Una estructura de PCB rígido-flexible no es simplemente una multicapa rígida con una sección flexible. Se trata de un sistema mecánico y eléctrico único en el que las regiones rígidas, las regiones flexibles y las transiciones pueden requerir diferentes configuraciones de capas. La estructura debe soportar la densidad de componentes y las microvías en las áreas rígidas, rutas de retorno predecibles para una impedancia controlada y un espesor de sección flexible que permita doblarse sin concentrar la tensión en el cobre o en las características metalizadas.
Construya la estructura de capas antes del enrutamiento detallado. Comience con los requisitos de plegado o movimiento del producto, defina los materiales y las zonas, y luego agregue las características de HDI e impedancia sin aumentar innecesariamente el grosor de la sección de curvatura. Revise la construcción final con el fabricante, ya que la disponibilidad del dieléctrico, el tipo de cobre, la secuencia de perforación, el registro y el flujo de laminación determinan si la geometría propuesta es repetible.
Seis pasos para el apilamiento de PCB rígido-flexible liberado
- Defina la secuencia de plegado y la función de doblado. Registre la dirección, el ángulo, el radio disponible, el número de ciclos y el orden de instalación antes de tomar cualquier decisión sobre las capas.
- Dibuja el mapa de zonas. Marca las islas rígidas, los tramos flexibles, los límites de transición, los refuerzos, las líneas de curvatura y las zonas de exclusión.
- Seleccione el sistema de material flexible. Elija el tipo de FCCL, el tipo y el peso del cobre, la capa de recubrimiento, el adhesivo o la capa de unión y el apantallamiento como un conjunto.
- Establezca el número de capas y especifique qué capas continúan dentro de la sección flexible. Continúe solo aquellas que deban cruzar la curva.
- Agregue elementos HDI en la región rígida solo donde la densidad de escape lo requiera. Mantenga las microvías alejadas de las zonas de curvatura y transición.
- Recalcula la impedancia por zona y libera el paquete para la revisión DFM del fabricante. Congela la revisión de la configuración de capas antes del enrutamiento.
Lo que Stackup debe resolver
Una configuración de capas útil responde a tres preguntas: densidad, por dónde discurren las rutas de referencia y dónde se dobla la placa. Estándares de diseño IPC Cubra cada una de las siguientes normas: IPC-2223 para placas flexibles, IPC-2226 para HDI e IPC-2141 para impedancia controlada. Verifique cada valor con respecto al conjunto de materiales y el proceso.
Mapa de zonas rígidas, flexibles y de transición
Clasifique cada curva antes de dibujar el contorno.
Dibuja el mapa de zonas antes de seleccionar el número de capas. Marca cada isla rígida, tramo flexible, transición, rigidizador, conector, zona de exclusión y línea de curvatura. Luego, clasifica cada curvatura: solo para instalación, ocasional o dinámica. Registra la dirección, el ángulo, el radio, los ciclos y la torsión.
Zonas restringidas en la transición
El mapa de zonas detecta conflictos desde el principio: un dispositivo de paso fino empuja las microvías hacia la transición, mientras que la carcasa fuerza la curvatura en esa dirección. Detectarlo es importante antes del enrutamiento.
En qué se diferencian las tres zonas en la construcción
La transición de rígido a flexible es el origen de la mayoría de las disputas en la construcción, por lo que necesita su propia columna, no un borde de la región rígida.
| Parámetro | Región rígida | Región flexible | Transición de rígido a flexible |
| Número de capas | Construcción completa | Capas continuas (2 típicas) | Cónico |
| Dieléctrico de base | Núcleo FR-4 + preimpregnado; alta Tg si es necesario. | FCCL de poliimida sin adhesivo | Preimpregnado o laminado sin flujo |
| Tipo y peso del cobre | Disfunción eréctil o artritis reumatoide, 1 onza típica | Cobre RA, de 1/2 onza a 1 onza | Coincide con la capa adyacente |
| Protección exterior | Máscara de soldadura | Recubrimiento de PI con adhesivo | Borde de la cubierta + abertura rígida |
| Características chapadas | A través, ciego, enterrado, microvías | Ninguno dentro de la curva activa | Solo se incluyen almohadillas de anclaje y soportes en forma de lágrima. |
| Control primario | Densidad de escape, continuidad del plano, impedancia | Espesor final y radio de curvatura | Flujo de resina, borde del rigidizador, trayectoria de deformación |
| Modo de fallo común | Planos de referencia inconsistentes bajo redes de impedancia | Las capas adicionales o el radio de empuje del blindaje se extienden más allá de la carcasa. | Esquinas de contorno afilado y bordes reforzados como concentradores de tensión. |
La mayoría de las fallas por doblado se deben a algún elemento rígido en el interior del doblez, no al radio de curvatura. Compare la última fila con su propio dibujo.
