Un empilement de circuit imprimé rigide-flexible n'est pas simplement un multicouche rigide avec une extrémité flexible. Il s'agit d'un système mécanique et électrique unique où les régions rigides, les régions flexibles et les transitions peuvent nécessiter des constructions de couches différentes. L'empilement doit supporter la densité de composants et les microvias dans les zones rigides, des chemins de retour prévisibles pour une impédance contrôlée et une épaisseur flexible permettant de se courber sans concentrer les contraintes dans le cuivre ou les éléments métallisés.
Élaborez l'empilement avant le routage détaillé. Commencez par définir les exigences de pliage ou de mouvement du produit, puis les matériaux et les zones. Ajoutez ensuite les caractéristiques HDI et d'impédance sans épaissir inutilement la zone de pliage. Examinez la construction finale avec le fabricant, car la disponibilité du diélectrique, le type de cuivre, la séquence de perçage, le repérage et le flux de stratification déterminent la reproductibilité de la géométrie proposée.
Six étapes pour une pile de PCB rigide-flexible libérée
- Définissez le cintrage et la séquence de pliage. Enregistrez la direction, l'angle, le rayon disponible, le nombre de cycles et l'ordre d'installation avant toute décision concernant les couches.
- Tracez le plan de zonage. Indiquez les îlots rigides, les travées flexibles, les limites de transition, les raidisseurs, les lignes de courbure et les zones d'exclusion.
- Sélectionnez le système de matériaux flexibles. Choisissez le type de câble FCCL, le type et le poids du cuivre, la couche de recouvrement, l'adhésif ou le film de liaison, et le blindage en un seul ensemble.
- Définissez le nombre de couches et spécifiez celles qui se prolongent dans la partie flexible. Ne prolongez que celles qui doivent franchir la courbure.
- N'ajoutez des éléments HDI dans la zone rigide que là où la densité de fuite l'exige. Évitez d'inclure les microvias dans les zones de courbure et de transition.
- Recalculez l'impédance par zone et soumettez le boîtier à l'analyse DFM du fabricant. Figez la révision de l'empilement avant le routage.
Ce que l'empilement doit résoudre
Une configuration d'empilement utilisable répond à trois questions : la densité, le tracé des chemins de référence et les zones de courbure de la carte. normes de conception IPC Couvrir chaque norme : IPC-2223 pour les cartes flexibles, IPC-2226 pour les circuits imprimés haute définition (HDI) et IPC-2141 pour l’impédance contrôlée. Vérifier chaque valeur par rapport aux spécifications du matériau et du procédé.
Cartographie des zones rigides, flexibles et de transition
Classer chaque courbe avant d'en tracer le contour.
Établissez le plan de zonage avant de déterminer le nombre de couches. Marquez chaque îlot rigide, travée flexible, transition, raidisseur, connecteur, zone d'exclusion et ligne de courbure. Classifiez ensuite chaque courbure : d'installation uniquement, occasionnelle ou dynamique. Notez la direction, l'angle, le rayon, le nombre de cycles et la torsion.
Zones de dégagement autour de la transition
Le schéma de zones révèle rapidement les conflits : un composant à pas fin pousse les microvias vers la transition tandis que le boîtier impose une courbure à cet endroit. Il faut les détecter avant le routage.
En quoi les trois zones diffèrent-elles en matière de construction ?
La transition entre la zone rigide et la zone flexible est à l'origine de la plupart des litiges dans le secteur de la construction ; elle mérite donc sa propre colonne, et non une simple limite de la zone rigide.
| Paramètre | Région rigide | Région flexible | Transition rigide-flexible |
| nombre de couches | Construction complète | Couches continues (2 typiques) | Conique |
| diélectrique de base | Noyau FR-4 + préimprégné ; haute Tg si nécessaire | FCCL en polyimide sans adhésif | Préimprégné ou pli de liaison sans écoulement |
| Type et poids du cuivre | ED ou RA, 1 oz typique | Cuivre RA, 1/2 oz à 1 oz | Correspond à la couche adjacente |
| Protection extérieure | Masque de soudure | Couverture PI avec adhésif | Limite de la couverture + ouverture rigide |
| Caractéristiques plaquées | Microvias traversantes, aveugles, enterrées | Aucun à l'intérieur du virage actif | Gouttes d'eau et coussins d'ancrage uniquement |
| Contrôle primaire | Densité d'échappement, continuité du plan, impédance | Épaisseur finie et rayon de courbure | Écoulement de résine, bord du raidisseur, chemin de contrainte |
| Mode de défaillance courant | Plans de référence incohérents sous les réseaux d'impédance | Des couches supplémentaires ou un blindage repoussent le rayon d'action au-delà de l'enceinte. | Angles vifs et arêtes de renfort comme points de concentration de contraintes |
La plupart des ruptures de pliage sont dues à un élément dur à l'intérieur du pli, et non au rayon de courbure. Comparez la dernière ligne avec votre propre schéma.
