Quand utiliser un PCB rigide-flexible par rapport à des PCBs multi-cartes

Il existe deux manières populaires d'intégrer plusieurs cartes rigides dans un système complet. L'une consiste à utiliser plusieurs cartes et à les connecter ensemble avec des fils et des câbles, et l'autre à utiliser des assemblages rigide-flex, où les sections flexibles font office de câbles intégrés entre les cartes rigides. Avec les PCB rigides étant le type de PCB le plus courant, et les capacités de fabrication et les matériaux étant facilement accessibles, les cartes rigides simples peuvent être très bon marché, surtout lorsqu'elles sont produites en volume. Dans certains produits, les contraintes mécaniques commencent à exiger plusieurs cartes qui doivent ensuite être reliées ensemble avec des connecteurs et des câbles, mais à des angles étranges qui ne peuvent pas être réalisés avec des connecteurs de carte à carte. Ils peuvent également nécessiter un faisceau de câblage personnalisé pour réaliser les connexions électriques. Les cartes rigide-flex sont très pratiques car elles consolident toutes ces différentes parties en un seul assemblage. Vous pourriez concevoir un produit avec une douzaine ou plus de numéros de pièces en un seul numéro de pièce pour votre assemblage de PCB. De ce point de vue, il semble que le rigide-flex soit votre meilleure option, mais qu'en est-il des coûts impliqués dans la production de ces assemblages à grande échelle ? Si vous n'avez jamais examiné les coûts de fabrication pour ces types de systèmes, nous allons essayer de mettre quelques chiffres sur ces points afin que vous puissiez prendre la meilleure décision pour votre produit.

Comparaison des principaux facteurs de coût des PCB simples

Répondre à la question ci-dessus peut être assez difficile car obtenir une comparaison des coûts précise dépend de nombreux facteurs. Des éléments tels que les matériaux des cartes, le nombre de couches, les tailles des fonctionnalités, le nombre de composants et le nombre de cartes jouent tous un rôle dans la détermination du coût total pour un système multi-cartes. De plus, toutes les cartes rigides ne sont pas les mêmes ; différentes cartes dans différents régimes de fabrication auront des facteurs légèrement différents déterminant la majorité des coûts. Ces facteurs rendent assez difficile la généralisation d'une comparaison des coûts. Cela étant dit, nous pouvons tout de même décrire les principaux facteurs de coût pour un assemblage rigide-flex par rapport à plusieurs cartes rigides. J'ai résumé certains des plus grands facteurs de coût dans le tableau suivant.

La liste ci-dessus contient juste certains des principaux facteurs ayant un impact sur le coût total dans l'assemblage que vous souhaitez construire. Beaucoup des facteurs de coût dans ces cartes proviennent de la complexité de l'empilement des couches, surtout lorsque vous commencez à regarder le HDI sur les assemblages de PCB rigides ou rigide-flexibles.

D'ici, nous pouvons généraliser un peu concernant certains de ces facteurs de coût dans les systèmes multi-cartes versus les assemblages rigide-flexible :

• Les câbles prêts à l'emploi pour les systèmes multi-cartes coûteront moins cher qu'un faisceau de câblage
• Un faisceau de câblage personnalisé coûtera moins cher que les câbles ruban flexibles
• Un câble ruban flexible coûtera moins cher qu'une couche flexible intégrée dans un empilement de PCB rigide-flexible
• Un empilement de PCB flexible multi-couches complexe augmente le coût de toutes les sections rigides dans un assemblage rigide-flexible
• Les assemblages multi-cartes rigides offrent plus d'opportunités de réduction des coûts que les assemblages flexibles
• Le HDI sur rigide-flexible avec un noyau en polyamide coûtera toujours plus cher que le HDI sur un noyau rigide

Exemple de Comparaison des Coûts

Supposons que nous ayons un système impliquant des PCB qui doivent tous être connectés ensemble avec des fils et des câbles. Supposons qu'une des cartes soit une carte à nombre de couches plus élevé, tandis que les autres sont des cartes d'interface plus simples. Pour la construction individuelle de chaque PCB, nous pouvons écrire les coûts NRE et d'outillage comme suit.

• Fabrication et assemblage de PCB rigides coût
  • Carte 1 : 1800
  • Carte 2 : 970
  • Carte 3 : 710
  • Carte pour 465
  • Connecteurs et câblage 33
• Fabrication et assemblage de PCB rigide-flex coût
  • Fabrication de couche flex : 1690
  • Réduire tous les coûts des cartes de 5 à 25 %

Il y a une légère différence dans le coût des cartes de la section rigide due à la réduction des étapes de processus, mais cela est inclus dans le coût de la section flex. Sur une base nette, cela augmente alors le coût total pour le système. Nous n'avons également pas inclus des points importants tels que les tests électriques, l'inspection selon une norme de classe de produit IPC, ou tout autre frais NRE. Comme le flex est juste un autre composant personnalisé dans l'ensemble de l'assemblage, cela augmenterait également ces coûts. De plus, l'assemblage directement sur la région flex peut entraîner une augmentation supplémentaire des coûts par rapport à la conservation de tout sur les sections rigides.

Vous pouvez également utiliser un câblage personnalisé

Un autre facteur imprévisible ici est la sélection des câbles et connecteurs. Parfois, il est plus logique d'avoir un faisceau de câbles personnalisé plutôt que des connecteurs et câbles standards. Vous pouvez également concevoir un faisceau de câbles personnalisé qui s'interface avec des réceptacles de connecteur standards sur chaque section de carte. Si vous empruntez cette voie, vous devez alors calculer le coût de l'assemblage du faisceau de câbles pour votre système multi-cartes rigide.

Lors de la production en volume, l'assemblage d'un faisceau de câbles personnalisé ne sera pas beaucoup plus élevé que le coût des câbles standards car le coût de conception est amorti sur le volume de production. Les câbles standards ou personnalisés coûteront également moins cher qu'une couche flex qui relie ensemble vos sections de carte. Si la fiabilité supplémentaire d'une région flex vaut le coût supplémentaire, alors c'est l'approche qui devrait être prise pour la conception. Les outils de faisceau de câbles dans votre logiciel ECAD peuvent vous donner un moyen rapide de créer ces conceptions de câbles et de câblage personnalisés pour une utilisation dans votre système multi-cartes.

Au lieu d'utiliser un outil CAD externe pour concevoir des faisceaux de câblage, utilisez l'ensemble complet de fonctionnalités de conception de faisceaux de câbles et de PCB multi-cartes dans Altium Designer®. Si vous décidez que le rigide-flex est la meilleure voie à suivre, les fonctionnalités de conception rigide-flex d'Altium Designer ont établi la norme pour l'utilisabilité et l'excellence. Lorsque vous avez terminé votre conception et que vous souhaitez libérer les fichiers à votre fabricant, la plateforme Altium 365™ facilite la collaboration et le partage de vos projets.

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