Uma estrutura de PCB rígida-flexível não é simplesmente uma multicamada rígida com uma extremidade flexível. Trata-se de um sistema mecânico e elétrico único, no qual as regiões rígidas, as regiões flexíveis e as transições podem exigir construções de camadas diferentes. A estrutura deve suportar a densidade de componentes e microvias nas áreas rígidas, caminhos de retorno previsíveis para impedância controlada e uma espessura flexível que permita a curvatura sem concentrar a tensão em componentes de cobre ou metalizados.
Construa a estrutura de camadas antes do roteamento detalhado. Comece com os requisitos de dobra ou movimento do produto, defina os materiais e as zonas e, em seguida, adicione recursos de HDI e impedância sem tornar a seção de dobra desnecessariamente espessa. Revise a construção final com o fabricante, pois a disponibilidade de dielétrico, o tipo de cobre, a sequência de furação, o registro e o fluxo de laminação determinam se a geometria proposta é repetível.
Seis etapas para uma estrutura de PCB rígida-flexível lançada
- Defina a dobra e a sequência de dobras. Registre a direção, o ângulo, o raio disponível, a contagem de ciclos e a ordem de instalação antes de qualquer decisão sobre as camadas.
- Desenhe o mapa de zonas. Marque ilhas rígidas, vãos flexíveis, limites de transição, reforços, linhas de curvatura e áreas de exclusão.
- Selecione o sistema de material flexível. Escolha o tipo FCCL, o tipo e a espessura do cobre, a camada de cobertura, o adesivo ou a camada de ligação e a blindagem como um conjunto.
- Defina a quantidade de camadas e especifique quais camadas continuam na área flexível. Continue apenas as camadas que precisam cruzar a dobra.
- Adicione elementos HDI na região rígida somente onde a densidade de escape os exigir. Mantenha as microvias livres de zonas de curvatura e transição.
- Recalcule a impedância por zona e libere o pacote para revisão de DFM (Design for Manufacturing) do fabricante. Congele a revisão da estrutura de camadas antes do roteamento.
O que o Stackup precisa resolver
Uma configuração de camadas utilizável responde a três perguntas: densidade, por onde passam os caminhos de referência e onde a placa se curva. Padrões de projeto IPC Consulte cada uma das normas: IPC-2223 para placas flexíveis, IPC-2226 para HDI e IPC-2141 para impedância controlada. Verifique cada valor em relação ao conjunto de materiais e ao processo.
Mapeie as zonas rígidas, flexíveis e de transição.
Classifique cada curva antes de desenhar o contorno.
Desenhe o mapa de zonas antes de definir a quantidade de camadas. Marque cada ilha rígida, vão flexível, transição, reforço, conector, área de exclusão e linha de curvatura. Em seguida, classifique cada curvatura: apenas para instalação, ocasional ou dinâmica. Registre a direção, o ângulo, o raio, os ciclos e a torção.
Áreas de Proibição ao Redor da Transição
O mapa de zonas revela conflitos precocemente: um dispositivo de passo fino empurra as microvias em direção à transição, enquanto a caixa puxa a curva para esse ponto. Identifique o problema antes de rotear os cabos.
Como as três zonas diferem na construção
A transição entre áreas rígidas e flexíveis é o ponto de partida da maioria das disputas na construção civil, por isso precisa de uma coluna própria, e não de uma borda da região rígida.
| Parâmetro | Região rígida | Região flexível | Transição de rígido para flexível |
| Contagem de camadas | Construção completa | Camadas contínuas (2 típicas) | Afilado |
| dielétrico de base | Núcleo FR-4 + pré-impregnado; alta Tg, se necessário. | FCCL de poliimida sem adesivo | Pré-impregnado ou tecido de ligação sem fluxo |
| Tipo e peso do cobre | ED ou RA, 1 oz típico | Cobre RA, 1/2 oz a 1 oz | Corresponde à camada adjacente |
| Proteção externa | Máscara de solda | Cobertura PI com adesivo | Borda de cobertura + abertura rígida |
| Características revestidas | Através, cego, enterrado, microvias | Nenhum dentro da curva ativa | Somente gotas e placas de ancoragem |
| Controle primário | Densidade de escape, continuidade do plano, impedância | Espessura final e raio de curvatura | Fluxo de resina, borda do reforço, caminho de tensão |
| Modo de falha comum | Planos de referência inconsistentes em redes de impedância | Camadas extras ou blindagem aumentam o raio de curvatura além do invólucro. | Cantos nítidos e bordas reforçadas como concentradores de tensão |
A maioria das falhas em dobras ocorre devido a algum componente rígido dentro da dobra, e não ao raio em si. Compare a última linha com o seu desenho.
