Quando dovresti usare i cavi di circuito stampato flessibili?

Una domanda comune quando si parla di progettazione di PCB è "Quando dovrei usare un circuito flessibile?" Questa domanda potrebbe provenire da qualcuno che utilizza una soluzione di cavi e fili, o da qualcuno che utilizza materiali per PCB rigidi o anche da qualcuno completamente nuovo alla progettazione di PCB. In un precedente blog, abbiamo esaminato i vantaggi dell'uso di cavi per circuiti stampati flessibili:

• Risolve un problema di confezionamento
• Riduzione dello spazio e del peso necessari
• Riduzione dei costi di assemblaggio 
• Facilita la flessione dinamica
• Gestione termica 
• Migliora l'estetica del prodotto  
• Biocompatibilità
• Aumento dell'affidabilità e diminuzione delle possibilità di errore da parte dell'operatore 

Mentre ci sono molte ragioni per passare alla costruzione di circuiti flessibili o rigido-flessibili, le due ragioni predominanti sono risolvere un problema di confezionamento o ridurre lo spazio e il peso del pacchetto elettronico, che spesso sono interrelati. Spazio, Peso e Confezionamento, (SWaP) continueranno ad essere una forza trainante nel design dei cavi PCB flessibili. La costruzione flessibile e rigido-flessibile può eliminare connessioni ingombranti e pesanti di fili e saldature, risparmiando spesso il 60% o più in peso e spazio riducendo al contempo le dimensioni complessive del pacchetto. Non è difficile immaginare un circuito flessibile, sottile ed elegante come un vantaggio per questo vincolo.

I materiali dei cavi dei circuiti flessibili sono inoltre progettati per essere piegati, ripiegati e flessi. Questo permette a un progettista di posizionare componenti elettronici e altri elementi funzionali nella posizione ottimale all'interno del sistema elettronico e utilizzare il circuito flessibile o la costruzione rigido-flessibile per fornire una connessione a 3 assi, senza pezzi discreti. Qui l'immaginazione di un progettista PCB diventa critica. Il flessibile può essere prodotto in quasi ogni forma, piegato e ripiegato attorno agli angoli e progettato per muoversi su e oltre una caratteristica nel sistema elettronico riducendo peso e spazio. 

Una delle mie attività preferite è lavorare con designer e ingegneri che stanno considerando l'uso di circuiti flessibili o rigido-flessibili per le loro applicazioni. Come si dice, un'immagine vale più di mille parole e io sostengo che lo stesso concetto possa essere applicato ai cavi di circuito stampato flessibili. Poiché l'immaginazione del designer guida molte delle applicazioni "perfette" per i flex, i campioni di flex spesso scatenano idee creative. "Oh!  Penso che qualcosa del genere potrebbe risolvere il problema su cui stiamo lavorando!" è un'affermazione comune. Inoltre, il momento in cui vedi gli occhi di qualcuno illuminarsi di un'idea, e sai che qualcosa di interessante sta per emergere dalla discussione. Alcune delle cose comuni che stimolano queste idee sono le code flex di forme uniche, che si dividono in direzioni diverse, (chi avrebbe mai detto che si potesse fare?) circuiti piegati in forme tridimensionali, e rigido-flessibili densamente cablati con code che riducono significativamente lo spazio necessario nel packaging.

Pensavo che sarebbe stato interessante concludere questo blog con diversi esempi di applicazioni che hanno utilizzato circuiti flessibili e rigido-flessibili per risolvere problemi di packaging e ridurre spazio e peso nella speranza che possano stimolare alcuni pensieri creativi su modi in cui il flex potrebbe essere utilizzato in una prossima applicazione.

Spesso conduco una presentazione sulla progettazione di circuiti flessibili raccontando la storia di una ricerca e soccorso da parte delle forze dell'ordine, che cercavano una bambina piccola fuggita in un alto e denso campo di mais. Gli strumenti che utilizzavano quella sera includevano il GPS del trattore che aveva seminato il campo, droni per sorvolare i campi, elicotteri con imaging a infrarossi per una prospettiva più ampia, e tutto comunicava tramite radio a 800 megahertz o telefoni cellulari.  Il motivo per cui uso quell'esempio è che TUTTI quegli strumenti impiegati contengono all'interno del sistema elettronico circuiti flessibili o rigido-flessibili.  È facile immaginare come la flessibilità sia stata vantaggiosa in termini di peso, spazio e confezionamento in quelle applicazioni.

I dispositivi indossabili sono un altro modo semplice per immaginare un'applicazione per i materiali dei cavi dei circuiti flessibili. Potrebbe trattarsi di qualcosa indossato sui vestiti, utilizzato per il monitoraggio dell'attività fisica o un'applicazione medica indossabile.  Ancora una volta, è facile capire come un cavo di circuito stampato flessibile sia perfettamente adatto per prodotti che verranno indossati sul corpo, offrendo un peso più leggero e la capacità di assorbire i movimenti in un modo che i cavi di filo e cavo o le schede di cavi rigido-flessibili non sono in grado di fare.

Le applicazioni portatili sono un altro ottimo esempio. Gli smartphone di oggi contengono alcune delle costruzioni di cavi rigido-flessibili più complesse che io abbia mai visto e, tuttavia, sono confezionati in qualcosa che tutti noi possiamo facilmente portare in tasca. Questo non sarebbe possibile senza materiali leggeri e flessibili che aiutano nella riduzione del peso e nel confezionamento.

Un altro settore in cui la flessibilità è fondamentale è l'industria automobilistica. Non solo il peso è il nemico del risparmio di carburante, ma i veicoli di oggi contengono più elettronica di quanto abbiamo mai visto e si prevede che questa tendenza continuerà. Sensori, sistemi di navigazione e il collegamento tra sensori ABS e airbag, sono solo alcune delle applicazioni di cavi di circuiti stampati flessibili nei veicoli.

Per rispondere a quella domanda iniziale, “Quando dovrei usare un circuito flessibile”, ci sono risposte ovvie come quando si cerca di inserire elettronica più complessa in un pacchetto più piccolo, quando la capacità di connettersi in 3 dimensioni è critica e quando il peso è una preoccupazione. Queste sono tutte sfide comuni che un progettista di PCB affronta. La mia sfida per voi qui è di fermarvi per qualche minuto, attivare la vostra immaginazione e pensare a modi in cui i materiali flessibili potrebbero risolvere la vostra prossima sfida di progettazione.

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