Seleccione el sistema de material flexible antes de agregar HDI.
Seleccione el sistema de material flexible como un conjunto.
Seleccione el laminado flexible, el grosor del cobre, la capa de recubrimiento, el adhesivo o la capa de unión y el blindaje como un conjunto. Un cobre, planos y adhesivo más gruesos aumentan el grosor de flexión y la capacidad de doblado. capacidades de fabricación rígido-flexible Se incluyen sistemas FCCL sin adhesivo, sistemas de recubrimiento, perforación láser, estructuras tipo HDI y opciones de impedancia controlada. El diseño requiere aprobación antes del enrutamiento.
Para una lámina flexible delgada, lo habitual es empezar sin adhesivo. Datos publicados por DuPont sobre Pyralux AC Se ofrecen espesores de 12 µm a 50 µm, con cobre laminado y recocido, y cobre electrodepositado en proporciones iguales. Esto permite elegir libremente el tipo de cobre, sin que ello implique una penalización en el espesor.
Especifique el tipo de cobre, no solo el peso. La lámina recocida laminada soporta doblados repetidos y cuesta menos que rehacer una pieza flexible agrietada después del mecanizado. La lámina electrodepositada es adecuada para secciones rígidas y estructuras flexibles estáticas para instalación. Las construcciones sin adhesivo unen la poliimida directamente al cobre, evitando la mayor pérdida dieléctrica y la expansión en el eje Z de la capa acrílica. Los sistemas con adhesivo son adecuados para pliegues estáticos. En la pieza flexible, omita la máscara de soldadura: se agrieta al doblarse, mientras que el recubrimiento no. Elija ambos con el laminado.
Limitar lo que continúa dentro del tramo flexible
Mantenga el conductor flexible y las capas de referencia al mínimo necesario para garantizar el enrutamiento, el apantallamiento, la corriente y la consistencia de la señal. El radio de curvatura se basa en el grosor final del conductor flexible, la capa de recubrimiento y cualquier capa adicional, no en el núcleo de poliimida desnudo ni en un único multiplicador. Confirme con el material y el ciclo de trabajo reales.
Construcción FCCL sin adhesivos frente a construcciones con adhesivos
Valores típicos publicados para materiales comerciales, a modo de referencia para la planificación. Confirme Dk, Df y elongación con la ficha técnica del laminado antes de realizar cualquier cálculo de impedancia o flexión.
| Propiedad | FCCL sin adhesivo | FCCL a base de adhesivo | |||
| Capa de unión | Poliimida fundida directamente sobre cobre | Adhesivo acrílico, de aproximadamente 12,5 µm a 25 µm. | |||
| Dk típico a 1 GHz | aprox. 3,4 | aproximadamente de 3,6 a 3,8 | |||
| Df típico a 1 GHz | aprox. 0,002 para grados de baja pérdida | Por encima de aproximadamente 0,02 en multi-GHz | |||
| Comportamiento térmico | Estable mediante reflujo sin plomo | Tg adhesiva de alrededor de 100 °C, alta expansión en el eje Z | |||
| Preferido para | Doblado dinámico, reflujo repetido de alta velocidad | Flexión estática, construcciones sensibles al costo | |||
| Tipo cobre | Estructura de grano | Alargamiento típico en el punto de rotura | Uso típico | ||
| Recocido laminado (RA) | Lamelar | aproximadamente entre el 20% y el 40% | Flexión dinámica y la mayoría de las regiones de flexión | ||
| Electrodepositado (ED) | De columna | Más bajo, a menudo citado cerca del 5% | Regiones rígidas y flexión estática | ||
Ejemplos de configuraciones de apilamiento de PCB rígido-flexibles según el número de capas.