Selecione o sistema de material flexível antes de adicionar HDI.
Selecione o sistema de material flexível como um conjunto único.
Selecione o laminado flexível, a espessura do cobre, a camada de cobertura, o adesivo ou a camada de ligação e a blindagem como um conjunto. Cobre, planos e adesivo mais espessos aumentam a flexibilidade e a capacidade de corte e dobra. Da UMEC. capacidades de fabricação rígido-flexível Cobertura sem adesivo FCCL, sistemas de sobreposição, perfuração a laser, estruturas do tipo HDI e opções de impedância controlada. A instalação precisa de aprovação antes do roteamento.
Geralmente, o método sem adesivo é o ponto de partida para um cabo flexível fino. Dados do Pyralux AC publicados pela DuPont A lista inclui espessuras de 12 µm a 50 µm, com cobre laminado a frio e cobre eletrodepositado em pesos iguais. Isso torna o tipo de cobre uma escolha livre, sem penalidades por espessura.
Especifique o tipo de cobre, não apenas a espessura. A folha laminada e recozida suporta dobras repetidas e custa menos do que retrabalhar uma peça flexível trincada após a fabricação. A folha eletrodepositada é indicada para seções rígidas e montagens flexíveis estáticas para instalação. Construções sem adesivo unem a poliimida diretamente ao cobre, evitando a maior perda dielétrica e a expansão no eixo Z da camada acrílica. Sistemas com adesivo são adequados para dobras estáticas. Na peça flexível, dispense a máscara de solda: ela trinca na dobra, enquanto a camada de cobertura não. Escolha ambas para o laminado.
Limite o que continua na área flexível.
Mantenha o condutor flexível e as camadas de referência no mínimo necessário para suportar roteamento, blindagem, corrente e consistência de sinal. O raio de curvatura é baseado na espessura final do cabo flexível, na camada de cobertura e em quaisquer camadas extras, não no núcleo de poliimida exposto ou em um único multiplicador. Confirme com o material e o ciclo de trabalho reais.
FCCL sem adesivo versus construções com adesivo
Valores típicos publicados para materiais comerciais, como referência de planejamento. Confirme os valores de Dk, Df e alongamento com a ficha técnica do laminado antes de qualquer cálculo de impedância ou curvatura.
| Propriedade | FCCL sem adesivo | FCCL à base de adesivo | |||
| Camada de ligação | Poliimida moldada diretamente sobre cobre | Adesivo acrílico, aproximadamente 12,5 µm a 25 µm | |||
| Dk típico a 1 GHz | aproximadamente 3,4 | aproximadamente 3,6 a 3,8 | |||
| Df típico a 1 GHz | aproximadamente 0,002 para graus de baixa perda | Acima de aproximadamente 0,02 em multi-GHz | |||
| Comportamento térmico | Estável durante o processo de refluxo sem chumbo. | Tg do adesivo em torno de 100 °C, alta expansão no eixo Z. | |||
| Preferencialmente para | Dobra dinâmica, alta velocidade, refluxo repetido | Dobra estática, construções com custo controlado | |||
| Tipo cobre | Estrutura granular | Alongamento típico na ruptura | Uso típico | ||
| Laminado e recozido (RA) | Lamelar | aproximadamente 20% a 40% | Flexibilidade dinâmica e regiões mais flexíveis | ||
| Eletrodepositado (ED) | Colunar | Menor, frequentemente citado próximo de 5%. | Regiões rígidas e flexão estática | ||
Exemplos de empilhamento de PCBs rígido-flexíveis por número de camadas
Duas questões são importantes. O que contém uma estrutura de quatro camadas e o que muda em uma de seis camadas? Ambas possuem uma ponte flexível de duas camadas, portanto o raio de curvatura praticamente não se altera. Seis camadas adicionam escape de região rígida, custam mais e não melhoram a curvatura. Considere os valores como uma referência de planejamento, não como uma especificação.
