Una struttura PCB rigido-flessibile non è semplicemente un multistrato rigido con una coda flessibile. Si tratta di un unico sistema meccanico ed elettrico in cui le regioni rigide, le regioni flessibili e le transizioni possono richiedere diverse architetture di stratificazione. La struttura deve supportare la densità dei componenti e i microvias nelle aree rigide, percorsi di ritorno prevedibili per un'impedenza controllata e uno spessore flessibile che possa piegarsi senza concentrare le sollecitazioni nelle aree in rame o placcate.
Prima di procedere con il routing dettagliato, è necessario definire la struttura a strati. Iniziate con i requisiti di piegatura o movimento del prodotto, definite i materiali e le zone, quindi aggiungete le caratteristiche HDI e di impedenza senza rendere la sezione di curvatura inutilmente spessa. Esaminate la costruzione finale con il produttore, poiché la disponibilità del dielettrico, il tipo di rame, la sequenza di foratura, l'allineamento e il flusso di laminazione determinano la ripetibilità della geometria proposta.
Sei passaggi per la realizzazione di uno stackup rigido-flessibile su PCB.
- Definire la piegatura e la sequenza di piegatura. Registrare la direzione, l'angolo, il raggio disponibile, il numero di cicli e l'ordine di installazione prima di qualsiasi decisione sugli strati.
- Disegna la mappa delle zone. Indica le isole rigide, le campate flessibili, i confini di transizione, i rinforzi, le linee di curvatura e le aree di esclusione.
- Seleziona il sistema di materiale flessibile. Scegli il tipo di FCCL, il tipo e il peso del rame, il rivestimento, l'adesivo o il bondply e la schermatura come un unico set.
- Imposta il numero di strati e specifica quali strati continuano nella flessione. Continua solo quelli che devono attraversare la curva.
- Aggiungere le caratteristiche HDI nella regione rigida solo dove la densità di fuga lo richiede. Mantenere le microvias libere dalle zone di curvatura e di transizione.
- Ricalcola l'impedenza per zona e rilascia il pacchetto per la revisione DFM del produttore. Blocca la revisione dello stackup prima del routing.
Cosa deve risolvere lo Stackup
Una configurazione utilizzabile risponde a tre domande: densità, percorso dei tracciati di riferimento e punti di curvatura del circuito stampato. Standard di progettazione IPC Trattare ciascuno degli standard: IPC-2223 per circuiti stampati flessibili, IPC-2226 per HDI e IPC-2141 per impedenza controllata. Verificare ciascun valore rispetto al set di materiali e al processo.
Mappa delle zone rigide, flessibili e di transizione
Classifica ogni curva prima di tracciare il contorno
Disegna la mappa delle zone prima di scegliere il numero di strati. Segna ogni isola rigida, campata flessibile, transizione, irrigidimento, connettore, area di esclusione e linea di piega. Quindi classifica ogni piega: solo per installazione, occasionale o dinamica. Registra direzione, angolo, raggio, cicli e torsione.
Vietato l'accesso nella zona di transizione
La mappa delle zone evidenzia subito delle incongruenze: un dispositivo a passo fine spinge i microvias verso la transizione, mentre l'involucro tira la curva in quella direzione. È importante individuarle prima di procedere al routing.
In che modo le tre zone differiscono nella costruzione?
La transizione da struttura rigida a flessibile è all'origine della maggior parte delle controversie costruttive, pertanto necessita di una colonna a sé stante, non di un bordo della zona rigida.
| Parametro | Regione rigida | Regione Flex | Transizione da rigido a flessibile |
| Conteggio degli strati | Costruzione completa | Strati continui (2 tipici) | Affusolato |
| Dielettrico di base | Nucleo in FR-4 + preimpregnato; elevata Tg se necessario | FCCL in poliimmide senza adesivo | Preimpregnato senza flusso o adesivo |
| Tipo e peso del rame | ED o RA, 1 oz tipico | Rame RA, da 1/2 oz a 1 oz | Corrisponde al livello adiacente |
| Protezione esterna | Maschera da saldatore | Rivestimento in PI con adesivo | Bordo di copertura + apertura rigida |
| Caratteristiche placcate | Attraverso, ciechi, interrati, microvie | Nessuno all'interno della curva attiva | Solo gocce e cuscinetti di ancoraggio |
| Controllo primario | Densità di fuga, continuità del piano, impedenza | Spessore finale e raggio di curvatura | Flusso della resina, bordo del rinforzo, percorso di deformazione |
| Modalità di guasto comune | Piani di riferimento incoerenti nelle reti di impedenza | Strati aggiuntivi o schermature spingono il raggio oltre l'involucro | Angoli netti e bordi di rinforzo come punti di concentrazione delle sollecitazioni |
La maggior parte dei cedimenti nelle piegature è dovuta a un elemento rigido all'interno della piega, non al raggio di curvatura. Confronta l'ultima riga con il tuo disegno.
