Naviguer dans les courbes et plis dans la conception de circuits flexibles

Dans le monde en constante évolution de la conception électronique, les circuits flexibles continuent de gagner en popularité comme solution transformatrice. Pour un aperçu des nombreux avantages des circuits flexibles et des constructions rigides-flexibles, voici un lien vers un blog précédent. Aujourd'hui, nous allons nous concentrer spécifiquement sur l'un des avantages les plus évidents : la capacité de plier et de replier ces matériaux. Nous examinerons les considérations mécaniques, électriques et matérielles qui façonnent la conception des circuits flexibles et nous assurerons que nous ne compromettons pas la fonctionnalité et la fiabilité lors de l'introduction de plis ou de replis dans la conception du PCB.

Il y a plusieurs éléments clés à considérer pour assurer que le circuit peut être plié, aligné et assemblé correctement sans causer de stress ou de dommage :

Définition des Zones de Pliage : Identifier les zones où le circuit flexible doit être plié. Celles-ci doivent être clairement définies comme des "zones de pliage" dans le paquet de documentation et marquées dans la mise en page pour être sûres qu'elles sont clairement reconnues pendant la fabrication et l'assemblage.

Calcul du rayon de courbure :  Déterminez le rayon de courbure minimal en fonction de la sélection des matériaux et de l'empilement, et confirmez que cela respecte les directives standard de l'industrie.  Le rayon de courbure est la courbure que le circuit peut tolérer en toute sécurité sans se fissurer, se délaminer ou subir un stress excessif pouvant conduire à une défaillance.

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

Bien que les matériaux flexibles soient conçus pour être pliés, flexés et repliés, il existe une limite aux contraintes que le matériel peut supporter et dépasser ces limites peut entraîner une délamination et une fracture des conducteurs.  Les directives standard 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

Espace libre et Tolérance :  Concevez vos zones de pliage avec un espace libre suffisant pour accommoder le rayon de courbure sans causer de stress sur les pistes, les vias ou les composants.  Prévoyez une zone tampon pour éviter la contrainte sur ces éléments pendant le pliage. 

Placement des composants :  Évitez de placer les composants trop près des zones de pliage pour prévenir les dommages ou le stress lors du pliage.  Gardez les composants critiques à l'écart de ces régions. 

Placement des vias :  Les vias doivent être placés avec soin pour éviter les zones de pliage critiques.  Placer des vias dans les zones de pliage peut causer une concentration de stress qui peut conduire à une défaillance.

Routage des pistes :  Essayez de router les pistes perpendiculairement à la direction du pliage lorsque cela est possible et utilisez des pistes plus larges dans les zones de pliage pour répartir le stress sur une plus grande surface.  Ne changez pas de couches dans la zone de pliage et évitez de superposer les pistes entre les différentes couches pour minimiser le stress.

Fonctionnalités d'alignement :  Intégrez des fonctionnalités d'alignement telles que des encoches, des marques de repérage ou des trous dans votre conception pour aider au pliage et à l'alignement précis pendant l'assemblage.  Ces fonctionnalités fournissent un guide visuel pour les assembleurs.

Simulation de l'état plié :  Simulez l'état plié du circuit flexible pour vous assurer qu'aucune piste ou composant ne sera trop sollicité.

Prototype de test de pliage :  Créez des prototypes de test pour plier et déplier physiquement le circuit flexible.  Cela aidera à vérifier la conception et à identifier tout problème imprévu avec le pliage, l'alignement ou l'interférence des composants.

Points de concentration de contrainte :  Identifier les points de contrainte potentiels tels que les coins pointus ou les bords dans les zones de pliage et modifier la conception pour minimiser ces contraintes.

Renforcement des zones pliées :  Selon la conception du circuit flexible, envisager des couches supplémentaires de matériaux flexibles ou un renforcement dans les zones pliées pour répartir la contrainte et fournir un soutien mécanique.

Méthodes de fixation:  Déterminer comment les sections pliées seront assemblées ensemble.  Il existe plusieurs options :  collage adhésif, scellage thermique et fixations mécaniques par exemple.

Documentation :  Documenter clairement le processus de pliage, y compris les instructions étape par étape et les aides visuelles pour l'équipe d'assemblage.  Cela devrait aborder la manière de plier le circuit, d'aligner les sections et de les sécuriser ensemble.

Communiquez avec votre fabricant:  Travaillez en étroite collaboration avec votre fabricant de circuits flexibles pour discuter des exigences de pliage et du processus d'assemblage.  Leur expertise et leurs suggestions proviennent d'années d'expérience, et ils devraient être heureux de vous aider.

Dans la conception de circuits flexibles, l'art de naviguer dans les zones de pliage et de repli est un véritable témoignage du besoin de fusionner créativité et précision. La liste ci-dessus résume une liste de « meilleures pratiques » pour aider à équilibrer les exigences mécaniques et électriques d'un design. Ce serait fantastique si le simple fait de suivre ces directives aboutissait à une conception de circuit flexible pleinement fonctionnelle dès le premier essai. Dans une application « dans le monde réel », de nombreux facteurs peuvent impacter la réussite de la navigation à travers les contraintes subies par le circuit flexible lorsqu'il est plié et replié. Lorsque les choses ne se déroulent pas comme prévu avec les prototypes initiaux, appuyez-vous sur votre fabricant de PCB pour obtenir des conseils. Plus vous partagerez d'informations avec eux, y compris des photos et des vidéos de l'assemblage complet du boîtier, plus ils pourront suggérer des solutions. Peut-être que les matériaux doivent être ajustés, peut-être qu'un processus de plaque à boutons est nécessaire pour ce design spécifique… leur expérience durement acquise offre de nombreuses options dans leur boîte à outils.