| Elemento | PCB rígido-flexível de 4 camadas (exemplo) | PCB rígido-flexível de 6 camadas (exemplo) |
| Camadas condutoras por seção rígida | 2 | 4 |
| Camadas que se estendem até o vão flexível. | 2 (um núcleo flexível de 2 camadas) | 2 típicos; 4 somente após revisão |
| Núcleo flexível | PI sem adesivo, 25 µm ou 50 µm | PI sem adesivo, preferencialmente de 25 µm |
| Cobre flexível | 1/2 oz ou 1 oz de cobre RA | 1/2 oz de cobre RA preferencial |
| Proteção externa em flex | Cobertura de PI, 25 µm por lado | Cobertura de PI, 25 µm por lado |
| espessura flexível finalizada trabalhada | aproximadamente 0,15 mm a 0,20 mm | Aproximadamente 0,15 mm a 0,20 mm com 2 camadas contínuas; aproximadamente 0,25 mm a 0,35 mm com 4 camadas. |
| serviço de dobra típico | Dobrável estático para instalar | Estático; dinâmico somente após revisão. |
| Custo relativo e prazo de entrega | Linha de base | Maior (ciclos de laminação adicionais) |
Construção rígida-flexível de quatro camadas (exemplo)
Essas são faixas de preço comerciais comuns. Considere-as como um exemplo, não como uma especificação. A viabilidade de fabricação depende do sistema de materiais, do tipo de cobre, da sequência de laminação e do processo de fabricação.
A espessura final do cabo flexível é de aproximadamente 160 µm: núcleo de 25 µm, cobre de 36 µm e camada de cobertura de 100 µm.
Construção rígido-flexível de seis camadas (exemplo)
A estrutura flexível se adapta à construção de quatro camadas, portanto o raio de curvatura não se altera. O que muda é a quantidade de lâminas, o alinhamento e o custo unitário.
Placa de circuito impresso rígido-flexível de 4 camadas: um núcleo flexível entre dois pares rígidos.
A maioria das pessoas começa com uma placa de circuito impresso rígida-flexível de 4 camadas: duas camadas condutoras em cada seção rígida e um núcleo flexível de duas camadas entre elas, que transporta ambas. A curvatura permanece fina, portanto o raio de curvatura também permanece pequeno. Se a região rígida ficar sem espaço para curvatura, adicione camadas rígidas, não camadas flexíveis.
PCB rígido-flexível de 6 camadas: quatro camadas rígidas com uma ponte flexível de duas camadas
Em uma placa de circuito impresso rígida-flexível de 6 camadas, cada seção rígida contém quatro camadas condutoras. Apenas duas delas atravessam o vão flexível. Cada camada adicionada à ponte flexível aumenta a espessura e o raio de curvatura, portanto, um vão que necessita de duas redes se curva pior com seis camadas e custa mais.
Escolhendo entre 4, 6 ou mais camadas
Justifique a transição de uma placa de circuito impresso rígida-flexível de quatro camadas para seis camadas considerando a região rígida, e nunca o vão flexível. Deixe que os canais de escape e os pares de planos definam a quantidade de camadas rígidas. Uma placa de circuito impresso HDI rígida-flexível avançada, construída como 1+n+1 ou 2+n+2, segue a densidade de escape e o alívio de vias, e não a quantidade de camadas.
Adicionar HDI Em densidade Na verdade, exige isso.
Sua região rígida define uma placa de circuito impresso HDI rígida-flexível avançada. A acumulação de microvias, vias cegas e enterradas, e laminação sequencial aumentam a densidade de escape sob dispositivos de passo fino. O vão flexível permanece tão fino quanto as redes subsequentes permitirem, de modo que a estrutura HDI termina no limite entre as regiões rígida e flexível. Utilize-a somente onde a densidade de escape ou roteamento exigir. Defina quais camadas cada via conecta.
