Poruszanie się po zakrętach i zagięciach w projektowaniu obwodów elastycznych

W ciągle ewoluującym świecie projektowania elektroniki, obwody elastyczne zyskują na popularności jako przełomowe rozwiązanie. Aby zapoznać się z wieloma korzyściami płynącymi z obwodów elastycznych i konstrukcji sztywno-elastycznych, oto link do poprzedniego bloga. Dzisiaj skupimy się na jednej z najbardziej oczywistych zalet: możliwości zginania i składania tych materiałów. Przyjrzymy się mechanicznym, elektrycznym i materiałowym aspektom, które kształtują projektowanie obwodów elastycznych i zapewniają, że nie kompromitujemy funkcjonalności i niezawodności, wprowadzając zgięcia lub fałdy do projektu PCB.

Istnieje kilka kluczowych elementów do rozważenia, aby zapewnić, że obwód może być złożony, wyrównany i zmontowany poprawnie, bez powodowania stresu lub uszkodzeń:

Definicja stref zginania: Zidentyfikuj obszary, w których obwód elastyczny musi być zgięty. Powinny być one jasno określone jako „strefy zginania” w pakiecie dokumentacji i oznaczone w układzie, aby upewnić się, że są one wyraźnie rozpoznawane podczas produkcji i montażu.

Obliczanie promienia zgięcia:  Określ minimalny promień zgięcia na podstawie wyboru materiału i układu warstw oraz potwierdź, czy spełnia to standardowe wytyczne branżowe.  Promień zgięcia to krzywizna, którą obwód może bezpiecznie tolerować bez pęknięć, delaminacji czy nadmiernego stresu, który mógłby prowadzić do awarii.

Jako przykład, w przypadku dwustronnego obwodu o całkowitej grubości 0,012 cala minimalny promień zgięcia wynosiłby 0,072 cala.

Chociaż materiały elastyczne są zaprojektowane do zginania, gięcia i składania, istnieje limit obciążeń, które materiał może wytrzymać, a przekroczenie tych limitów może skutkować delaminacją i pęknięciem przewodów.  Standardowe wytyczne to:

Konstrukcja jednostronna:  3-6x grubość obwodu

Konstrukcja dwustronna: 6-10x grubość obwodu

Konstrukcja wielowarstwowa: 10-15x grubość obwodu

Zastosowanie dynamiczne: 20-40x grubość obwodu

Odległość i tolerancja:  Projektuj obszary zginania z wystarczającą odległością, aby pomieścić promień zgięcia bez powodowania stresu na ścieżkach, przelotkach lub komponentach.  Zapewnij strefę buforową, aby zapobiec obciążeniu tych elementów podczas zginania. 

Umieszczanie komponentów:  Unikaj umieszczania komponentów zbyt blisko obszarów zginania, aby zapobiec uszkodzeniom lub naprężeniom podczas zginania.  Trzymaj krytyczne komponenty z dala od tych regionów. 

Umieszczanie via:  Via powinny być umieszczane ostrożnie, aby unikać krytycznych obszarów zginania.  Umieszczanie via w strefach zginania może powodować koncentrację naprężeń, co może prowadzić do awarii.

Trasowanie ścieżek:  Staraj się trasować ścieżki prostopadle do kierunku zginania, jeśli to możliwe, i używaj szerszych ścieżek w obszarach zginania, aby rozłożyć naprężenie na większym obszarze.  Nie przechodź na inne warstwy w obszarze zginania i unikaj nakładania się ścieżek między różnymi warstwami, aby zminimalizować naprężenie.

Cechy wyrównawcze:  Włącz do projektu cechy wyrównawcze, takie jak wycięcia, znaki rejestracyjne lub otwory, aby pomóc w dokładnym zginaniu i wyrównaniu podczas montażu.  Te cechy zapewniają wizualną pomoc dla montażystów.

Symulacja stanu złożonego:  Symuluj złożony stan obwodu elastycznego, aby upewnić się, że żadne ścieżki ani komponenty nie będą nadmiernie obciążone.

Prototyp testowy zginania:  Stwórz prototypy testowe, aby fizycznie zginać i rozwijać elastyczny obwód.  Pomoże to zweryfikować projekt i zidentyfikować wszelkie nieprzewidziane problemy z zginaniem, wyrównaniem lub interferencją komponentów.

Punkty Koncentracji Naprężeń:  Zidentyfikuj potencjalne punkty naprężeń, takie jak ostre rogi czy krawędzie w obszarach zginania, i zmodyfikuj projekt, aby zminimalizować te naprężenia.

Wzmocnienie Obszaru Zginania:  W zależności od projektu obwodu elastycznego, rozważ dodatkowe warstwy elastycznych materiałów lub wzmocnienie w obszarach zginania, aby rozłożyć naprężenia i zapewnić wsparcie mechaniczne.

Metody Łączenia:  Określ, jak jakiekolwiek zgięte sekcje będą ze sobą łączone.  Istnieje wiele opcji:  łączenie klejem, zgrzewanie cieplne i mechaniczne elementy złączne jako przykład.

Dokumentacja:  Jasno udokumentuj proces zginania, włączając w to instrukcje krok po kroku i pomoc wizualną dla zespołu montażowego.  Powinno to obejmować sposób zginania obwodu, wyrównywanie sekcji i ich zabezpieczanie razem.

Komunikacja z Producentem:  Ściśle współpracuj z producentem obwodów elastycznych, aby omówić wymagania dotyczące zginania i proces montażu.  Ich wiedza i sugestie wynikają z lat doświadczenia, i powinni chętnie pomóc.

W projektowaniu obwodów elastycznych sztuka nawigowania po obszarach zginania i składania jest prawdziwym świadectwem potrzeby połączenia kreatywności i precyzji. Powyższa lista zawiera zestawienie „najlepszych praktyk”, które mają pomóc w zrównoważeniu wymagań mechanicznych i elektrycznych projektu. Byłoby fantastycznie, gdyby samo stosowanie się do tych wytycznych skutkowało w pełni funkcjonalnym projektem obwodu elastycznego za pierwszym podejściem. W „rzeczywistym świecie” istnieje wiele czynników, które mogą wpłynąć na pomyślne przejście przez stresy na elastycznym obwodzie podczas jego zginania i składania. Gdy rzeczy nie idą zgodnie z planem z początkowymi prototypami, opieraj się na radach swojego producenta PCB. Im więcej informacji można z nimi podzielić, w tym zdjęcia i filmy z pełnego montażu obudowy, tym łatwiej będą mogli zasugerować rozwiązania. Być może materiały muszą zostać dostosowane, być może wymagany jest proces z użyciem płytki przyciskowej dla tego konkretnego projektu… ich ciężko zdobyte doświadczenie oferuje wiele opcji w ich zestawie narzędzi.