Choisissez le système de matériau flexible avant d'ajouter du HDI.
Sélectionnez le système de matériaux flexibles comme un ensemble
Choisissez le stratifié flexible, l'épaisseur du cuivre, le revêtement, l'adhésif ou le film de collage, et le blindage en un seul ensemble. Des couches de cuivre, des plans et un adhésif plus épais augmentent l'épaisseur flexible et la capacité de pliage. UMEC capacités de fabrication rigides-flexibles Ce système couvre les FCCL sans adhésif, les systèmes de recouvrement, le perçage laser, les structures de type HDI et les options à impédance contrôlée. L'empilement doit être approuvé avant le routage.
Pour un câble souple fin, on commence généralement par une application sans adhésif. Données Pyralux AC publiées par DuPont Elle propose des épaisseurs de 12 à 50 µm, avec du cuivre laminé recuit et du cuivre électrodéposé en proportions égales. Le type de cuivre est donc choisi librement, sans incidence sur l'épaisseur.
Spécifiez le type de cuivre, et non seulement son poids. Le cuivre laminé recuit supporte les pliages répétés et coûte moins cher que la réparation d'un câble flexible fissuré après outillage. Le cuivre électrodéposé est destiné aux sections rigides et aux assemblages flexibles statiques à installer. Les constructions sans adhésif collent directement le polyimide au cuivre, évitant ainsi les pertes diélectriques plus élevées et la dilatation selon l'axe Z de la couche acrylique. Les systèmes à base d'adhésif conviennent aux pliages statiques. Sur le câble flexible, évitez le vernis épargne : il se fissure au niveau du pliage, contrairement au film de protection. Utilisez les deux avec le stratifié.
Limiter ce qui se prolonge dans la zone de flexion
Réduisez au minimum l'épaisseur des couches conductrices flexibles et de référence nécessaires au routage, au blindage, à la conduction et à la cohérence du signal. Le rayon de courbure est calculé à partir de l'épaisseur finale du conducteur flexible, de la couche de recouvrement et des éventuelles couches supplémentaires, et non à partir de l'âme en polyimide nu ou d'un seul multiplicateur. Vérifiez la compatibilité avec le matériau et le facteur de marche réels.
Constructions FCCL sans adhésif vs constructions à base d'adhésif
Valeurs typiques publiées pour les matériaux commerciaux, à titre de référence pour la planification. Vérifiez les valeurs de Dk, Df et l'allongement à l'aide de la fiche technique du stratifié avant tout calcul d'impédance ou de flexion.
| Propriété | FCCL sans adhésif | FCCL à base d'adhésif | |||
| Couche de liaison | Polyimide coulé directement sur cuivre | Adhésif acrylique, d'environ 12,5 à 25 µm | |||
| Dk typique à 1 GHz | environ 3,4 | environ 3,6 à 3,8 | |||
| Df typique à 1 GHz | environ 0,002 pour les qualités à faibles pertes | Au-dessus d'environ 0,02 à plusieurs GHz | |||
| comportement thermique | Stable grâce au refusion sans plomb | Tg de l'adhésif d'environ 100 °C, forte dilatation selon l'axe Z | |||
| Préféré pour | Courbure dynamique, haute vitesse, refusion répétée | Courbure statique, constructions sensibles aux coûts | |||
| Type cuivre | structure granulaire | Allongement typique à la rupture | Utilisation typique | ||
| Laminé-recuit (RA) | Lamellaire | environ 20 % à 40 % | Flexibilité dynamique et la plupart des régions de flexion | ||
| Électrodéposé (ED) | De colonne | Inférieur, souvent cité aux alentours de 5% | régions rigides et flexion statique | ||
Exemples d'empilements de circuits imprimés rigides-flexibles par nombre de couches
Deux questions sont essentielles : que contient une structure à quatre couches, et qu’est-ce qui change à six couches ? Les deux comportent un pont flexible à deux couches, le rayon de courbure reste donc quasiment inchangé. Six couches ajoutent des zones de déformation, coûtent plus cher et n’améliorent pas la courbure. Ces valeurs doivent être considérées comme une référence pour la planification, et non comme une spécification.