Selezionare il sistema di materiali flessibili prima di aggiungere HDI
Selezionare il sistema Flex Material come un unico set
Scegli il laminato flessibile, il peso del rame, il rivestimento, l'adesivo o il bondply e la schermatura come un unico set. Rame, piani e adesivo più spessi aumentano lo spessore flessibile e la capacità di taglio e piegatura. UMEC capacità di produzione rigido-flessibile Copertura FCCL senza adesivo, sistemi di copertura, foratura laser, strutture di tipo HDI e opzioni a impedenza controllata. La pila necessita di approvazione prima della fresatura.
Il metodo senza adesivo è solitamente il punto di partenza per un flex sottile. Dati pubblicati da DuPont su Pyralux AC Vengono elencati spessori da 12 µm a 50 µm, con rame laminato ricotto e rame elettrodepositato in pesi uguali. Ciò rende il tipo di rame una libera scelta, non una limitazione dovuta allo spessore.
Specificare il tipo di rame, non solo il peso. La lamina laminata e ricotta resiste a piegature ripetute e costa meno della rilavorazione di un cavo flessibile incrinato dopo la lavorazione. La lamina elettrodepositata è adatta per sezioni rigide e assemblaggi statici di cavi flessibili da installare. Le costruzioni senza adesivo incollano il poliimmide direttamente al rame, evitando le maggiori perdite dielettriche e l'espansione sull'asse Z dello strato acrilico. I sistemi a base di adesivo sono adatti per pieghe statiche. Sul cavo flessibile, evitare la maschera di saldatura: si crepa in corrispondenza della piega, a differenza del rivestimento protettivo. Scegliere entrambi con il laminato.
Limitare ciò che continua nell'intervallo flessibile
Ridurre al minimo gli strati conduttori flessibili e di riferimento necessari per garantire instradamento, schermatura, corrente e coerenza del segnale. Il raggio di curvatura si basa sullo spessore finale del flessibile, sul rivestimento e su eventuali strati aggiuntivi, non sul nucleo in poliimmide nudo o su un singolo moltiplicatore. Verificare con il materiale effettivo e il ciclo di lavoro.
Costruzioni FCCL senza adesivo vs. costruzioni con adesivo
Valori tipici pubblicati per materiali commerciali, come riferimento per la pianificazione. Verificare Dk, Df e allungamento rispetto alla scheda tecnica del laminato prima di qualsiasi calcolo di impedenza o flessione.
| Proprietà | FCCL senza adesivo | FCCL a base adesiva | |||
| Strato adesivo | Poliimmide colata direttamente sul rame | Adesivo acrilico, da circa 12,5 µm a 25 µm | |||
| Dk tipico a 1 GHz | circa 3,4 | circa 3,6 a 3,8 | |||
| Df tipico a 1 GHz | circa 0,002 per gradi a bassa perdita | Oltre circa 0,02 a multi-GHz | |||
| comportamento termico | Stabile grazie al processo di rifusione senza piombo. | Temperatura di transizione vetrosa (Tg) dell'adesivo intorno ai 100 °C, elevata espansione lungo l'asse Z. | |||
| Preferito per | Curvatura dinamica, rifusione ripetuta ad alta velocità | flessione statica, costruzioni sensibili ai costi | |||
| Tipo di rame | Struttura del grano | Allungamento tipico a rottura | Uso tipico | ||
| Laminato e ricotto (RA) | Lamellare | circa dal 20% al 40% | Flessibilità dinamica e la maggior parte delle regioni flessibili | ||
| Elettrodeposizione (ED) | Colonnare | Inferiore, spesso citato intorno al 5%. | Regioni rigide e flessibilità statica | ||
Esempi di configurazioni di PCB rigido-flessibili in base al numero di strati
Due domande sono fondamentali. Cosa contiene una struttura a quattro strati e cosa cambia con una a sei strati? Entrambe presentano un ponte flessibile a due strati, quindi il raggio di curvatura varia di poco. Sei strati aggiungono una zona di fuga rigida, costano di più e non migliorano la curvatura. Considerate i valori come un riferimento di pianificazione, non come una specifica.
