ALTIUM RIGID-FLEX GUIDEBOOK: LA TUA GUIDA COMPLETA

Zachariah Peterson
|  Creato: November 9, 2020
Altium Rigid-flex Guidebook: Your Complete Design Guide

La maggior parte dei dispositivi elettronici non si basa su un singolo circuito stampato. I PCB flessibili e rigido-flessibili sono utilizzati per unire diversi circuiti rigidi in un unico pezzo. Ciò permette ai progettisti di personalizzare la loro scheda per creare nuovi involucri, progettare il movimento in nuovi dispositivi e creare forme uniche non realizzabili con le schede rigide. Numerosi dispositivi di uso comune stanno diventando sempre più piccoli e, di conseguenza, anche i PCB al loro interno.

Se sei alla ricerca del miglior software per la progettazione di circuiti stampati, ti occorre una piattaforma che integri tutti questi aspetti e molto altro in un unico pacchetto software. Altium Designer è l'unico pacchetto software che ti fornisce gli strumenti necessari per l'assemblaggio e la progettazione di PCB flessibili e rigido-flessibili in un'unica piattaforma con Rigid Flex. Anziché utilizzare altre piattaforme di progettazione che dividono caratteristiche importanti, con Altium Designer puoi realizzare facilmente circuiti stampati flessibili. Dai uno sguardo alle nostre linee guida per scoprire come progettare circuiti stampati flessibili con Altium Designer.

ALTIUM DESIGNER

Il pacchetto software per la progettazione di circuiti stampati che ti offre completa personalizzazione delle schede flessibili e rigido-flessibili.

I PCB fanno ormai parte della nostra vita e i progetti sempre più avanzati richiedono creatività per integrare tutte le funzionalità richieste in un unico dispositivo. I progettisti devono conoscere molte tecniche e regole di progettazione per stare al passo con le nuove esigenze. Poiché i dispositivi portatili, mobili e di forma speciale nonché l'IoT diventano sempre più popolari, è utile padroneggiare le tecniche di progettazione flessibile e rigido-flessibile.

La maggior parte dei dispositivi elettronici non si basa su un singolo circuito stampato. I PCB rigid flex sono utilizzati per unire diversi circuiti rigidi in un unico pezzo. Ciò può migliorare la flessibilità dei circuiti stampati, ma anche permettere ai progettisti di adattare le loro schede in alloggiamenti insoliti. Numerosi dispositivi di uso comune stanno diventando sempre più piccoli e, di conseguenza, anche i PCB al loro interno. Se sei alla ricerca del miglior software per la progettazione di circuiti stampati, ti occorre una piattaforma che integri tutti questi aspetti e molto altro in un unico pacchetto software.

Sfide della progettazione di PCB flessibili e rigido-flessibili

La progettazione di circuiti stampati flessibili e rigido-flessibili ha una serie di sfide. L'instradamento tra più schede su un PCB rigid flex distribuisce i componenti su un'ampia area e, di conseguenza, l’involucro deve essere progettato in base alla forma meccanica della scheda. Inoltre, a seconda dell'applicazione e della forma del dispositivo, dovrai scegliere tra elementi flessibili statici, dinamici o curvi. Anche in questo caso, ognuna di queste opzioni richiederà tecniche di progettazione specifiche.

Le strisce flessibili statiche sono posizionate sulla scheda e non devono muoversi, se non pochissimo, quando il prodotto finale viene utilizzato. Queste strisce non sono sempre curve ma possono avere semplicemente una leggera piegatura per consentire a ogni estremità della scheda di inserirsi negli alloggiamenti. Invece, le strisce flessibili dinamiche devono piegarsi e muoversi con l'involucro del dispositivo, senza però deformarsi durante il funzionamento. L'immagine seguente mostra un esempio di scheda con strisce statiche.

I circuiti stampati flessibili o rigid flex sono soggetti a rigorosi vincoli meccanici, oltre che a importanti requisiti elettrici

I circuiti stampati flessibili o rigid flex sono soggetti a rigorosi vincoli meccanici, oltre che a importanti requisiti elettrici.