| Article | circuit imprimé rigide-flexible à 4 couches (exemple) | circuit imprimé rigide-flexible à 6 couches (exemple) |
| Couches conductrices par section rigide | 2 | 4 |
| Couches se prolongeant dans la zone de flexion | 2 (un noyau flexible à 2 couches) | 2 typiques ; 4 seulement après examen |
| Noyau flexible | PI sans adhésif, 25 µm ou 50 µm | PI sans adhésif, 25 µm de préférence |
| cuivre flexible | 1/2 oz ou 1 oz de cuivre RA | Cuivre RA de 1/2 oz préféré |
| Protection extérieure flexible | Couverture PI, 25 µm par côté | Couverture PI, 25 µm par côté |
| épaisseur de flexion finie travaillée | environ 0,15 mm à 0,20 mm | environ 0,15 mm à 0,20 mm avec 2 couches continues ; environ 0,25 mm à 0,35 mm avec 4 couches. |
| service de pliage typique | Installation statique par pliage | Statique ; dynamique seulement après révision |
| Coût relatif et délai de livraison | Ligne de base | Supérieur (cycles de lamination supplémentaires) |
Construction rigide-flexible à quatre couches (exemple)
Il s'agit de gammes commerciales courantes. Elles ne constituent pas une spécification. La faisabilité dépend du système de matériaux, du type de cuivre, de la séquence de stratification et du procédé de fabrication.
L'épaisseur finale du câble flexible est d'environ 160 µm : âme de 25 µm, cuivre de 36 µm, couche de recouvrement de 100 µm.
Construction rigide-flexible à six couches (exemple)
La structure flexible s'adapte à la construction à quatre couches, le rayon de courbure reste donc constant. Le nombre de couches, le repérage et le coût unitaire, quant à eux, varient.
Circuit imprimé rigide-flexible à 4 couches : un noyau flexible entre deux paires rigides
La plupart des gens commencent par un circuit imprimé rigide-flexible à 4 couches : deux couches conductrices dans chaque section rigide, reliées par une âme flexible à deux couches qui les traverse. La courbure reste fine, donc le rayon de courbure est faible. Si la zone rigide manque de place, ajoutez des couches rigides, et non des couches flexibles.
Circuit imprimé rigide-flexible à 6 couches : quatre couches rigides et une couche flexible à deux couches.
Dans un circuit imprimé rigide-flexible à 6 couches, chaque section rigide comporte quatre couches conductrices. Seules deux se prolongent sur la partie flexible. Chaque couche ajoutée au pont flexible augmente l'épaisseur et le rayon de courbure ; ainsi, une section nécessitant deux pistes se courbe davantage avec six pistes et coûte plus cher.
Choisir entre 4, 6 ou plus de couches
Pour justifier le passage d'un circuit imprimé rigide-flexible à quatre couches à un circuit imprimé rigide-flexible à six couches, il faut se baser sur la zone rigide, et non sur la zone flexible. Le nombre de couches rigides doit être déterminé par les canaux d'échappement et les paires de plans. Un circuit imprimé HDI rigide-flexible avancé, construit selon une architecture 1+n+1 ou 2+n+2, est conçu en fonction de la densité d'échappement et du dégagement des vias, et non du nombre de couches.
Ajouter HDI En densité En fait, cela l'exige
Sa zone rigide définit une carte de circuit imprimé HDI rigide-flexible avancée. L'accumulation de microvias, les vias borgnes et enterrés, ainsi que la lamination séquentielle augmentent la densité de routage sous les composants à pas fin. La zone flexible reste aussi mince que le permettent les réseaux continus, de sorte que la structure HDI s'arrête à la limite entre la zone rigide et la zone flexible. Utilisez-la uniquement lorsque la densité de routage ou de routage l'exige. Définissez les couches connectées par chaque via.
IPC-2226 Les définitions des microvias et des structures de superposition sont fournies, et les fabricants indiquent leurs définitions de vias et les limites de rapport d'aspect. Ces limites conviennent aux constructions rigides. Dès qu'une âme flexible entre dans la séquence de stratification, il faut la considérer comme une limite supérieure, et non comme un objectif.