| Articolo | PCB rigido-flessibile a 4 strati (esempio) | PCB rigido-flessibile a 6 strati (esempio) |
| Strati conduttori per sezione rigida | 2 | 4 |
| Strati che continuano nella sezione flessibile | 2 (un nucleo flessibile a 2 strati) | 2 tipici; 4 solo dopo la revisione |
| Nucleo flessibile | PI senza adesivo, 25 µm o 50 µm | PI senza adesivo, preferibilmente 25 µm |
| rame flessibile | 1/2 oz o 1 oz di rame RA | 1/2 oz RA rame preferibile |
| Protezione esterna flessibile | Strato di copertura in PI, 25 µm per lato | Strato di copertura in PI, 25 µm per lato |
| Spessore flessibile lavorato e finito | da circa 0,15 mm a 0,20 mm | circa 0,15 mm a 0,20 mm con 2 strati continui; circa 0,25 mm a 0,35 mm con 4 |
| Tipica funzione di flessione | Installazione statica a piegatura | Statico; dinamico solo dopo revisione |
| Costo relativo e tempi di consegna | Linea di base | Maggiore (cicli di laminazione aggiuntivi) |
Struttura rigido-flessibile a quattro strati (esempio)
Questi sono intervalli commerciali comuni. Considerateli come esempi, non come specifiche. La realizzabilità dipende dal sistema di materiali, dal tipo di rame, dalla sequenza di laminazione e dal processo del fabbricante.
Lo spessore finale del cavo flessibile è di circa 160 µm: nucleo da 25 µm, rame da 36 µm, rivestimento esterno da 100 µm.
Struttura rigido-flessibile a sei strati (esempio)
La struttura flessibile del dorso si adatta alla costruzione a quattro strati, quindi il raggio di curvatura rimane invariato. Il numero di strati, la registrazione e il costo unitario, invece, sì.
PCB rigido-flessibile a 4 strati: un nucleo flessibile tra due coppie rigide
La maggior parte delle persone inizia con un PCB rigido-flessibile a 4 strati: due strati conduttori in ogni sezione rigida, con un nucleo flessibile a due strati tra di essi che li trasporta entrambi. La curvatura rimane sottile, quindi il raggio di curvatura rimane piccolo. Se la regione rigida non offre più spazio sufficiente, si aggiungono strati rigidi, non flessibili.
PCB rigido-flessibile a 6 strati: quattro strati rigidi con un ponte flessibile a due strati.
In un PCB rigido-flessibile a 6 strati, ogni sezione rigida contiene quattro strati conduttori. Solo due si estendono lungo la sezione flessibile. Ogni strato aggiunto al ponte flessibile aumenta lo spessore e il raggio di curvatura, quindi una sezione che richiede due reti si curva peggio con sei strati e costa di più.
Scelta tra 4, 6 o più strati
Giustifica il passaggio da un PCB rigido-flessibile a quattro strati a uno a sei strati considerando la regione rigida, mai la sezione flessibile. Lascia che i canali di fuga e le coppie di piani determinino il numero di strati rigidi. Un PCB HDI rigido-flessibile avanzato, costruito come 1+n+1 o 2+n+2, segue la densità dei canali di fuga e il rilievo delle vie, non il numero di strati.
Aggiungi HDI In densità In realtà lo richiede
La sua regione rigida definisce un PCB HDI rigido-flessibile avanzato. La costruzione di microvia, via cieche e interrate e la laminazione sequenziale aumentano la densità di fuga sotto i dispositivi a passo fine. La sezione flessibile rimane sottile quanto consentito dalle reti continue, quindi la struttura HDI si interrompe al confine tra rigido e flessibile. Utilizzarla solo dove è richiesta la densità di fuga o di instradamento. Definire quali strati collega ciascuna via.
IPC-2226 definisce le microvias e le strutture di accumulo, e i produttori citano le loro definizioni di vias e i limiti del rapporto d'aspetto. Questi limiti sono adatti alle costruzioni rigide. Una volta che un'anima flessibile entra nella sequenza di laminazione, trattatela come un limite massimo, non come un obiettivo.