IPC-2226 Define microvias e estruturas de acúmulo, e os fabricantes citam suas definições de vias e limites de proporção. Esses limites são adequados para construções rígidas. Assim que um núcleo flexível entra na sequência de laminação, trate-o como um teto, não como um alvo.
Sequência de montagem e ordem de laminação
Uma configuração 2+n+2 coloca duas camadas sequenciais de cada lado de um núcleo que suporta a lombada flexível. A posição do núcleo flexível é importante. Cada passagem de laminação expõe o sistema de poliimida e adesivo a calor e pressão adicionais, introduzindo erros de alinhamento nas bordas da camada de cobertura.
A UMEC descreve estruturas rígidas-flexíveis multicamadas com microvias enterradas ou cegas e um arranjo HDI de até 2+n+2, sujeito à revisão do projeto. Verifique a proporção da microvia, a geometria da área de contato, o preenchimento de cobre, o registro e como a laminação sequencial atende ao ciclo de colagem rígida-flexível.
Onde as microvias se encaixam em uma construção rígida-flexível
Microvias devem estar localizadas nas ilhas rígidas. Uma microvia metalizada é um cilindro de cobre ligado ao dielétrico em todos os lados, sem margem de ductilidade. Uma flexão dinâmica permite menos deformação do que um cilindro estático. Defina uma área de exclusão que abranja a linha de curvatura e o filete de transição, e mantenha os elementos metalizados rígidos, pads de captura, vias preenchidas e o preenchimento de balanceamento de cobre fora dessa área.
Microvias perfuradas a laser e construção sequencial são padrão. Capacidades de fabricação de PCBs da HDIEm um painel rígido-flexível, o limite prático é o registro durante o ciclo de colagem flexível, e não o próprio furo metalizado.
As compensações refletem aquelas por trás Escolher entre estruturas cegas, enterradas e de microvias Em uma estrutura rígida, cada ciclo de laminação precisa sobreviver à etapa de colagem que une o núcleo flexível. Portanto, o número de camadas aumenta em uma.
Controle de impedância no projeto em todas as zonas.
Caminhos de referência em zonas rígidas e flexíveis
Uma placa de circuito impresso de impedância controlada pode usar geometrias diferentes em seções rígidas e flexíveis, mas o caminho de referência deve ser cuidadosamente definido. Para cada classe de rede, registre a camada de sinal, a camada de referência, a impedância alvo, a tolerância, a espessura do dielétrico e do cobre, e a transição. Recalcule quando um sinal entrar em uma seção flexível mais fina. O roteamento flexível favorece microfita fina. Uma stripline contém melhor o campo, mas requer uma camada de referência adicional. Mantenha a corrente de retorno contínua nas mudanças de camada, mantenha os vias de transição fora de áreas tensionadas e forneça ao fabricante uma tabela de impedância vinculada à revisão de empilhamento aprovada e um cupom de desconto.
Recalculando a geometria do traçado para a seção flexível
Uma trilha de 50 ohms com terminação única sobre um dielétrico rígido de 100 µm com er próximo de 4,0 resulta em uma largura de aproximadamente 0,17 mm usando cobre de 18 µm. Ao transferir essa mesma trilha para um núcleo de poliimida de 50 µm no vão flexível, a largura desejada fica próxima de 0,075 mm. Considere essas larguras como ilustrativas e não como um limite do processo.
Proteção da confiabilidade em curvaturas em cobre e revestimento.
Dimensionamento do raio de curvatura a partir da espessura flexível final
Direcione os condutores perpendicularmente à linha de dobra, com curvas suaves em vez de cantos vivos. Na dobra ativa, evite mudanças abruptas de largura, estreitamentos, entradas de pads e cobre empilhado. Quando as trilhas compartilharem mais de uma camada flexível, alterne entre elas e verifique se isso reduz a tensão de alinhamento.
Detalhes da camada de cobertura, reforço e contorno na transição.
Na transição entre rígido e flexível, mantenha os raios de contorno suaves. Defina o limite da camada de cobertura, a abertura rígida, a borda do reforço e a margem de adesivo. Em seguida, verifique como a placa se encontra com a caixa. Uma placa flexível que parece segura ainda pode ser forçada sobre uma borda afiada.