Nell'immagine precedente, il lato posteriore della scheda flessibile può essere deformato e curvato in modo definitivo, in modo che la scheda finale mantenga la sua forma. Le strisce flessibili curve sono strisce statiche deformate in modo definitivo e tale deformazione viene applicata durante la produzione e l'assemblaggio del PCB.

SCELTA TRA PROGETTAZIONE DI PCB RIGIDI, FLESSIBILI O RIGIDO-FLESSIBILI

Mentre un circuito rigido standard impone un design bidimensionale, un circuito flessibile e rigido-flessibile può essere realizzato in tre dimensioni. Puoi così progettare un dispositivo elettronico con una forma insolita per nuove applicazioni. Tuttavia, prima di iniziare a progettare il prossimo dispositivo medico, IoT o portatile, dovrai scegliere quale circuito stampato utilizzare tra uno rigido, flessibile o rigido-flessibile.

COSA SONO I CIRCUITI FLESSIBILI?

I PCB sono costruiti per essere rigidi, flessibili o rigido-flessibili in base alla loro implementazione e applicazione. I circuiti stampati rigidi sono i più problematici, poiché le schede possono rompersi durante la produzione o la gestione. In altre schede come le rigido-flessibili e flessibili, incluse quelle utilizzate nei sistemi aerospaziali, è richiesto un grado specifico di flessibilità o rigidità. Che siano rigido-flessibili o flessibili, i circuiti stampati devono aderire all’IPC 6013-D, nonché ai requisiti normativi obbligatori per la qualità secondo l’AS9100D e all'affidabilità come stabilito dall’IPC-6011.

Un noto esempio commerciale è quello dei dispositivi indossabili, dotati di schermi per il fitness e la salute. I circuiti stampati flessibili per i sistemi aerospaziali sono utilizzati per fornire stabilità termica, aumentare l'affidabilità, semplificare l'assemblaggio e ridurre i costi. Inoltre, i dispositivi indossabili pieghevoli possono essere utilizzati per monitorare i segni vitali, come elementi riscaldanti conformi, e come dispositivi medici.

PROGETTAZIONE DI PCB RIGIDI E RIGID FLEX

Se il tuo nuovo dispositivo deve in parte piegarsi, dovrai utilizzare schede flessibili o rigido-flessibili. La maggior parte dei progetti moderni richiede diversi strati del segnale all'interno del PCB rigido. L'uso di una scheda rigid flex ti permetterà di utilizzare più strati pur rispettando i requisiti meccanici.

Ulteriori considerazioni in materia di circuiti flessibili e rigido-flessibili riguardano i materiali della scheda, le via e la gestione termica. Questi elementi possono testare i limiti di alcuni programmi di progettazione. Tuttavia, con Altium Designer è facile progettare schede rigido-flessibili.

Definisci le aree di curvatura del tuo PCB rigid flex mentre crei il layout per la tua scheda

Definisci le aree di curvatura del tuo PCB rigid flex mentre crei il layout per la tua scheda.

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Sequenza degli strati in PCB flessibili e rigido-flessibili

I circuiti flessibili e rigido-flessibili hanno sezioni costruite con i comuni laminati rigidi. Il materiale isolante rigido più comune è chiamato FR4. Si tratta di una designazione industriale che indica il rapporto tra fibra e resina, per cui i materiali possono variare per soddisfare i requisiti del contenuto di resina FR4 e della trama del vetro. Per applicazioni specifiche, come i progetti a radiofrequenza o mmWave, sono disponibili altri tipi di materiali. Consulta l’IPC-2221 per conoscere tutti i tipi di materiale PCB.

La striscia in un PCB flessibile o rigido-flessibile è realizzata in poliammide flessibile, dove le tracce sono instradate solo negli strati flessibili interni. Le estremità del PCB rigido sono strutture multistrato e le tracce vengono instradate sulla striscia flessibile tra le sezioni rigide. In alcune schede, la striscia del circuito flessibile possiede anche strati multipli, dove uno strato piano può essere instradato su una striscia flessibile.