Séquence de construction et ordre de stratification
Une configuration 2+n+2 superpose deux couches successives de chaque côté d'un noyau supportant la structure flexible. L'emplacement de ce noyau est crucial. Chaque passe de lamination expose le polyimide et le système adhésif à une chaleur et une pression accrues, induisant des erreurs de repérage au niveau des bords du revêtement.
UMEC décrit des structures multicouches rigides-flexibles avec microvias enterrées ou borgnes et une configuration HDI jusqu'à 2+n+2, sous réserve d'une validation du projet. Vérifiez le rapport d'aspect des microvias, la géométrie des plots de connexion, le remplissage en cuivre, l'alignement et la compatibilité de la lamination séquentielle avec le cycle de liaison rigide-flexible.
Où les microvias ont leur place dans une structure rigide-flexible
Les microvias doivent être placées dans les îlots rigides. Une microvia métallisée est un cylindre de cuivre lié au diélectrique sur toutes ses faces, sans marge de ductilité. Une microvia flexible permet une contrainte moindre qu'une microvia statique. Définissez une zone d'exclusion couvrant la ligne de pliage et le congé de transition, et maintenez les éléments métallisés rigides, les pastilles de capture, les vias remplis et le remplissage d'équilibrage en cuivre à l'extérieur de cette zone.
Les microvias percés au laser et la construction séquentielle sont la norme Capacités de fabrication de circuits imprimés HDIDans un panneau rigide-flexible, la limite pratique est l'alignement lors du cycle de collage flexible, et non la via elle-même.
Les compromis reflètent ceux qui se cachent derrière choisir entre les structures borgnes, enterrées et microvias Dans une construction rigide, chaque cycle de stratification doit également résister à l'étape de collage qui unit le noyau flexible. Le nombre de couches est donc réduit d'une unité.
Conception d'une impédance contrôlée dans chaque zone
Chemins de référence à travers les zones rigides et flexibles
Un circuit imprimé à impédance contrôlée peut utiliser différentes géométries dans les sections rigides et flexibles, mais le chemin de référence doit être soigneusement choisi. Pour chaque classe de réseau, indiquez la couche de signal, la couche de référence, l'impédance cible, la tolérance, l'épaisseur du diélectrique et du cuivre, ainsi que la transition. Recalculez l'impédance lorsqu'un signal pénètre dans une section flexible plus fine. Le routage flexible privilégie les microbandes fines. Une ligne striée offre un meilleur confinement du champ, mais nécessite une couche de référence supplémentaire. Assurez la continuité du courant de retour lors des changements de couche, placez les vias de transition hors des zones de contrainte et fournissez au fabricant un tableau d'impédance correspondant à la révision d'empilage approuvée et un échantillon.
Recalcul de la géométrie de la trace pour la section flexible
Une piste asymétrique de 50 ohms sur un diélectrique rigide de 100 µm, avec une résistivité relative proche de 4,0, présente une largeur d'environ 0,17 mm avec une épaisseur de cuivre de 18 µm. Si cette même piste est réalisée sur un conducteur en polyimide de 50 µm dans la partie flexible, la largeur cible est d'environ 0,075 mm. Ces largeurs sont données à titre indicatif et ne constituent pas une limite de procédé.
Fiabilité de la protection contre les pliures dans le cuivre et les revêtements
Rayon de courbure du dimensionnement à partir de l'épaisseur flexible finie
Faites passer les conducteurs perpendiculairement à la ligne de courbure, en privilégiant les courbes douces aux angles vifs. Dans la courbure active, évitez les changements de largeur brusques, les rétrécissements, les entrées de plots et les couches de cuivre superposées. Lorsque les pistes partagent plusieurs couches flexibles, décalez-les et vérifiez si cela réduit la contrainte d'alignement.
Détails de la couche de couverture, du raidisseur et du contour à la transition
À la jonction rigide-flexible, veillez à ce que les rayons de courbure soient réguliers. Définissez la limite de la couche de recouvrement, l'ouverture rigide, le bord du renfort et la marge de colle. Vérifiez ensuite l'adhérence entre la carte et le boîtier. Une surface flexible d'apparence sûre peut néanmoins être forcée sur un bord tranchant.
