Montaż elastycznych obwodów: Przemyślane rozmieszczanie komponentów

Jak można sobie wyobrazić, obwody elastyczne są idealne do zastosowań wymagających, aby PCB było cienkie, małe i lekkie. Ze względu na cienką, lekką naturę materiałów, stwarzają one również wyzwania dla produkcji i montażu. Dzisiejszy blog przedstawi wysokopoziomowe spojrzenie na niektóre z tych wyzwań i skupi się na doborze i rozmieszczeniu komponentów oraz na tym, jak może to wpłynąć na aplikację obwodu elastycznego.

Rozmieszczenie w elastycznych PCB

Projektanci PCB powinni starannie rozważyć rozmieszczenie komponentów podczas projektowania obwodów elastycznych, ponieważ elastyczność podłoża wprowadza unikalne wyzwania zarówno podczas produkcji, jak i montażu. Niewłaściwe rozmieszczenie i orientacja komponentów względem regionów zginania stwarza wyzwanie dla niezawodności, zarówno w przypadku statycznego, jak i dynamicznego flexu.

Oto kluczowe kwestie i ryzyka, które należy mieć na uwadze:

Typ i rozmiar komponentów

• Wybierz komponenty odpowiednie dla obwodów elastycznych, biorąc pod uwagę ich rozmiar, wagę i mechaniczną wytrzymałość. Duże lub ciężkie komponenty, takie jak duże procesory czy komponenty elektroniki mocy (dławiki, transformatory itp.), wprowadzą dodatkowe naprężenia podczas zginania. (Omówimy to bardziej szczegółowo poniżej)

Lokalizacja złączy lutowniczych

• Regiony elastyczne nie powinny być umieszczane w pobliżu złączy lutowniczych, aby uniknąć nadmiernego stresu i pęknięć podczas zginania. Nieelastyczne złącza lutownicze mogą pękać, gdy obwód się zgina, prowadząc do awarii elektrycznych.

Trasowanie elastycznych ścieżek

• Trasuj ścieżki w regionach zginania z łagodnymi krzywiznami i unikaj ostrych zagięć w regionach zginania. Ostre zagięcia mogą łatwiej pękać niż zakrzywione ścieżki podczas zginania.

Usztywniacze i wsparcia

• Strategicznie integruj usztywniacze, aby zapewnić dodatkowe wsparcie w obszarach narażonych na stres mechaniczny. Przykłady obejmują regiony z dużymi komponentami, złącza mezzanine i złącza płyta-płyta.

SMT czy przewlekane

• Komponenty SMT są najczęściej używane w elastycznych PCB, ale czasami używa się komponentów przewlekanych. Komponenty przewlekane mogą nie mieć wystarczającej powierzchni padów miedzianych, aby utworzyć mocne połączenia, dlatego powinny być umieszczane w regionach z usztywniaczami.

Prototypowanie i testowanie

• Prototypuj elastyczne obwody, aby zweryfikować rozmieszczenie komponentów, giętkość, niezawodność termiczną i mechaniczną. Upewnij się, że kwalifikujesz projekt elastycznego obwodu w aplikacji MCAD, a nawet w dynamicznej symulacji naprężeń. Nieanalizowanie dynamicznych naprężeń może skutkować nieoczekiwanymi awariami podczas lub po montażu.

Biorąc pod uwagę te kwestie, projektanci PCB mogą zminimalizować ryzyko związane z produkcją elastycznych obwodów i zapewnić, że zaprojektowane komponenty wytrzymają unikalne wyzwania stawiane przez elastyczność materiałów obwodów.

Rozmiar

• Miniaturyzacja: Wybieraj komponenty o mniejszych rozmiarach, jeśli to możliwe, ponieważ rozkładają one mniejszą masę i redukują ryzyko wprowadzenia punktów naprężenia podczas gięcia.

• Rozmiar obudowy: Wybieraj komponenty o kompaktowych rozmiarach obudowy, aby zminimalizować wpływ na ogólną elastyczność obwodu.

Waga

• Lekkie materiały: Priorytetowo traktuj lekkie materiały dla komponentów, szczególnie w aplikacjach, gdzie waga jest krytycznym czynnikiem. Ciężkie komponenty mogą zwiększyć ogólny nacisk na elastyczny obwód podczas gięcia.

• Komponenty o niskim profilu: Wybieraj komponenty o niskim profilu, aby zminimalizować masę i wysokość, redukując potencjalne naprężenia mechaniczne.

Mechaniczna wytrzymałość

• Elastyczne projekty: Projektuj z myślą o mechanicznej wytrzymałości, zapewniając, że produkt końcowy może wytrzymać naprężenia mechaniczne związane z gięciem bez pękania lub deformacji.

• Wzmocnienie: Rozważ wzmocnienie obszarów wokół komponentów podatnych na naprężenia mechaniczne, poprzez dodatkowe warstwy substratu lub strategicznie umieszczone usztywniacze.

Duże lub ciężkie komponenty mogą wprowadzać dodatkowe naprężenia podczas gięcia, prowadząc do problemów z niezawodnością.

Koncentracja naprężeń

• Naprężenia mechaniczne: Duże lub ciężkie komponenty mogą tworzyć punkty koncentracji naprężeń podczas gięcia, potencjalnie prowadząc do pęknięć w złączach lutowniczych, ścieżkach lub elastycznym substracie. Zwiększone naprężenia mechaniczne mogą skutkować długoterminowymi problemami z niezawodnością, w tym zmęczeniem materiału lub delaminacją elastycznego obwodu.

Wpływ na elastyczność

• Zmniejszona elastyczność: Ciężkie komponenty mogą ograniczać ogólną elastyczność obwodu, co utrudnia dopasowanie obwodu do pożądanego kształtu lub promienia gięcia. Ograniczona elastyczność może wpływać na wydajność elastycznego obwodu, szczególnie w aplikacjach, gdzie wymagane jest powtarzalne gięcie.

Wyzwania montażowe

• Radzenie sobie z trudnościami: Duże lub ciężkie komponenty mogą stanowić wyzwanie podczas procesu montażu, wymagając ostrożnego obchodzenia się i specjalistycznego sprzętu. Waga komponentów może wpływać na jakość połączeń lutowniczych, potencjalnie prowadząc do problemów takich jak pęknięcia złączy lutowniczych lub ich nieprawidłowe ułożenie.

Zgodność materiałowa

• Obciążenie materiału: Ciężkie komponenty mogą powodować obciążenie elastycznego materiału podłoża, wpływając na jego właściwości mechaniczne w czasie. Ciągłe obciążenie może przyczyniać się do zmęczenia materiału, zmniejszając ogólną żywotność i niezawodność elastycznego obwodu.

Iteracje projektowe

• Prototypowanie: Aby zminimalizować długoterminowe ryzyko, przeprowadź prototypowanie, koncentrując się na ocenie wydajności dużych lub ciężkich komponentów podczas zginania.

Starannie rozważając typ, rozmiar i charakterystyki mechaniczne komponentów, projektanci PCB mogą optymalizować projekty elastycznych obwodów, aby zapewnić niezawodność i wydajność, szczególnie w aplikacjach, gdzie elastyczność jest kluczowa. Jak zawsze, współpraca z producentami w fazie projektowania może pomóc zidentyfikować i rozwiązać potencjalne problemy związane z umieszczaniem komponentów na elastycznych obwodach.