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Rigid-Flex PCB Design: suggerimenti pratici per la progettazione

Nell’ambito del PCB Design, la progettazione rigid-flex si è particolarmente diffusa in molti segmenti del settore elettronico. Pertanto la sua terminologia, i requisiti, i processi e le migliori pratiche sono aspetti cruciali che devono garantire un’alta probabilità di successo. Come indicato dal nome, i circuiti rigid-flex sono costituiti da una combinazione di tecnologie rigide e flessibili della scheda. Questi progetti consistono in strati e substrati di circuiti flessibili collegati internamente e / o esternamente a una o più schede rigide.

Combinando i vantaggi delle due tecnologie, i progettisti hanno più opzioni quando lavorano a grandi progetti che devono essere conformi a uno specifico fattore di forma. Rigid-flex è una tecnologia molto efficace, che consente ai team R&D di applicare in modo efficiente una maggiore funzionalità a un volume più piccolo di spazio e allo stesso tempo di fornire la stabilità meccanica richiesta dalla maggior parte delle applicazioni.

Metodi di progettazione del rigid-flex

Prima dell’avvento della progettazione mista, quando un prodotto richiedeva uno o più PCB flessibili, i PCB rigid-flex erano progettati separatamente. Ciascun PCB conteneva uno o più connettori fisici per assemblare le singole schede in un progetto globale di prodotto. In questa metodologia di progettazione, la parte progettuale flessibile veniva assegnata a uno specialista che aveva familiarità con le opzioni di impacchettamento e di materiale, con le migliori pratiche e con i requisiti per aspetti specifici, come le regioni di piega e gli irrigidimenti. Mentre questo approccio tradizionale del “progettare separatamente e poi assemblare” minimizzava potenziali problemi con le parti flessibili del prodotto, aveva anche diversi svantaggi. Ad esempio il costo associato ai connettori fisici e lo spazio richiesto da questi ultimi, la necessità di gestire correttamente le interconnessioni tra i circuiti stampati rigidi e flessibili separati (attraverso i connettori), il tempo e i costi associati all’assemblaggio. Il passaggio all’attuale generazione di tecnologia rigid-flex riduce questi problemi, che possono essere risolti seguendo alcune delle migliori pratiche e linee guida chiave.

Tre PCB rigidi e due flessibili visualizzati in 3D

Rigid-Flex, vantaggi e sfide

I progetti rigid-flex di attuale generazione si trovano tipicamente nei telefoni, nei televisori LCD, nelle fotocamere digitali e nei laptop, solo per citarne alcuni. Fondamentalmente, ogni volta che un prodotto deve essere compatto e / o leggero e / o flessibile, molto probabilmente verrà applicata la tecnologia rigid-flex. I vantaggi del rigid-flex includono:

  • Riduzione dei costi e maggiore affidabilità, grazie all’eliminazione dei connettori fisici utilizzati nel tradizionale approccio di progettare separatamente e poi assemblare.
  • Migliore integrità del segnale, grazie all’eliminazione delle modifiche trasversali ai conduttori (rimozione dei connettori fisici e delle relative connessioni di saldatura).
  • Requisiti di spazio ridotti, in quanto le parti possono essere posizionate e le tracce possono essere instradate in tre dimensioni.
  • Funzionalità elettromeccanica migliorata, tra cui flessione dinamica, vibrazione e tolleranza agli urti, resistenza al calore e riduzione del peso.

Affinché i team R&D possano usufruire di questi vantaggi, i progettisti hanno dovuto allargare le proprie conoscenze sulla tecnologia rigid-flex, lavorando sia sulla loro curva di apprendimento individuale, sia con le varie sfide tecnologiche, che possono anche causare costosi fallimenti sul progetto. Sfortunatamente, le sfide della tecnologia rigid-flex possono essere ulteriormente aggravate se gli strumenti ECAD utilizzati dal team di progettazione non facilitano e assicurano la conformità dei processi.

Migliori pratiche e linee guida

Alcune delle sfide fondamentali, insieme alle migliori pratiche e linee guida associate per affrontare tali sfide sono le seguenti:

  • Stackup management: gli stackup per i PCB rigid-flex varieranno spesso, in quanto il progettista ha bisogno di gestirli in modo efficiente e assicurarsi che vengano correttamente realizzati in produzione. Uno strumento ECAD che supporti stackup specifici aiuterà a semplificare questo complesso compito.
  • Board outline management: le schede multiple in un design rigid-flex devono essere adeguatamente configurate e gestite durante il processo di progettazione che richiede la collaborazione tra i domini elettrici e quelli meccanici. La possibilità di importare e creare automaticamente profili di bordo multipli (e potenzialmente complessi) dai dati CAD meccanici consentirà di risparmiare tempo e ridurre il rischio di errori.
  • Interazione col produttore: questo aspetto del design rigid-flex non sarai mai enfatizzato a sufficienza. Il feedback da parte del produttore su stackup, materiali, aree di keep out, requisiti di piegatura, irrigidimenti, ecc. aiuterà a garantire che il design possa essere corretto ed affidabile
  • Analisi dell’integrità del segnale e dell’alimentazione: la maggior parte degli strumenti di integrità del segnale e di integrità della potenza presuppongono un singolo PCB con uno stackup uniforme. Per i progetti rigid-flex, gli strumenti di analisi devono riconoscere strati complessi e stackup locali per garantire risultati di analisi corretti.
  • Progettazione e verifica 3D: grazie a tale funzione, è possibile assicurare che il team di progettazione stia sfruttando gli spazi disponibili in tutte e tre le dimensioni e, al tempo stesso, identificando potenziali problemi di progettazione.

In un prossimo articolo vedremo in dettaglio come tali esigenze possano essere affrontate al meglio con un tool completo come PADS Professional.

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