Voir le Vérifications DFM rigide-flexible pour le rayon de courbure.
Résolvez le problème de la pile avec une analyse DFM du fabricant
Contenu du package de lancement
Un seul package intégré : schéma de zone, empilage approuvé, épaisseurs rigides et flexibles, désignation des matériaux, détails du revêtement et des raidisseurs, tableaux de perçage et de vias, exigences d’impédance, plan de pliage et plan d’assemblage. UMEC service de conception et d'agencement de circuits imprimés couvre le support DFM, les contrôles Gerber, la panélisation et les travaux d'intégrité du signal.
Questions à mettre par écrit
Densité de connexion, fiabilité du signal et mécanique : un seul test, pas des tests séparés. UMEC guide de fabrication de circuits imprimés avancé Cela concerne l'empilement, le rayon de courbure, le revêtement, le placement des vias, l'impédance et les contraintes d'assemblage. Résolvez ces problèmes en une seule révision d'empilement avant la mise en production.
Conclusion
La fiabilité d'une structure rigide-flexible repose sur la conception des zones de courbure et de zonage, et non sur un nombre de couches prédéfini. Limitez la complexité HDI aux régions rigides. Maintenez une référence d'impédance à chaque transition. Réduisez l'épaisseur finale de la section flexible en fonction des contraintes de routage et de blindage.
Pour obtenir des commentaires spécifiques au projet, Envoyer à UMEC le dossier d'empilement et de conception avec les exigences, le tableau d'impédance, le plan des vias, les matériaux, le modèle mécanique et la quantité. Une revue préalable à la mise en production permet de détecter rapidement les conflits.
FAQ
Les microvias HDI peuvent-elles être utilisées dans un circuit imprimé rigide-flexible ?
Oui, lorsque le fabricant prend en charge la structure et la séquence de vias requises. Placez les microvias dans les zones rigides et vérifiez la lamination, les plots de connexion, le remplissage en cuivre, l'alignement et le dégagement par rapport aux coudes.
Comment l'impédance est-elle contrôlée lorsqu'une piste entre dans la section flexible ?
Définissez le conducteur de référence, recalculez la géométrie des pistes pour le diélectrique flexible et l'épaisseur du cuivre. Indiquez la largeur, l'espacement, la couche de référence, la transition, la tolérance et l'éprouvette spécifiques à chaque zone dans le tableau d'impédance.
Qu’est-ce qui détermine le rayon de courbure minimal ?
L'épaisseur finale du câble flexible, le nombre de couches, la construction en cuivre, le revêtement, le sens et l'angle de courbure, ainsi que le service sont des éléments importants. Les coefficients multiplicateurs et les distances d'exclusion de la norme IPC-2223 sont définis dans le Vérifications DFM rigide-flexible pour le rayon de courbure. Confirmez le rayon pour le matériau approuvé.
Quand le fabricant doit-il examiner l'empilement ?
Il convient de procéder à une vérification avant le routage, une fois l'impédance et les vias définis, et de nouveau avant la mise en production. Toute modification de matériau, de couche ou d'épaisseur entraîne une nouvelle vérification de l'impédance et de la courbure.
Quelle est la différence pratique entre un circuit imprimé rigide-flexible à 4 couches et un circuit imprimé rigide-flexible à 6 couches ?
Dans un circuit imprimé rigide-flexible à 4 couches, chaque section rigide supporte deux couches conductrices autour d'un noyau flexible à deux couches. Une structure à six couches ajoute des paires de plans et offre une marge de sécurité. Le pont flexible supporte toujours deux couches, de sorte que le rayon de courbure varie très peu.
Combien de couches doivent se prolonger dans la section flexible ?
Seules les couches transportant les réseaux traversant la courbure, généralement deux, sont concernées. Les couches supplémentaires dans un circuit imprimé rigide-flexible à 4 couches augmentent l'épaisseur et le rayon de courbure ; les couches inutilisées doivent donc se trouver dans les régions rigides.
Le FCCL sans adhésif est-il nécessaire pour les structures rigides-flexibles ?
Ce n'est pas toujours le cas. Les constructions sans adhésif conviennent mieux au pliage dynamique, au travail à grande vitesse et aux refusions répétées, car elles conservent mieux l'épaisseur. Les systèmes à base d'adhésif conviennent mieux aux pliages statiques et aux fabrications économiques, à condition que le rayon comprenne la couche adhésive.