Dos preguntas son importantes. ¿Qué incluye una estructura de cuatro capas y qué cambia con seis? Ambas incorporan un puente flexible de dos capas, por lo que el radio de curvatura apenas varía. Seis capas añaden una zona de escape rígida, cuestan más y no mejoran la curvatura. Considere estos valores como una referencia para la planificación, no como una especificación.
| Artículo | PCB rígido-flexible de 4 capas (ejemplo) | PCB rígido-flexible de 6 capas (ejemplo) |
| Capas conductoras por sección rígida | 2 | 4 |
| Las capas continúan en el tramo flexible. | 2 (un núcleo flexible de 2 capas) | 2 típicos; 4 solo después de revisión |
| Núcleo flexible | Poliimida sin adhesivo, 25 µm o 50 µm | Poliimida sin adhesivo, se prefiere de 25 µm. |
| Cobre flexible | 1/2 onza o 1 onza de cobre RA | Se prefiere 1/2 onza de cobre RA. |
| Protección exterior flexible | Recubrimiento de PI, 25 µm por lado | Recubrimiento de PI, 25 µm por lado |
| Espesor flexible trabajado | aprox. 0,15 mm a 0,20 mm | aprox. 0,15 mm a 0,20 mm con 2 capas continuas; aprox. 0,25 mm a 0,35 mm con 4 |
| Trabajo de flexión típico | Instalación estática mediante plegado | Estático; dinámico solo después de revisión. |
| Coste relativo y plazo de entrega | Base | Mayor (ciclos de laminación adicionales) |
Construcción rígida-flexible de cuatro capas (ejemplo)
Estas son gamas comerciales comunes. Tómese como ejemplo, no como especificación. La viabilidad de la fabricación depende del sistema de materiales, el tipo de cobre, la secuencia de laminación y el proceso del fabricante.
El espesor final del cable flexible es de aproximadamente 160 µm: 25 µm de núcleo, 36 µm de cobre y 100 µm de recubrimiento.
Construcción rígido-flexible de seis capas (ejemplo)
La estructura flexible se adapta a la construcción de cuatro capas, por lo que el radio de curvatura no se modifica. Sin embargo, sí varían el número de laminaciones, el registro y el coste unitario.
PCB rígido-flexible de 4 capas: Un núcleo flexible entre dos pares rígidos.
La mayoría de la gente empieza con una placa de circuito impreso rígido-flexible de cuatro capas: dos capas conductoras en cada sección rígida y un núcleo flexible de dos capas entre ellas que transmite ambas señales. La curvatura se mantiene delgada, por lo que el radio permanece pequeño. Si la región rígida se queda sin espacio, se añaden más capas rígidas, no flexibles.
PCB rígido-flexible de 6 capas: Cuatro capas rígidas con un puente flexible de dos capas.
En una placa de circuito impreso rígido-flexible de 6 capas, cada sección rígida contiene cuatro capas conductoras. Solo dos continúan a lo largo del tramo flexible. Cada capa que se añade al puente flexible aumenta el grosor y el radio de curvatura, por lo que un tramo que necesita dos redes se dobla peor con seis y cuesta más.
Cómo elegir entre 4, 6 o más capas
Justifique el cambio de una PCB rígido-flexible de cuatro capas a una de seis capas considerando la región rígida, nunca la sección flexible. Deje que los canales de escape y los pares de planos determinen el número de capas rígidas. Una PCB HDI rígido-flexible avanzada, construida como 1+n+1 o 2+n+2, prioriza la densidad de escape y el alivio de las vías, no el número de capas.
Agregar HDI En densidad En realidad lo requiere
Su región rígida define una PCB HDI rígida-flexible avanzada. La acumulación de microvías, vías ciegas y enterradas, y la laminación secuencial aumentan la densidad de escape bajo dispositivos de paso fino. El tramo flexible se mantiene tan delgado como lo permiten las redes continuas, por lo que la estructura HDI se detiene en el límite entre lo rígido y lo flexible. Úsela solo donde se requiera densidad de escape o enrutamiento. Defina a qué capas se conecta cada vía.
IPC-2226 Define las microvías y las estructuras de acumulación, y los fabricantes citan sus definiciones de vías y límites de relación de aspecto. Estos límites son adecuados para construcciones rígidas. Una vez que un núcleo flexible entra en la secuencia de laminación, considérelo como un límite superior, no como un objetivo.
