Jak zaprojektować rigid flex PCB (sztywno-elastyczną płytkę PCB) w zarysie płyty?

Medyczne wearables muszą być eleganckie, lekkie i kompaktowe. Powinny też być w stanie gromadzić istotne dane medyczne za pomocą zaledwie kilku przewodów podłączonych do pacjenta – lub nawet bez żadnego przewodu. Stwarza to zapotrzebowanie na projekty płytek elastycznych. Podczas gdy starasz się możliwie jak najbardziej wykorzystać ich przestrzeń, stosować inteligentne materiały i zminimalizować ich footprint, bardzo może Cię zirytować sytuacja, gdy wyjdziesz poza zarys płytki (szczególnie podczas pracy z płytkami o kształtach nieregularnych). Czytaj dalej, aby dowiedzieć się, jak sobie z tym poradzić!

^{Projektowanie sztywno-elastycznej płytki PCB}

Gdy byłeś małym dzieckiem rysującym po książeczce do kolorowania, mama na pewno niejeden raz mówiła Ci, że Twoje obrazki są przepiękne, chociaż nawet nie zwracałeś uwagi na kontury. Cóż, niezależnie od tego, co myślała Twoja mama, pamiętaj, że obiekty w projekcie płytki PCB muszą znajdować się w jej zarysie. Jest to szczególnie ważne z punktu widzenia osób, które projektują produkty o wyjątkowo nieregularnych kształtach i sztywno-elastycznych projektach.

Jako projektant na pewno wiesz, że coraz większe zapotrzebowanie na elastyczne płytki PCB wynika z rozwoju przemysłu medycznych opasek. Przeznaczone do noszenia urządzenia Internetu Rzeczy (IoT) stanowią obiekt zainteresowania pracowników służby zdrowia ze względu na możliwość gromadzenia danych fizjologicznych wykorzystywanych w diagnostyce, badaniach i osobistych pomiarach zdrowotnych. Zmieniają one także podejście wielu ludzi do aktywności fizycznej, zachęcając do bardziej aktywnego trybu życia. Medyczne wearables muszą być eleganckie, lekkie i kompaktowe. Powinny też być w stanie gromadzić istotne dane medyczne za pomocą zaledwie kilku przewodów podłączonych do pacjenta – lub nawet bez żadnego przewodu. Stwarza to zapotrzebowanie na projekty płytek elastycznych. Podczas gdy starasz się możliwie jak najbardziej wykorzystać ic płaszczyznę, stosować inteligentne materiały i zminimalizować ich footprint, bardzo może irytować Cię sytuacja, gdy wyjdziesz poza obrys płytki (szczególnie podczas pracy z płytkami o kształtach nieregularnych).

Najlepsze fundamentalne zasady pozostawania w obrębie płytki

Zanim zaczniesz tworzyć projekt specyficzny dla sztywno-elastycznych płytek, zadbaj o prawidłowe podstawy. Wykorzystaj dwie poniższe praktyki, aby zaoszczędzić sobie sporo nerwów:

1. Trzymaj miedź z dala od krawędzi: duże obszary miedzi lub wlewów miedzi (na przykład do uziemienia lub zasilana) są często wymaganym elementem płytek. Umieszczanie miedzi w pobliżu krawędzi płytki stwarza ryzyko wystąpienia zwarcia w warstwach na krawędziach podczas cięcia płytki. Z tego względu najlepiej jest utrzymywać miedź w odległości przynajmniej 15 mil (~0,4 mm) od oczekiwanej krawędzi. (Wskazówka: w Altium Designer^®. możesz zastosować wielokątne obszary wlewów i miedzi).