Sequenza di stratificazione e ordine di laminazione
Una configurazione 2+n+2 prevede la sovrapposizione di due strati di stratificazione sequenziali su ciascun lato di un nucleo che supporta la struttura flessibile. La posizione del nucleo flessibile è fondamentale. Ogni passaggio di laminazione espone il sistema di poliimmide e adesivo a calore e pressione aggiuntivi, introducendo errori di registro sui bordi del rivestimento.
UMEC descrive strutture rigido-flessibili multistrato con microvias interrate o cieche e fino a una configurazione HDI 2+n+2, soggetta a revisione del progetto. Verificare il rapporto d'aspetto delle microvias, la geometria del pad di cattura, il riempimento in rame, la registrazione e come la laminazione sequenziale si integra con il ciclo di incollaggio rigido-flessibile.
Dove le microvie trovano impiego in una costruzione rigido-flessibile
Le microvia appartengono alle isole rigide. Una microvia metallizzata è un cilindro di rame legato al dielettrico su tutti i lati, senza alcun margine di duttilità. Una flessione dinamica consente una minore deformazione rispetto a un cilindro statico. Definire un'area di esclusione che si estenda tra la linea di curvatura e il raccordo di transizione, e mantenere al di fuori di essa elementi metallizzati rigidi, piazzole di cattura, vie riempite e riempimento di bilanciamento in rame.
Microvias realizzati con foratura laser e accumulo sequenziale sono standard Capacità di produzione di PCB HDIIn un pannello rigido-flessibile, il limite pratico è dato dalla registrazione durante il ciclo di incollaggio flessibile, non dal via stesso.
I compromessi rispecchiano quelli dietro scelta tra strutture cieche, interrate e microvia in una struttura rigida. Qui, ogni ciclo di laminazione deve anche superare la fase di incollaggio che unisce l'anima flessibile. Quindi il numero di strati risulta inferiore di uno.
Impedenza controllata in fase di progettazione in ogni zona
Percorsi di riferimento attraverso zone rigide e flessibili
Un PCB a impedenza controllata può utilizzare geometrie diverse nelle sezioni rigide e flessibili, ma il percorso di riferimento deve essere scelto con cura. Per ogni classe di rete, registrare lo strato del segnale, lo strato di riferimento, l'impedenza target, la tolleranza, lo spessore del dielettrico e del rame e la transizione. Ricalcolare quando un segnale entra in una struttura flessibile più sottile. Il routing flessibile predilige le microstrip sottili. Una stripline contiene meglio il campo ma richiede un ulteriore strato di riferimento. Mantenere la corrente di ritorno continua attraverso i cambi di strato, evitare che le vie di transizione si trovino in aree soggette a sollecitazioni e fornire al produttore una tabella di impedenza collegata alla revisione dello stackup approvata e un campione di prova.
Ricalcolo della geometria del tracciato per la sezione flessibile
Una traccia single-ended da 50 ohm su un dielettrico rigido da 100 µm con un coefficiente di resistenza er vicino a 4,0 risulta larga circa 0,17 mm utilizzando rame da 18 µm. Trasferendo la stessa traccia su un nucleo in poliimmide da 50 µm nella sezione flessibile, il valore target si attesta intorno a 0,075 mm. Queste larghezze sono da considerarsi indicative e non rappresentano un limite di processo.
Proteggere l'affidabilità delle curve in rame e nelle sovrastrutture
Dimensionamento Raggio di curvatura dallo spessore flessibile finito
Instradare i conduttori perpendicolarmente alla linea di curvatura, con curve morbide anziché angoli acuti. Nella curva attiva, evitare bruschi cambiamenti di larghezza, restringimenti, ingressi di piazzole e strati di rame sovrapposti. Quando le tracce condividono più di uno strato flessibile, sfalsarle e verificare se ciò riduce la tensione allineata.
Dettagli del rivestimento, del rinforzo e del contorno nella zona di transizione
Nella transizione da rigido a flessibile, mantenere i raggi di curvatura del contorno uniformi. Definire il confine del rivestimento, l'apertura rigida, il bordo del rinforzo e il margine di adesivo. Quindi verificare come il pannello si unisce all'involucro. Una flessione che sembra sicura può comunque essere forzata su un bordo tagliente.