Secuencia de montaje y orden de laminación
Una disposición 2+n+2 coloca dos capas de refuerzo secuenciales a cada lado de un núcleo que sostiene la estructura flexible. La ubicación del núcleo flexible es crucial. Cada pasada de laminación expone el sistema de poliimida y adhesivo a calor y presión adicionales, lo que genera errores de registro en los bordes de la capa de recubrimiento.
UMEC describe estructuras rígidas-flexibles multicapa con microvías enterradas o ciegas y una configuración HDI de hasta 2+n+2, sujeta a revisión del proyecto. Verifique la relación de aspecto de las microvías, la geometría de las almohadillas de captura, el relleno de cobre, el registro y cómo la laminación secuencial cumple con el ciclo de unión rígido-flexible.
Dónde encajan las microvías en una construcción rígido-flexible
Las microvías pertenecen a las islas rígidas. Una microvía chapada es un barril de cobre unido al dieléctrico por todos sus lados, sin margen de ductilidad. Una flexión dinámica permite una menor tensión que un barril estático. Defina una zona de exclusión que abarque la línea de curvatura y el filete de transición, y mantenga fuera de ella las estructuras chapadas rígidas, las almohadillas de captura, las vías rellenas y el relleno de equilibrio de cobre.
Las microvías perforadas con láser y la acumulación secuencial son estándar. Capacidades de fabricación de PCB de HDIEn un panel rígido-flexible, el límite práctico es el registro a través del ciclo de unión flexible, no la vía en sí.
Las compensaciones reflejan las que hay detrás elegir entre estructuras ciegas, enterradas y de microvías En una construcción rígida. Aquí, cada ciclo de laminación también debe sobrevivir al paso de unión que conecta el núcleo flexible. Por lo tanto, el número de capas acumuladas es uno menos.
Diseño de impedancia controlada en todas las zonas.
Rutas de referencia a través de zonas rígidas y flexibles
Una PCB de impedancia controlada puede usar diferentes geometrías en secciones rígidas y flexibles, pero la ruta de referencia debe ser deliberada. Para cada clase de red, registre la capa de señal, la capa de referencia, la impedancia objetivo, la tolerancia, el espesor del dieléctrico y del cobre, y la transición. Recalcule cuando una señal entre en una construcción flexible más delgada. El enrutamiento flexible favorece el uso de microcintas delgadas. Una línea de tira contiene mejor el campo, pero requiere otra capa de referencia. Mantenga la corriente de retorno continua a través de los cambios de capa, mantenga las vías de transición fuera de las áreas sometidas a tensión y proporcione al fabricante una tabla de impedancia vinculada a la revisión de apilamiento aprobada y un cupón.
Recálculo de la geometría de trazado para la sección flexible
Una traza de 50 ohmios de terminación simple sobre un dieléctrico rígido de 100 µm con una permitividad relativa cercana a 4,0 V produce un ancho aproximado de 0,17 mm utilizando cobre de 18 µm. Al trasladar esa misma traza a un núcleo de poliimida de 50 µm en el tramo flexible, el ancho resultante se sitúa cerca de 0,075 mm. Considere estos anchos como ejemplos ilustrativos, no como límites del proceso.
Proteja la fiabilidad de las curvas en cobre y recubrimientos.
Dimensionamiento del radio de curvatura a partir del espesor final del material flexible
Enruta los conductores perpendicularmente a la línea de curvatura, con curvas suaves en lugar de esquinas pronunciadas. En la curva activa, evita cambios bruscos de ancho, estrechamientos, entradas de almohadillas y cobre apilado. Cuando las pistas comparten más de una capa flexible, escalonalas y comprueba si esto reduce la tensión alineada.
Detalles de la capa de recubrimiento, el refuerzo y el contorno en la transición.
En la transición de rígido a flexible, mantenga los radios del contorno suaves. Defina el límite de la capa de recubrimiento, la abertura rígida, el borde del refuerzo y el margen de adhesivo. Luego, verifique cómo se une la placa a la carcasa. Una flexibilidad que parezca segura aún puede forzarse sobre un borde afilado.
