Wykończenia elastycznych obwodów drukowanych

Jakie są powszechnie stosowane metody wykonywania zakończeń dla urządzeń z obwodami elastycznymi?

Moim zdaniem trzeba wiedzieć, że praktycznie każde złącze, jakie wybierzemy dla sztywnych płytek obwodów drukowanych, można zamontować w obwodzie elastycznym. Tradycyjne złącza do montażu przewlekanego i powierzchniowego, okrągłe złącza HDI, miniaturowe złącza D-sub, złącza z wtykiem i gniazdem, ołowiowe lub bezołowiowe – wszystkie te opcje trzeba można pod uwagę w przypadku materiałów elastycznych. To powiedziawszy, chcę nieco zejść z tematu, ostrzegając, że NIE wolno zapomnieć o zweryfikowaniu zalecanych reguł projektowania, gdy w obszarze złącza są niezbędne usztywniacze wzmacniające. W wielu przypadkach same złącza są cięższe niż materiały elastyczne, co może powodować naprężenia i pękanie przewodników, jeśli nie dodamy usztywniacza. Ale wracając do tematu, w dzisiejszym artykule omówimy kilka metod wykonywania zakończeń, które są bardziej charakterystyczne dla obwodów elastycznych: złącza ZIF, nieobudowane końcówki elastyczne oraz zaciskane styki.

Złącza ZIF (niewymagające użycia siły):

Złącza ZIF stanowią jedną z coraz bardziej popularnych metod połączeń, która zapewnia kilka korzyści. Obwody elastyczne można wsuwać i wyciągać wielokrotnie przy bardzo małym mechanicznym zużyciu miedzianych ścieżek. Złącza ZIF często mają mechanizmy blokujące, które zaciskają się na odsłoniętych ścieżkach, zapewniając trwałe, mocne połączenie. Wsunięcie elastycznej płytki do „pasującego” złącza ZIF na sztywnej płytce drukowanej może wyeliminować konieczność stosowania dopasowanego złącza, dzięki czemu profil połączenia może być mniejszy, co pozwala obniżyć koszty i masę do minimum.

Jest kilka kwestii, o których trzeba wiedzieć, projektując obwód elastyczny, który zostanie podłączony bezpośrednio do złącza ZIF. Przede wszystkim krytyczne znaczenie ma całkowita grubość obszaru połączenia. Zazwyczaj wymagana grubość obwodu na końcu wsuwanym do złącza wynosi 0,012” +/- 0,002”.  Często całkowita grubość obwodu elastycznego jest mniejsza i w obszarze połączenia trzeba dodać poliamidowy usztywniacz, żeby uzyskać tę wymaganą grubość. Tu kolejna mała dygresja: trzeba pamiętać, że punkty końcowe powłoki i usztywniacza muszą nachodzić na siebie co najmniej na 0,03”, aby zapobiec dodawaniu punktu naprężenia do obwodu.

 Drugą ważną kwestią, o której trzeba pamiętać i którą trzeba uwzględnić w projekcie, jest to, że tolerancja obrysu złączy ZIF często wynosi +/- 0,0002”. To mniej niż w przypadku standardowego wytłaczania obrysu i do spełnienia tych specyfikacji może być konieczne specjalistyczne wytłaczanie. W celu spełnienia tych ścisłych wymogów często stosuje się laserowe wycinanie obrysu lub narzędzia do wytłaczania klasy A.

 Na koniec koniecznie trzeba rozważyć, jaki wpływ może mieć wybrane wykończenie powierzchni, jeśli wymagane będzie wielokrotne podłączanie/odłączanie. W przypadku cienkich powłok wielokrotne wsuwanie i wysuwanie może spowodować zdrapanie cienkiej warstwy metalu i odsłonięcie podkładu.

Nieobudowane końcówki elastyczne:

Ta opcja zakończenia jest bardzo zindywidualizowana. Zasadniczo są to przedłużenia przewodników nieosłonięte powłoką lub materiałem bazowym po trzech stronach. W ten sposób otrzymujemy „swobodny” przewodnik dostępny z obu stron obwodu elastycznego. Te końcówki elastyczne mogą być dostosowane do specjalnych wymogów dotyczących rozstawu, długości oraz usytuowania i zapewniają solidne zakończenie, zachowując elastyczność podczas montażu i użytkowania. Ta metoda umożliwia łatwe bezpośrednie podłączanie do płytek PCB lub innych podzespołów. Nieobudowane końcówki elastyczne mogą być proste lub wygięte na potrzeby montażu SMT.

 Choć przy tej metodzie wykonywania zakończeń wystarczy taka grubość końcówki, że może to być po prostu przedłużenie miedzianego przewodnika, obszar końcówek często projektuje się tak, aby miał grubsze, trwalsze końcówki, które są coraz cieńsze w miarę posuwania się w kierunku miedzianych ścieżek w obszarze obwodu elastycznego. Zazwyczaj grubość przewodnika w obszarze końcówek wynosi 0,010”, a obszary bez końcówek są wstępnie wytrawione do grubości cieńszej warstwy miedzi. Wtedy kształtuje się końcówki, zazwyczaj usuwając laserowo materiały po trzech stronach obszaru końcówki. Zaletą tej opcji jest możliwość zindywidualizowania w celu dostosowania do wymogów układu, jednakże dodatkowa obróbka przy tej opcji powoduje zwiększenie kosztów. Na koniec trzeba zauważyć, że to rozwiązanie jest podatne na uszkodzenia obszaru końcówek przed montażem. Żeby wyeliminować to ryzyko, zazwyczaj zabezpiecza się obszar nieobudowanych końcówek poprzez połączenie wszystkich końcówek szyną, która utrzymuje końcówki liniowo. 

Zaciskane styki i złącza krawędziowe

Trzecią opcją jest mechaniczne zaciskanie styków na każdym przewodniku. Ta metoda zapewnia uzyskanie trwałego połączenia mechanicznego i elektrycznego poprzez przekłucie obwodu i owinięcie styków wokół poszczególnych przewodników. Metoda umożliwia realizowanie połączeń męskich oraz żeńskich i zwykle dostępne są dwa standardowe rozstawy, które spełniają większość potrzeb rynkowych. Dostępne są również obudowy osłaniające styk. Ta opcja nie umożliwia takiej indywidualizacji jak nieobudowane końcówki, ale jest mniej kosztowna i zapewnia solidne połączenie. 

Odpowiadając na pierwotne pytanie, w projektach obwodów elastycznych można zastosować niemal każde złącze. Jednak istnieją trzy powszechnie spotykane metody wykonywania zakończeń charakterystyczne dla obwodów elastycznych; złącza ZIF, nieobudowane końcówki elastyczne oraz zaciskane styki i złącza krawędziowe. Każda z tych opcji ma zalety, wady oraz konkretne kryteria projektowe, o których trzeba wiedzieć.   

Masz więcej pytań? Porozmawiaj z ekspertem Altium lub dowiedz się więcej o modelowaniu i rozmieszczaniu złączy w programie Altium Designer^®.