APPLICA LE MIGLIORI STRATEGIE DI SEQUENZA DEGLI STRATI NEL SOFTWARE DI PROGETTAZIONE PCB

Le operazioni che avvengono sotto la superficie del PCB sono numerose e il software di progettazione deve aiutarti a monitorarle. Ti occorrono strumenti di progettazione con i quali definire una sequenza degli strati completa e il collegamento tra gli strati in un dispositivo rigid-flex. Il software di progettazione non deve essere limitato all'FR4, ma deve offrirti molte possibilità di personalizzazione, dall'impronta della scheda alla sequenza degli strati. Un ottimo pacchetto software per la progettazione di PCB include un Layer Stack Manager completo che fornisce una rappresentazione grafica del posizionamento degli strati e delle interconnessioni tra le schede in PCB flessibili o rigido-flessibili.

Progettazione di una sequenza degli strati in aree rigide, flessibili e rigid flex in Altium Designer

Progettazione di una sequenza degli strati in aree rigide, flessibili e rigid flex in Altium Designer

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Requisiti meccanici per PCB flessibili e rigido-flessibili

Una striscia flessibile per circuiti stampati deve garantire l’integrità dei componenti e delle tracce sulla scheda. È essenziale conoscere le proprietà meccaniche dei materiali per progettare l’esatto raggio di curvatura, così come i concetti base delle schede rigide. Per evitare probabili rotture, devi garantire l’adattabilità del prodotto nell’involucro quando la striscia flessibile si piega.

La striscia del circuito flessibile e rigid flex si integrerà direttamente nella sequenza degli strati in qualità di strato del segnale e di coppia di strati superficiali flessibili. Quando inserisci caratteristiche aggiuntive su un circuito stampato flessibile, dovrai modellare il comportamento meccanico della scheda. In questo modo puoi controllare le distanze dei componenti e abbinare le dimensioni della scheda all’involucro.

POSIZIONE E RAGGIO DI CURVATURA IN PCB FLESSIBILI

La posizione e il raggio di curvatura devono essere posizionati con attenzione durante la progettazione in modo che i conduttori di rame non si rompano durante la deformazione. Per i circuiti flessibili dinamici bifacciali, evita di posare le tracce l'una sull'altra nella stessa direzione.

La sovrapposizione diretta delle tracce in una striscia flessibile o rigid flex non è la migliore scelta progettuale

La sovrapposizione diretta delle tracce in una striscia flessibile o rigid flex non è la migliore scelta progettuale.

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Invece le tracce devono essere sfalsate per evitare un'eccessiva concentrazione di tensione sui conduttori esterni durante la piegatura.

Conduttori sfalsati in una striscia flessibile, utilizzabile in una progettazione rigid flex

Conduttori sfalsati in una striscia flessibile, utilizzabile in una progettazione rigid flex.

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Se il circuito flessibile deve trasportare un piano di alimentazione o di terra, puoi utilizzare colate di rame solido. Tuttavia, se il raggio di curvatura è molto stretto, la flessibilità sarà notevolmente ridotta con una possibile deformazione. È preferibile usare poligoni reticolati per conservare la flessibilità. Un normale poligono reticolato ha tensioni di rame fortemente polarizzate nelle direzioni di 0°, 90° e 45° a causa dell'allineamento delle tracce reticolate e delle 'X'. Un modello statisticamente più ottimale è quello esagonale. Puoi realizzarlo usando uno strato del piano negativo e un array di anti-pad esagonali. Puoi crearlo abbastanza velocemente con il taglia e incolla.

Poligoni a reticolato esagonale come strato piano in una striscia flessibile.

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È preferibile posizionare il raggio di curvatura lungo una sezione rettilinea di conduttori senza alcuna curva nelle tracce. Il raggio consentito può essere calcolato in base alla deformazione consentita sul bordo esterno dei conduttori di rame nel circuito flessibile. Puoi osservarlo nell’immagine seguente.