Vedi il Controlli DFM rigido-flessibili per il raggio di curvatura.
Chiudi la fase di progettazione con una revisione DFM del fabbricante.
Cosa deve essere incluso nel pacchetto di rilascio
Rilasciare un pacchetto integrato: disegno della zona, stackup approvato, spessori rigidi e flessibili, indicazioni dei materiali, dettagli del rivestimento e dei rinforzi, tabelle di foratura e via, requisiti di impedenza, mappa di piegatura e piega di assemblaggio. Di UMEC Servizio di progettazione e layout di circuiti stampati (PCB) Comprende il supporto DFM, i controlli Gerber, la pannellizzazione e il lavoro sull'integrità del segnale.
Domande da mettere per iscritto
Collega densità, affidabilità del segnale e meccanica in un'unica recensione, non separatamente. UMEC Guida avanzata alla produzione di PCB Copre l'impilamento, il raggio di curvatura, il rivestimento, il posizionamento dei via, l'impedenza e le sollecitazioni di assemblaggio. Risolvili in una revisione dell'impilamento prima del rilascio.
Conclusione
Una configurazione rigido-flessibile affidabile inizia con la mappatura delle pieghe e delle zone, non con un numero di strati preferito. Mantieni la complessità HDI all'interno delle regioni rigide. Mantieni un riferimento di impedenza attraverso ogni transizione. Rifila lo spessore finale della sezione flessibile quando il routing e la schermatura lo consentono.
Per feedback specifici sul progetto, Inviare a UMEC il pacchetto di stackup e progettazione con i requisiti, la tabella di impedenza, il progetto, i materiali, il modello meccanico e la quantità. Una revisione preliminare consente di individuare tempestivamente eventuali conflitti.
FAQ
È possibile utilizzare i microvias HDI in un PCB rigido-flessibile?
Sì, quando il produttore supporta la sequenza di assemblaggio e via richiesta. Posizionare le microvia in zone rigide e verificare la laminazione, i pad di cattura, il riempimento di rame, l'allineamento e lo spazio libero dalle curve.
Come viene controllata l'impedenza quando una traccia entra nella sezione flessibile?
Definire il conduttore di riferimento, ricalcolare la geometria della traccia per il dielettrico flessibile e lo spessore del rame. Documentare la larghezza specifica per zona, la spaziatura, lo strato di riferimento, la transizione, la tolleranza e il campione nella tabella di impedenza.
Cosa determina il raggio di curvatura minimo?
Spessore flessibile finito, numero di strati, costruzione in rame, rivestimento, direzione e angolo di piegatura e durata di lavoro sono importanti. I moltiplicatori IPC-2223 e le distanze di esclusione si trovano nel Controlli DFM rigido-flessibili per il raggio di curvatura. Confermare il raggio per il materiale approvato.
Quando dovrebbe il fabbricante esaminare la stratificazione dei componenti?
Rivedi il progetto prima del routing, una volta definite l'impedenza e le strutture dei via, e di nuovo prima del rilascio. Qualsiasi modifica al materiale, allo strato o allo spessore comporta una nuova verifica dell'impedenza e della curvatura.
Qual è la differenza pratica tra un PCB rigido-flessibile a 4 strati e uno a 6 strati?
In un PCB rigido-flessibile a 4 strati, ogni sezione rigida ospita due strati conduttori attorno a un nucleo flessibile a due strati. Una struttura a sei strati aggiunge coppie di piani e spazio di manovra. Il ponte flessibile ospita comunque due strati, quindi il raggio di curvatura varia di poco.
Quanti strati devono proseguire nella sezione flessibile?
Solo gli strati che trasportano le reti attraverso la curva, di solito due. Gli strati extra in un PCB rigido-flessibile a 4 strati aumentano lo spessore e il raggio di curvatura, quindi gli strati non utilizzati appartengono alle regioni rigide.
È necessario il FCCL senza adesivo per il rigido-flessibile?
Non in tutti i casi. Le costruzioni senza adesivo sono adatte alla piegatura dinamica, al lavoro ad alta velocità e alla rifusione ripetuta, poiché mantengono meglio lo spessore. I sistemi con adesivo sono adatti a pieghe statiche e a costruzioni in cui il costo è un fattore critico, a condizione che il raggio includa lo strato adesivo.