudure afin d'éviter un stress excessif et des fissures lors de la flexion. Les joints de soudure inflexibles peuvent se fracturer lorsque le circuit se plie, conduisant à des défaillances électriques.

Routage des pistes flexibles

• Routez les pistes dans les régions de flexion avec des courbes douces et éloignez les virages serrés des régions de flexion. Les virages serrés pourraient se rompre plus facilement que les pistes courbées lors de la flexion.

Renforts et supports

• Intégrez stratégiquement des renforts pour fournir un support supplémentaire dans les zones sujettes au stress mécanique. Les exemples incluent les régions avec de grands composants, les connecteurs de mezzanine et les connecteurs de carte à carte.

SMT ou traversant

• Les composants SMT sont les plus couramment utilisés dans les PCB flexibles, mais parfois des composants traversants sont utilisés. Les composants traversants peuvent ne pas avoir assez de surface de patte en cuivre pour former des liaisons solides et doivent donc être placés dans des régions avec des renforts.

Prototypage et tests

• Prototypez des circuits flexibles pour valider le placement des composants, la flexion, la fiabilité thermique et la fiabilité mécanique. Assurez-vous de qualifier la conception flexible dans une application MCAD, ou même dans une simulation de stress dynamique. Ne pas analyser le stress dynamique peut entraîner des défaillances inattendues pendant ou après l'assemblage.

En tenant compte de ces considérations, les concepteurs de PCB peuvent atténuer les risques associés à la fabrication de circuits flexibles et s'assurer que les composants conçus peuvent résister aux défis uniques posés par la flexibilité des matériaux du circuit.

Taille

• Miniaturisation : Optez pour des composants de plus petite taille, lorsque c'est possible, car ils distribuent moins de masse et réduisent le risque d'introduire des points de stress lors de la flexion.

• Taille du Package : Choisissez des composants avec des tailles de package compactes pour minimiser l'impact sur la flexibilité globale du circuit.

Poids

• Matériaux Légers : Privilégiez les matériaux légers pour les composants, surtout pour les applications où le poids est un facteur critique. Les composants lourds peuvent augmenter le stress global sur le circuit flexible lors de la flexion.

• Composants à Profil Bas : Sélectionnez des composants à profil bas pour minimiser la masse et la hauteur, réduisant ainsi le potentiel de stress mécanique.

Robustesse Mécanique

• Conceptions Flexibles : Concevez en tenant compte de la robustesse mécanique pour garantir que le produit final puisse supporter les contraintes mécaniques associées à la flexion sans se briser ou se déformer.

• Renforcement : Envisagez de renforcer les zones autour des composants qui sont sujets au stress mécanique, soit par des couches de substrat supplémentaires, soit par des raidisseurs placés stratégiquement.

Les composants larges ou lourds peuvent introduire un stress supplémentaire lors de la flexion, conduisant à des problèmes de fiabilité.

Concentration de Stress

• Stress Mécanique : Les composants larges ou lourds peuvent créer des points de concentration de stress lors de la flexion, pouvant entraîner des fissures dans les joints de soudure, les pistes ou le substrat flexible. L'augmentation du stress mécanique peut entraîner des problèmes de fiabilité à long terme, y compris la fatigue ou le délaminage du circuit flexible.

Impact sur la Flexibilité

• Flexibilité Réduite : Les composants lourds peuvent limiter la flexibilité globale du circuit, rendant plus difficile pour le circuit de se conformer à la forme souhaitée ou au rayon de courbure. La flexibilité restreinte peut affecter la performance du circuit flexible, surtout dans les applications où la flexion répétée est une exigence.

Défis d'Assemblage

• Gestion des difficultés : Les composants volumineux ou lourds peuvent poser des défis lors du processus d'assemblage, nécessitant une manipulation soigneuse et un équipement spécialisé. Le poids des composants peut affecter la qualité des joints de soudure, pouvant entraîner des problèmes tels que la fissuration des joints de soudure ou le désalignement.

Compatibilité des matériaux

• Contrainte du matériau : Les composants lourds peuvent causer une contrainte sur le matériau du substrat flexible, affectant ses propriétés mécaniques au fil du temps. Une contrainte continue peut contribuer à la fatigue du matériau, réduisant la durée de vie globale et la fiabilité du circuit flexible.

Itérations de conception

• Prototypage : Pour atténuer les risques à long terme, réalisez des prototypes en mettant l'accent sur l'évaluation de la performance des composants volumineux ou lourds lors de la flexion.

En considérant attentivement le type, la taille et les caractéristiques mécaniques des composants, les concepteurs de PCB peuvent optimiser les conceptions de circuits flexibles pour garantir la fiabilité et la performance, particulièrement dans les applications où la flexibilité est critique. Comme toujours, collaborer avec les fabricants durant la phase de conception peut aider à identifier et à adresser les problèmes potentiels associés au placement des composants sur les circuits flexibles.