Ver el Comprobaciones DFM de elementos rígidos y flexibles para el radio de curvatura.
Cierre el Stackup con una revisión DFM del fabricante.
Qué debe incluirse en el paquete de lanzamiento
Lanzamiento de un paquete integrado: dibujo de zona, apilamiento aprobado, espesores rígidos y flexibles, especificaciones de materiales, detalles de recubrimiento y rigidizadores, tablas de perforación y vías, requisitos de impedancia, mapa de curvatura y plegado de ensamblaje. Servicio de diseño y maquetación de PCB Incluye soporte para DFM, comprobaciones Gerber, panelización y trabajo de integridad de la señal.
Preguntas para poner por escrito
Densidad de conexión, fiabilidad de la señal y mecánica en una sola revisión, no por separado. Guía avanzada para la fabricación de PCB Cubre la configuración de capas, el radio de curvatura, el recubrimiento, la ubicación de las vías, la impedancia y la tensión de ensamblaje. Resuélvalos en una revisión de la configuración de capas antes del lanzamiento.
Conclusión
Una configuración fiable de apilamiento rígido-flexible comienza con el mapa de curvatura y zona, no con un número de capas preferido. Mantenga la complejidad de HDI dentro de las regiones rígidas. Mantenga una referencia de impedancia en cada transición. Reduzca el grosor final de la sección flexible siempre que el enrutamiento y el apantallamiento lo permitan.
Para obtener comentarios específicos sobre el proyecto, enviar a UMEC el paquete de diseño y configuración de apilamiento Con los requisitos, la tabla de impedancia, el plano de vías, los materiales, el modelo mecánico y la cantidad. Una revisión previa al lanzamiento permite detectar conflictos a tiempo.
Preguntas frecuentes
¿Se pueden utilizar microvías HDI en una placa de circuito impreso rígido-flexible?
Sí, siempre que el fabricante admita la secuencia de montaje y vías requerida. Coloque las microvías en regiones rígidas y verifique la laminación, las almohadillas de captura, el relleno de cobre, el registro y la separación de las curvas.
¿Cómo se controla la impedancia cuando una pista entra en la sección flexible?
Defina el conductor de referencia, recalcule la geometría de la pista para el dieléctrico flexible y el espesor del cobre. Documente el ancho, el espaciado, la capa de referencia, la transición, la tolerancia y el cupón específicos de cada zona en la tabla de impedancia.
¿Qué determina el radio de curvatura mínimo?
El espesor final del cable flexible, el número de capas, la construcción de cobre, el recubrimiento, la dirección y el ángulo de curvatura, y el servicio son importantes. Los multiplicadores y las distancias de exclusión IPC-2223 se encuentran en el Comprobaciones DFM de elementos rígidos y flexibles para el radio de curvatura. Confirme el radio para el material aprobado.
¿Cuándo debe el fabricante revisar la composición de las capas?
Revísalo antes del enrutamiento, una vez definidas las estructuras de impedancia y vías, y de nuevo antes del lanzamiento. Cualquier cambio de material, capa o grosor requiere una nueva comprobación de la impedancia y la curvatura.
¿Cuál es la diferencia práctica entre una placa de circuito impreso rígido-flexible de 4 capas y una de 6 capas?
En una placa de circuito impreso rígido-flexible de cuatro capas, cada sección rígida contiene dos capas conductoras alrededor de un núcleo flexible de dos capas. Una configuración de seis capas añade pares de planos y una sección flexible. El puente flexible sigue conteniendo dos capas, por lo que el radio de curvatura apenas varía.
¿Cuántas capas deben continuar en la sección flexible?
Solo las capas que transportan redes a través de la curva, generalmente dos. Las capas adicionales en una PCB rígido-flexible de 4 capas aumentan el grosor y el radio de curvatura, por lo que las capas no utilizadas deben ubicarse en regiones rígidas.
¿Es necesario el FCCL sin adhesivo para la estructura rígido-flexible?
No es una regla general. Las construcciones sin adhesivo son adecuadas para el doblado dinámico, el trabajo a alta velocidad y el reflujo repetido, ya que mantienen mejor el espesor. Los sistemas con adhesivo son adecuados para pliegues estáticos y construcciones con presupuestos ajustados, siempre que el radio incluya la capa adhesiva.