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Rigid Flex PCB: come scegliere il tool di progettazione

Vantaggi dei PCB rigid-flex, sfide e criteri per scegliere strumento software giusto

Cos'è un PCB Rigid Flex

I PCB Rigid Flex sono circuiti stampati flessibili oppure rigidi e flessibili. Sono una combinazione di PCB rigidi e flessibili che non richiedono l’utilizzo di connettori per collegare le aree rigide e le aree flessibili. Il design è composto da più substrati flessibili attaccati internamente o esternamente a una o più schede rigide. Combinando i vantaggi delle due tecnologie ed eliminando i connettori fisici, i progettisti hanno più opzioni quando lavorano con progetti densi che devono soddisfare un certo fattore di forma.

Rigid Flex PCB

I benefici della tecnologia PCB Rigid Flex

I benefici della tecnologia PCB Rigid Flex sono ovvi e altri che sono meno ovvi. 

I benefici ovvi:

  • Offrire più opzioni quando si lavora con progetti densi che debbono soddisfare un fattore di forma specifico.
  • Riduzione dei costi e aumento dell'affidabilità attraverso l'eliminazione dei connettori utilizzati nel tradizionale approccio "progetta-separatamente-e poi-assembla"
  • Ridurre lo spazio richiesto dal progetto poiché le il placement e il routing avvengono il tre dimensioni.

I benefici meno ovvi:

  • Evitare la presenza di connettori contribuisce al miglioramento dell'integrità del segnale poiché si evitano i cambiamenti della sezione trasversale dei conduttori e le loro connessioni di saldatura.
  • La flessione dinamica, la tolleranza alle vibrazioni e agli urti, la resistenza al calore e la riduzione del peso, migliorano la funzionalità elettromeccanica. I disegni Rigid Flex forniscono la stabilità meccanica che è richiesta dalla maggior parte delle applicazioni.

I progetti Rigid Flex sono adatti ai prodotti moderni, specialmente nell'elettronica di consumo. Rigid Flex è una tecnologia che permette ai team di sviluppo di prodotto di ottenere in modo efficiente, dal punto di vista dei costi, più funzionalità in un volume minore.

Si possono trovare progetti Rigid Flex in telefoni cellulari, televisori, fotocamere digitali e computer portatili, ma anche in dispositivi indossabili/wereables, che stanno sfruttando i vantaggi della tecnologia Rigid Flex. Ogni volta che un prodotto ha bisogno di essere compatto o leggero o flessibile, allora la tecnologia Rigid Flex sarà, la migliore candidata ad essere applicata.

Rigid Flex PCB benefits

Sfide dei PCB Rigid Flex

Il software di progettazione Rigid Flex permette all'ingegnere di affrontare alcune sfide di progettazione che sono tipiche di questa tecnologia. Una di queste sfide è la gestione degli stackup per il PCB.

Gestione degli stackup

Alcuni strumenti ECAD non supportano stackup multipli all'interno di un singolo progetto, per cui deve essere creato uno "stackup master" che soddisfi tutti i requisiti dell’intero PCB. Poi, i requisiti di stackup effettivi di ogni regione, devono essere trasmessi al fabbricante come note aggiuntive nella informazione di fabbricazione. Le note aggiuntive sono inefficiente e potenzialmente confusionarie, sia durante la progettazione che durante la fabbricazione. Uno strumento Flex PCB Design Software che supporti stackup specifici per regione (non ideale)  o uno stackup specifico per scheda (preferibile) aiuterà a semplificare questo complesso compito.

Gestione del bordo scheda

Le schede multiple in un progetto rigid-flex devono essere configurate e gestite correttamente durante il processo di progettazione. I progetti rigid-flex sono infatti progetti elettromeccanici che richiedono la collaborazione tra il dominio elettrico e quello meccanico. La capacità di importare e creare automaticamente i contorni multipli e potenzialmente complessi delle schede dai dati CAD meccanici attraverso l'importazione di dati DXF o utility che forniscono l'integrazione meccanica farà risparmiare tempo e ridurrà il potenziale di errori.

Analisi dell'integrità del segnale e della potenza

Anche l'analisi dell'integrità del segnale e dell'alimentazione può essere una sfida durante la progettazione rigid-Flex. La maggior parte degli strumenti per l'integrità del segnale e dell'alimentazione presuppone un singolo PCB con uno stackup uniforme. Come visto in precedenza, gli stackup per i PCB Rigid Flex variano quindi gli strumenti di analisi devono riconoscere i layer flessibili gli stackup locali per garantire risultati di analisi corretti.

Gestione dell'area di piegatura

Tutti i progetti Rigid Flex includono una o più regioni pieghevoli. Le regioni pieghevoli sono critiche per la forma, l'adattamento e la funzione del prodotto finale. Lo strumento Flex PCB Design Software utilizzato durante la progettazione Rigid Flex deve essere in grado di gestire gli elementi critici dell'area di piegatura come:

 

  • La posizione della piegatura
  • La costruzione della piegatura: il raggio, l'angolo e l'origine

E le regole specifiche della piegatura per il posizionamento, il routing, i vias e le aree di rame

Progettazione, visualizzazione e verifica

L'ultima sfida è la capacità di progettare, visualizzare e verificare correttamente il sistema Rigid Flex. La capacità di definire i parametri di piegatura, modificare il progetto in 3D, visualizzare il progetto all’interno della carcassa in 3D, ed eseguire controlli delle regole di progettazione (DRC) in 3D, non può essere sopravvalutata. La progettazione, la visualizzazione e la verifica in 3D assicurano che il team di progettazione possa approfittando dello spazio a disposizione, mentre allo stesso tempo identifica i potenziali problemi di progettazione.

Rigid Flex PCB Design

Progettazione per la produzione (DFM) di PCB rigidi flessibili

La spessore dei circuiti flessibili li rende più delicati, e sono più suscettibili ai danni accidentali durante la produzione. Questo influenza negativamente la resa, aumentando il costo per articolo. Eseguire un DFM durante il layout è ancora più importante nei PCB flessibili di quanto non lo sia già per i PCB rigidi.

I circuiti flessibili sono tipicamente costruiti usando una combinazione di tipi di materiali e metodi. Questi vari materiali rappresentano una sfida per la produzione. Quando sono combinati con i materiali tipici dei PCB FR4, la complessità aumenta. La sfida maggiore è posta dalle differenze nelle caratteristiche di espansione termica dei vari materiali. Queste caratteristiche devono essere affrontate nelle revisioni DFM.

I progetti Rigid Flex contengono tutti gli elementi fabbricazione dei circuiti; i circuiti rigidi si collegano ai circuiti flessibili per formare un unico gruppo, eliminando la possibilità di errori di connessione e di routing dei segnali. Anche se PCB Rigid Flex possono essere più costosi, in realtà, possono essere più convenienti e aumentare la resa data la semplificazione delle attività durante l'assemblaggio.

Rigid Flex PCB DFM
Problemi di interface region trovati grazie al Design for Manufacturing: cambiamenti di larghezza di traccia, cambiamenti di prossimità e di angolo di traccia.

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Ivano Tognetti

Ivano
Tognetti

Product Manager

Ivano, all'avanguardia nell'elettronica sin
dagli anni '80, è Product Manager per
l'area EDA (Electronic Design
Automation). La gestione di progetti in
vari paesi europei gli dà
una visione molto ampia del mercato e dei
suoi problemi.




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