Сборка гибких печатных плат: Продумывание размещения компонентов

Как вы могли представить, гибкие платы идеально подходят для приложений, требующих от печатной платы быть тонкой, маленькой и легкой. Из-за тонкой и легкой природы материалов они также представляют вызовы для изготовления и сборки. Сегодняшний блог даст общий взгляд на некоторые из этих вызовов и сосредоточится на выборе и размещении компонентов и как это может сделать гибкую плату пригодной или непригодной для использования в приложении.

Размещение в гибких ПП

Дизайнеры печатных плат должны тщательно подходить к размещению компонентов при проектировании гибких плат, так как гибкость подложки вносит уникальные вызовы в процесс изготовления и сборки. Неправильное размещение и ориентация компонентов относительно областей изгиба создает проблему надежности как в случае статического, так и динамического гиба.

Вот ключевые моменты и риски, которые следует иметь в виду:

Тип и размер компонента

• Выбирайте компоненты, подходящие для гибких плат, учитывая их размер, вес и механическую прочность. Большие или тяжелые компоненты, такие как большие процессоры или компоненты силовой электроники (индукторы, трансформаторы и т.д.), будут вносить дополнительные напряжения при изгибе. (Мы рассмотрим это более подробно ниже)

Расположение паяных соединений

• Области гиба не должны располагаться рядом с паяными соединениями, чтобы избежать избыточного напряжения и трещин при изгибе. Негибкие паяные соединения могут треснуть, когда плата гнется, что приведет к электрическим отказам.

Маршрутизация гибких дорожек

• Прокладывайте дорожки в областях изгиба с мягкими кривыми и избегайте острых изгибов в этих областях. Острые изгибы могут легче разрушаться, чем изогнутые дорожки при гибке.

Уплотнители и поддержка

• Стратегически интегрируйте уплотнители, чтобы обеспечить дополнительную поддержку в областях, подверженных механическому напряжению. Примеры включают области с большими компонентами, мезонинными разъемами и разъемами платы к плате.

SMT или сквозное монтажное отверстие

• Компоненты SMT наиболее часто используются в гибких ПП, но иногда используются и сквозные компоненты. Сквозные компоненты могут не иметь достаточной площади медного пэда для формирования прочных связей, поэтому их следует размещать в областях с уплотнителями.

Прототипирование и тестирование

• Прототипируйте гибкие схемы для проверки размещения компонентов, изгиба, термической и механической надежности. Обязательно проверьте гибкий дизайн в приложении MCAD или даже в динамическом стресс-тесте. Непроведение анализа динамических нагрузок может привести к неожиданным отказам во время сборки или после нее.

Учитывая эти соображения, разработчики печатных плат могут снизить риски, связанные с производством гибких схем, и обеспечить, чтобы разработанные компоненты могли выдержать уникальные вызовы, представленные гибкостью материалов схемы.

Размер

• Миниатюризация: По возможности выбирайте компоненты меньшего размера, так как они распределяют меньше массы и снижают риск возникновения точек напряжения при изгибе.

• Размер корпуса: Выбирайте компоненты с компактными размерами корпуса, чтобы минимизировать влияние на общую гибкость схемы.

Вес

• Легкие материалы: Отдавайте предпочтение легким материалам для компонентов, особенно для приложений, где вес является критическим фактором. Тяжелые компоненты могут увеличить общее напряжение на гибкую схему при изгибе.

• Компоненты с низким профилем: Выбирайте компоненты с низким профилем, чтобы минимизировать массу и высоту, снижая потенциал механического напряжения.

Механическая прочность

• Гибкие конструкции: Проектируйте с учетом механической прочности, чтобы гарантировать, что конечный продукт может выдерживать механические нагрузки, связанные с изгибом, без разрушения или деформации.

• Усиление: Рассмотрите возможность усиления областей вокруг компонентов, подверженных механическому напряжению, либо за счет дополнительных слоев подложки, либо за счет стратегически расположенных уплотнителей.

Большие или тяжелые компоненты могут вводить дополнительное напряжение при изгибе, что приводит к проблемам с надежностью.

Концентрация напряжения

• Механическое напряжение: Большие или тяжелые компоненты могут создавать точки концентрации напряжения при изгибе, что потенциально приводит к трещинам в паяных соединениях, дорожках или гибкой подложке. Увеличенное механическое напряжение может привести к долгосрочным проблемам с надежностью, включая усталостный излом или отслоение гибкой схемы.

Влияние на гибкость

• Снижение гибкости: Тяжелые компоненты могут ограничивать общую гибкость схемы, делая ее более сложной для соответствия желаемой форме или радиусу изгиба. Ограниченная гибкость может повлиять на производительность гибкой схемы, особенно в приложениях, где требуется повторяющийся изгиб.

Проблемы сборки

• Преодоление трудностей: Большие или тяжёлые компоненты могут создавать проблемы в процессе сборки, требуя аккуратного обращения и специализированного оборудования. Вес компонентов может влиять на качество паяных соединений, что потенциально приводит к таким проблемам, как трещины в паяных соединениях или их смещение.

Совместимость материалов

• Напряжение материала: Тяжёлые компоненты могут вызывать напряжение в гибком материале подложки, влияя на его механические свойства со временем. Постоянное напряжение может способствовать усталости материала, снижая общий срок службы и надёжность гибкой платы.

Итерации дизайна

• Прототипирование: Чтобы снизить долгосрочные риски, проводите прототипирование с акцентом на оценку работы больших или тяжёлых компонентов при изгибе.

Тщательно учитывая тип, размер и механические характеристики компонентов, разработчики печатных плат могут оптимизировать дизайн гибких схем для обеспечения надёжности и производительности, особенно в приложениях, где гибкость критически важна. Как всегда, сотрудничество с производителями на этапе дизайна может помочь выявить и решить потенциальные проблемы, связанные с размещением компонентов на гибких платах.