Жестко-гибкие печатные платы являются альтернативой традиционному соединению плат с использованием разъемов и проводов. Они являются привлекательным решением, поскольку позволяют уменьшить массу и размеры устройства, а также повысить его надежность. Их правильная конструкция, однако, сложнее, чем в случае традиционных схем, она также требует учета дополнительных факторов.
Основные принципы проектирования жестко-гибких печатных плат
Платы жестко-гибкие представляют собой комбинацию обычных жестких плат и схему, расположенную на гибкой подложке. Такое решение позволяет исключить разъемы и провода, соединяющие отдельные платы, и увеличить плотность упаковки модулей в корпусе устройства, что выражается в его меньших размерах и весе. На гибкой поверхности, в дополнение к направляющим, также допустимо размещать компоненты, хотя это требует большой осторожности при выборе места.
Эластичные участки состоят из чередующихся диэлектрических слоев и направляющей, соединенной связующим. Наиболее часто используемые диэлектрические материалы представляют собой полиимидные и полиэфирные пленки, характеризующиеся высокой гибкостью и хорошими термическими свойствами. Диэлектрик выполняет не только функцию изоляции, но и защитную функцию в цепи — верхние слои защищают пластину от вредного воздействия окружающей среды, в том числе от влаги, грязи и повреждения.
Направляющий слой обычно изготавливают из рулонной медной фольги, отличающейся очень хорошей гибкостью. Этот материал имеет удлиненные зерна в своей структуре, поэтому важно иметь правильную ориентацию пленки относительно оси изгиба пластины.
Чтобы увеличить срок службы изделия, ось изгиба должна быть перпендикулярна направлению предварительной прокатки меди. Ответственность за обеспечение правильной ориентации лежит на изготовителе плитки — проектировщик должен учитывать этот аспект, только если он самостоятельно создает панели схем.
Комбинация отдельных слоев обычно изготавливается из акрилового связующего, реже эпоксидного. Оба этих материала характеризуются высокой эластичностью и устойчивостью к температурным и химическим факторам.
Статические и динамические схемы
По способу использования упругие цепи можно разделить на два типа: статические и динамические. Статические упругие контуры изгибаются спорадически, в основном на этапе сборки и последующего обслуживания — после помещения в корпус они больше не меняют свою форму.
Динамические пластины изгибаются гораздо чаще, как часть нормальной работы, например, в печатающей головке или шарнире ноутбука. Это различие очень важно, потому что оно влияет как на выбор материалов, так и на способ оформления платы. При использовании гибких пластин с более чем двумя направляющими слоями также очень важно обеспечить достаточно большой радиус изгиба.
Пример жестко-гибкой конструкции плитки показан на рисунке 2. Жесткие области обычно имеют больше направляющих слоев, чем гибкие области, хотя это не правило.
В этих областях большинство элементов также собраны, хотя компоненты также могут быть размещены на гибкой части. На обоих типах площадок можно разместить металлизированные переходные отверстия и прокладки.
Проектирование жестко-гибкой платы
случае жестко-гибкого дизайна листов, в отличие от традиционных печатных плат, стек слоев листов различен для разных областей проекта. Следовательно, невозможно создать жестко-гибкую пластину с использованием среды, которая позволяет вам определять только один стек слоев листов для всей области проекта.
Однако большая часть современных сред проектирования , таких как более новые версии Altium Designer, позволяют указывать разные стеки слоев для разных областей проекта. В Altium Designer с помощью окна диспетчера Layer Stack Manager вы можете указать любое количество дополнительных стеков, состоящих из выбранных слоев основного стека, определенных для всего проекта .
Форма платы. В случае жестко-гибкой пластины, как и в случае традиционных контуров, должна быть определена форма всей пластины, охватывающая все области, как жесткие, так и гибкие. Вся область проекта может быть разделена (в Altium Designer с использованием линий разделения, так называемых линий разделения) на регионы, и каждому региону может быть назначен отдельный стек слоев.
Гибочные линии. В среде Altium Designer можно наносить на участки гибких линий ожидаемого изгиба (Bending Lines). Линия определяет ось, по которой пластина должна изгибаться. Расположение таких линий допускает последующую трехмерную визуализацию платыи анимацию ее поведения при изгибе. Направление изгиба пластины должно быть принято во внимание, среди прочего руководствуясь путями и расставляя компоненты.
Советы по дизайну. При разработке жестко-гибких плат особое внимание следует уделять гибким областям и границам между гибкими и жесткими областями. Пути в зоне, подверженной изгибу, должны быть перпендикулярны направлению изгиба. Также необходимо избегать размещения металлизированных направляющих, компонентов и подушек в этой области — это может повредить эти элементы или структуру доски.
Следует также стремиться к тому, чтобы радиус изгиба пластины был как можно большим, чего можно достичь, расширяя упругую область. Если радиус изгиба слишком мал, это может повредить пластину.
Вывод
Жесткие и гибкие печатные схемы не являются чем-то необычным — в течение многих лет они успешно использовались в космическом, военном, медицинском, а в последнее время и в широком спектре мобильных устройств. Все больше национальных плиточных фабрик предлагают такие услуги в своем предложении, стоимость таких решений также снижается — для больших серий они иногда могут быть более прибыльными, чем традиционные плитки, соединенные кабелями и разъемами, в основном из-за упрощения этапа сборки и сокращения цепочки поставок.
Однако жестко-гибкие системы по-прежнему остаются продуктами гораздо более сложными, чем традиционные платы, поэтому для их правильной реализации необходимо тесное сотрудничество между проектировщиком и производственным предприятием. Такое сотрудничество должно начинаться на ранней стадии проектирования, чтобы проект можно было адаптировать к производственным возможностям завода и оптимизировать его конечные затраты.