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Comprendre les PCB rigides-flexibles : avantages, applications et fabrication

Table des matières
Article principal (H2)

Différents types de PCB rigides-flexibles fournis par GlobalWellPCBA

Sélectionnez simplement votre PCB Rigid-flex ci-dessous pour accéder au guide.

Introduction

Les PCB rigides et flexibles sont couramment utilisés dans les appareils électroménagers et électroniques grand public. Il s'agit d'une combinaison de PCB rigides et flexibles. Cela signifie que nous pouvons tirer les avantages complexes des PCB rigides et flexibles dans un seul PCB rigide-flexible. Il existe différentes raisons d'utiliser des PCB rigides-flexibles. Le support mécanique est un avantage majeur, mais nous pouvons également viser un meilleur montage des composants. 

Puisqu’il s’agit d’un duo de PCB rigides et complexes, il est clair qu’une partie de ce PCB est pliable tandis que l’autre ne l’est pas. Ceux-ci sont non seulement légers, mais prennent également moins de place, c'est pourquoi nous pouvons les utiliser dans des appareils des industries automobile, aérospatiale et autres. Nous allons étudier en détail les PCB rigides-flexibles à travers cet article. 

PCB rigide-flexible

Avant de commencer notre discussion, définissons les PCB rigides-flexibles. Un PCB rigide-flexible contient à la fois des PCB rigides et flexibles. Ce sont des PCB multicouches. Nous pouvons rendre ces PCB plus complexes en fonction de la nature et de la fonction des applications. Il ne fait aucun doute qu’en raison de la nature complexe de ces PCB, nous devons être prudents lors de leur conception. La complexité des PCB rigides-flexibles montre que toute négligence dans le développement de la conception peut ruiner les performances ultérieurement. La meilleure partie de ces PCB est la liberté d'utiliser l'espace 3D lors de la conception de ces PCB. Par conséquent, la torsion et le retournement sont possibles même avec la présence de pièces rigides dans ces planches. 

Travailler sur un PCB rigide-flexible

Les PCB rigides et flexibles fonctionnent différemment du reste des PCB. Nous utilisons les deux substrats, notamment le Polyimide et le FR4, pour ces PCB. Pour que ceux-ci puissent fonctionner de manière dynamique et améliorer les performances de l’électronique sur tous les plans. Ici, nous allons brièvement découvrir le fonctionnement de base des PCB rigides-flexibles. 

  • La partie rigide de ces PCB sert à ajouter de la résistance mécanique aux cartes.
  • On peut également s'appuyer sur des portions rigides pour un meilleur montage des composants 
  • La dissipation de la chaleur à travers les cartes est également possible grâce au côté rigide.
  • La partie flexible sert à développer des interconnexions entre la carte, ses composants, ses couches et le segment rigide.
  • Les PCB rigides et flexibles utilisent des couches conductrices pour la gravure.
  • Nous utilisons des trous métallisés pour joindre verticalement les couches, et cela s'applique aux segments rigides et flexibles.
  • La partie flexible n'est pas utilisée pour le montage des composants.
  • Nous pouvons tordre et tourner la partie flexible à notre guise sans compromettre les éléments environnants.
  • En dehors de cela, nous pouvons également développer des structures 3D à partir de PCB rigides-flexibles.

Le but du développement de configurations 3D est d'améliorer le support fourni par les parties rigides de ces PCB. Ainsi, des interconnexions meilleures et plus solides peuvent être créées au sein de la configuration, ce qui ajoute à sa durabilité. Nous pouvons introduire les matériaux pour les PCB rigides et flexibles grâce à une méthode appelée laminage. Pendant ce temps, nous devons nous assurer que les matériaux adhèrent correctement afin d’éviter toute complication thermique et mécanique. 

Étant donné que les PCB rigides et flexibles sont inutiles sans une conception impeccable, vous trouverez ci-dessous quelques conseils efficaces que vous devez garder à l'esprit. 

  • N'oubliez pas de tracer les couches flexibles afin de pouvoir réaliser un pliage dynamique
  • Il ne devrait y avoir aucune contrainte de transition excessive entre les segments rigides et flexibles
  • Il est crucial de garantir un contrôle optimal du rayon de courbure 
  • Les segments rigides et flexibles doivent disposer de suffisamment d'espace pour les variations d'épaisseur.

Considérations de conception pour les PCB rigides-flexibles

Après avoir suivi ces recommandations, vous serez en mesure de développer des PCB rigides-flexibles sans faille. Voyons comment : 

  • Empilement des couches

Il ne devrait y avoir aucune erreur dans l'empilement des couches pour les PCB rigides-flexibles. Il est important de déterminer le nombre individuel de couches rigides et flexibles, sinon cela peut ruiner les conceptions. Des facteurs tels que le routage, la flexion dynamique et la densité des composants sont également cruciaux à prendre en compte. Les stratifiés pour les couches rigides doivent toujours être des stratifiés FR4 et de verre. Le diélectrique flexible et le polyimide sont conseillés pour les couches flexibles. De plus, pour combiner ces couches, il est important d’intégrer des couches adhésives supplémentaires dans la configuration. Lors des tests, l'empilement doit être conforme à l'épaisseur, au contrôle d'impédance, à la flexibilité et à la rigidité à tous égards. 