Veja o Verificações de DFM para sistemas rígido-flexíveis para raio de curvatura.
Feche a pilha com uma revisão DFM do fabricante.
O que deve estar incluído no pacote de lançamento
Disponibilize um pacote integrado: desenho de zona, empilhamento aprovado, espessuras rígidas e flexíveis, especificações de materiais, detalhes de revestimento e reforço, tabelas de furos e vias, requisitos de impedância, mapa de curvatura e dobra de montagem. Da UMEC. Serviço de projeto e layout de PCB Abrange suporte a DFM (Design for Manufacturing), verificações Gerber, panelização e trabalho de integridade de sinal.
Perguntas para colocar por escrito
Conecte densidade, confiabilidade do sinal e mecânica em uma única análise, não separadamente. Da UMEC. guia avançado de fabricação de PCBs Abrange a configuração de camadas, raio de curvatura, camada de cobertura, posicionamento de vias, impedância e tensão de montagem. Resolva todos esses problemas em uma única revisão da configuração de camadas antes do lançamento.
Conclusão
Uma estrutura rígida-flexível confiável começa com o mapeamento de curvatura e zonas, não com uma quantidade específica de camadas. Mantenha a complexidade HDI dentro das regiões rígidas. Utilize uma referência de impedância em todas as transições. Reduza a espessura final da seção flexível ao máximo, respeitando as limitações de roteamento e blindagem.
Para obter feedback específico sobre o projeto, Envie o pacote de empilhamento e projeto para a UMEC. Com os requisitos, tabela de impedância, plano de vias, materiais, modelo mecânico e quantidades. Uma revisão prévia à publicação identifica conflitos precocemente.
Perguntas frequentes
É possível usar microvias HDI em uma placa de circuito impresso rígida-flexível?
Sim, quando o fabricante suporta a sequência de montagem e de vias necessária. Coloque microvias em regiões rígidas e verifique a laminação, as almofadas de captura, o preenchimento de cobre, o registro e a folga em relação às curvas.
Como a impedância é controlada quando um cabo entra na seção flexível?
Defina o condutor de referência, recalcule a geometria da trilha para o dielétrico flexível e a espessura do cobre. Documente a largura, o espaçamento, a camada de referência, a transição, a tolerância e o cupom específicos da zona na tabela de impedância.
O que determina o raio de curvatura mínimo?
A espessura final da fibra flexível, o número de camadas, a construção em cobre, a sobreposição, a direção e o ângulo de curvatura e a carga útil são fatores importantes. Os multiplicadores e as distâncias de exclusão da norma IPC-2223 estão incluídos no Verificações de DFM para sistemas rígido-flexíveis para raio de curvaturaConfirme o raio para o material aprovado.
Quando o fabricante deve revisar a montagem das estruturas?
Revise antes do roteamento, após a definição da impedância e das estruturas de vias, e novamente antes da liberação. Qualquer alteração de material, camada ou espessura aciona uma nova verificação de impedância e curvatura.
Qual é a diferença prática entre uma placa de circuito impresso rígida-flexível de 4 camadas e uma de 6 camadas?
Em uma placa de circuito impresso rígida-flexível de 4 camadas, cada seção rígida suporta duas camadas condutoras ao redor de um núcleo flexível de duas camadas. Uma construção de seis camadas adiciona pares de planos e espaço para conexões. A ponte flexível ainda suporta duas camadas, portanto o raio de curvatura praticamente não se altera.
Quantas camadas devem continuar na seção flexível?
Apenas as camadas que transportam as redes através da curva, geralmente duas. Camadas extras em uma placa de circuito impresso rígida-flexível de 4 camadas aumentam a espessura e o raio de curvatura, portanto, as camadas não utilizadas devem estar em regiões rígidas.
É necessário FCCL sem adesivo para painéis rígido-flexíveis?
Não é uma regra geral. As construções sem adesivo são adequadas para dobras dinâmicas, trabalhos em alta velocidade e refluxo repetido, pois mantêm melhor a espessura. Os sistemas com adesivo são adequados para dobras estáticas e construções com custo controlado, desde que o raio inclua a camada adesiva.