Poligoni a reticolato esagonale come strato piano in una striscia flessibile. Questi calcoli sono molto importanti nelle progettazioni dei PCB rigid flex

Poligoni a reticolato esagonale come strato piano in una striscia flessibile. Questi calcoli sono molto importanti nelle progettazioni di PCB rigid flex

Lo spessore dello strato di rame è specificato in once per cm quadrato. Per i piani di alimentazione e di terra di solito si usa uno spessore di 1 oz di rame. Per gli strati del segnale è usato il rame da ½ oz. Altri spessori del foglio di rame sono disponibili per una progettazione specifica. Una volta definiti il raggio di curvatura, il peso del rame e la posizione nella striscia in poliammide, puoi utilizzare alcuni strumenti di progettazione meccanica per decidere come la scheda si piegherà e si conformerà al suo involucro.

LAVORARE CON STRUMENTI ECAD/MCAD INTEGRATI

Con gli strumenti ECAD e MCAD integrati in un'unica interfaccia puoi verificare le distanze e molto altro. Puoi progettare direttamente l'involucro intorno al layout del circuito stampato finito, importando il progetto nei più noti strumenti meccanici. In questo modo, puoi garantire che il prodotto sia conforme ai requisiti meccanici. Inoltre, puoi simulare complicate forme di strisce in poliammide flessibili.

Trasferisci le informazioni di stackup nella pannellizzazione e condividi il disegno di montaggio del tuo PCB rigid flex

Trasferisci le informazioni di stackup nella pannellizzazione e condividi il disegno di montaggio del tuo PCB rigid flex

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PCB flessibili e rigido-flessibili in Altium Design

Alcuni programmi di progettazione di PCB ti costringono ancora a esportare un modello della scheda in uno strumento esterno per verificare le distanze di curvatura. Invece di lavorare con un software esterno, puoi facilmente creare un resistente stackup e layout flessibile/rigido-flessibile e verificare i vincoli meccanici in un unico programma.

Altium Designer offre queste importanti caratteristiche di progettazione, layout e molto altro. Avrai a disposizione un set completo di strumenti per la progettazione di circuiti stampati rigidi, rigido-flessibili e flessibili. Con gli strumenti integrati ECAD e MCAD puoi verificare le distanze e molto altro. Potrai progettare la scheda in tre dimensioni, offrendo maggiori dettagli rispetto agli strumenti 2D per la progettazione di PCB multistrato e rigido-flessibile.

LA PROGETTAZIONE FLESSIBILE E RIGIDO-FLESSIBILE INIZIA CON IL MIGLIOR SOFTWARE DI PROGETTAZIONE PER PCB

La progettazione di PCB rigid flex può sembrare complicata ma non lo sarà se utilizzi gli strumenti di progettazione adatti. Gli strumenti con caratteristiche di progettazione 3D integrate, così come gli strumenti standard di routing e di layout che operano in 3D, si adatteranno facilmente ai circuiti stampati rigido-flessibili e flessibili. Altium Designer fornisce tutti questi strumenti in un'interfaccia di progettazione unificata e guidata dalle regole, adattabile a qualsiasi applicazione elettronica.

Il Layer Stack Manager di Altium Designer e la modalità Board Planning sono funzionalità efficaci per iniziare a progettare il layout. Le funzioni di routing ti consentono di definire rapidamente i collegamenti elettrici tra le sezioni della scheda, mentre con le funzioni MCAD native puoi verificare il posizionamento e le distanze dei componenti. Con Altium Designer avrai tutto l’occorrente per progettare circuiti stampati rigido-flessibili e flessibili efficienti.

Sull'Autore

Sull'Autore

Zachariah Peterson ha una vasta esperienza tecnica nel mondo accademico e industriale. Prima di lavorare nel settore dei PCB, ha insegnato alla Portland State University. Ha condotto la sua Fisica M.S. ricerche sui sensori di gas chemisorptivi e il suo dottorato di ricerca in fisica applicata, ricerca sulla teoria e stabilità del laser casuale. Il suo background nella ricerca scientifica abbraccia temi quali laser a nanoparticelle, dispositivi semiconduttori elettronici e optoelettronici, sistemi ambientali e analisi finanziaria. Il suo lavoro è stato pubblicato in diverse riviste specializzate e atti di conferenze e ha scritto centinaia di blog tecnici sulla progettazione di PCB per numerose aziende. Zachariah lavora con altre società del settore PCB fornendo servizi di progettazione e ricerca. È membro della IEEE Photonics Society e dell'American Physical Society.

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