2. Utrzymuj płaszczyzny z dala od krawędzi: podczas projektowania płytki zadbaj też o to, aby odsunąć płaszczyzny od krawędzi, ponieważ ich bliski kontakt grozi zwarciem z obudową

Morał z tego taki: już od samego początku trzymaj się z dala od krawędzi, aby później nie tracić czasu na poprawki w swoim projekcie! To powiedziawszy, nie jesteś w stanie wszystkiego przewidzieć, chyba że weźmiesz pod uwagę rodzaje krawędzi, z którymi pracujesz.

^{Źródło zdjęcia: Użytkownik Flickr body_pixel (CC BY 2.0)}

^{Tworzenie rigid flex PCB (sztywno-elastycznej płytki PCB)}

Rodzaje krawędzi wykorzystywane w projektowaniu sztywno-elastycznych płytek PCB

Praca ze sztywno-elastyczną płytką oznacza pracę z określonymi rodzajami krawędzi. Podczas sprawdzania obszaru zarysu ważne jest, aby pamiętać o następujących krawędziach:

• Krawędź zarysu: Istotnym aspektem projektu i produkcji płytki PCB jest wyraźne zaznaczenie jej zarysu, aby producent wiedział, jak ją wyciąć. Podczas pracy ze sztywno-elastycznymi projektami geometria płytek może być bardziej skomplikowana, niż zwyczajny kształt prostokąta (w takiej sytuacji wyraźny zarys jest szczególnie ważny).

• Krawędź wnęki: Wnęki mogą tworzyć przestrzeń do umieszczana zintegrowanych elementów na powierzchni płyty. Wbudowane projekty to preferowana technika redukcji footprintu produktu, która stanowi istotny aspekt projektowania medycznych wereables. W przypadku projektów osadzonych ważne jest, aby brać pod uwagę krawędzie wnęk.

• Krawędź wycięcia: Czasami projekt sztywno-elastycznej płytki wymaga wycięć. Upewnij się, że ich krawędzie zostały wyraźnie zdefiniowane, ponieważ jest to istotny krok w projektowaniu.

• Bariera podziału: Krawędź definiowana przez linię podziału. Linie podziału stają się coraz ważniejsze w projektach wielowarstwowych. Podejście wielowarstwowe do projektu płytki wnosi wiele korzyści na rynek medycznych wearables pod względem wydajności rozmiarów.

• Kontynuacja podziału: Znana również jako granica przepuszczalna. Podczas pracy z wielowarstwowymi projektami należy wziąć tę krawędź pod uwagę. Ustawiając wartość obszaru dla obiektu na zero, możesz pozwolić Altium na przekroczenie tego rodzaju krawędzi.

^{Źródło zdjęcia: Użytkownik Flickr theglobalpanorama (CC BY 2.0)}

^{Rigid flex PCB - efekt końcowy}

Używanie Altium do tworzenia zarysów rigid flex PCB

Chociaż prawdopodobnie jesteś w stanie projektować w obrębie zarysu swojej płytki, odpowiednie oprogramowanie może ułatwić Ci to zadanie. Zasada Obszaru Krawędzi Płytki (Board Outline Clearance Rule) w Kategorii Produkcji Altium (Manufacturing Category) została dodana w celu umożliwienia projektantom określenia odległości umieszczenia podstawowych punktów projektowych od krawędzi.  

Wykorzystując Macierz Przestrzeni Minimalnej (Minimum Clearance Matrix) w Altium Designer, możesz określić kilka przestrzeni dla różnych par. Alternatywnym rozwiązaniem jest wykorzystanie wartości pojedynczej przestrzeni dla wszystkich konfiguracji obiektów względem krawędzi na płytce (może to się jednak nie sprawdzać w przypadku każdego projektu).

Nie trzeba być gitarzystką U2, aby żyć na krawędzi. Projektując płytkę, okaż krawędzi trochę szacunku i nie naruszaj zbytnio jej terytorium. Na szczęście, odpowiednie oprogramowanie do projektowania płytek PCB pomoże Ci zaoszczędzić czas podczas planowania, dzięki czemu od razu przejdziesz do etapu tworzenia.