  • Transitions (rigide à flexible)

Puisque nous travaillons ici avec deux segments, les risques de casse et de bosses sont plus élevés dans le segment de transition. Par conséquent, il est important de gérer cette transition avec soin, sinon cela peut ruiner les deux parties.

  • Il sera préférable d'utiliser des coins coniques et arrondis pour la configuration des transitions.
  • Les anneaux annulaires doivent être larges, ce qui peut contribuer à réduire les contraintes mécaniques
  • Si la transition est en cuivre, alors il est important de réduire la partie non couverte pour obtenir les performances souhaitées. 
  • Les coins incurvés sont recommandés au lieu des angles aigus. 
  • Rayon de courbure

Une autre chose importante est le rayon de courbure. La partie flexible ne peut pas traverser une certaine longueur de rayon de courbure, c'est pourquoi nous devrions en tenir compte lors du développement de PCB rigides-flexibles. S'il est trop serré, cela peut briser les traces de cuivre et également ruiner le laminage, ce dont nous ne voulons pas. Par conséquent, l’épaisseur du cuivre, l’empilement des couches et la flexion dynamique doivent être optimaux pour éviter les complications liées au rayon de courbure. 

  • Placement des composants

Vous savez déjà que nous ne pouvons pas monter de composants en surface sur la partie flexible des PCB. Par conséquent, pendant que nous faisons cela, nous ne devons pas laisser les composants glisser dans la partie flexible, ce qui pourrait endommager la structure des PCB. De plus, les connecteurs sont des composants de contrainte et nous devons maintenir une distance précise entre eux et le segment de transition. La surface en cuivre est également considérable pour évacuer l'excès de chaleur. 

  • Routage 

Vous devez garder à l’esprit les conseils de traçage suivants pour de meilleurs résultats : 

  • Les traces doivent être plus larges et il doit y avoir un espacement approprié pour une meilleure flexion dynamique
  • Essayez de ne pas créer d'angles aigus, ce qui n'est pas recommandé pour les PCB rigides et flexibles.
  • Le mieux sera d'effectuer un tracé là où un axe de virage neutre est présent 
  • Assurez-vous d'utiliser une densité de cuivre optimale et de la maintenir tout au long de la configuration.

Procédure de fabrication des PCB rigides-flexibles

Voici comment nous pouvons développer des PCB rigides-flexibles de qualité industrielle :

  • Préparation des matériaux

Le processus commence par l'approvisionnement en matériaux pour les pièces rigides et flexibles. Ces matériaux sont soumis à un nettoyage et un conditionnement appropriés avant un traitement ultérieur. 

  • Imagerie

L’étape suivante consiste à commencer l’imagerie des couches interne et externe à l’aide d’un motif conducteur, et pour cela, nous utilisons la lithographie et la gravure. Le but de l'imagerie est de développer des plots et des traces sur les couches de PCB. 

  • Formation de trous

Le perçage est important pour créer des trous, et nous pouvons également les perforer. Différents trous tels que des trous pour composants et outils sont possibles avec ce processus. Nous les plaquons avec du cuivre afin que des interconnexions verticales puissent être formées. 

  • Laminage

La stratification est importante pour les couches de PCB afin qu'elles puissent être alignées. Une température élevée et une pression contrôlée rendent cela possible. Nous ne devrions pas non plus compromettre les liens entre les deux segments à ce stade. Pour les valoriser, nous utilisons des adhésifs très puissants. 

  • Imagerie

Il est temps d’imager les couches externes, et le même processus de lithographie et de gravure est utilisé pour cette étape. 

  • Masque de soudure et finition

Le masque de soudure sert à protéger la couche de cuivre de la corrosion et des dommages possibles. Nous ne plastifions pas les tampons et les traces à ce stade. Seul le PCB utilise des finitions de surface en fonction de sa nature. Certains PCB utilisent ENIG, tandis que d'autres utilisent HASL, OSP et étain. 

  • Singulation

Nous devons également acheminer le grand panel de PCB. Cette étape montre comment les PCB rigides-flexibles ont des configurations complexes qui sont facilement identifiables du reste. 

  • Essai

Les tests et l'inspection sont les étapes les plus cruciales de ce processus. Nous pouvons non seulement améliorer nos PCB grâce à des tests, mais également signaler à temps les défauts nuisibles et les corriger également. Différentes méthodes d’inspection sont disponibles pour rendre cela possible. Cependant, l’AOI, ou inspection optique automatisée, est un processus courant à suivre. 

  • Assemblage

Nous pouvons acquérir une configuration 3D dans le cas de PCB rigides-flexibles en cas de besoin. De plus, lors de l'assemblage, les composants et les couches sont montés selon les conceptions développées lors de la phase de pré-production. 

Aspects de coût des PCB rigides-flexibles

  • Nombre de couches

La logique est simple. Plus de couches signifie plus de coûts. Pour cette raison, tous les PCB multicouches dans lesquels sont inclus des PCB rigides-flexibles ne sont pas abordables et nécessitent également de l'argent pour la production. 

  • Panneau 

Si l’utilisation de la surface du panneau est moindre, cela augmentera le coût. Par conséquent, pour ne pas exploser votre budget, il est important d’utiliser l’espace efficacement. 

  • Finitions et revêtements

Différentes finitions de surface sont disponibles à des prix abordables, mais présentent également des inconvénients. Pour cette raison, les finitions de surface peuvent également influencer le coût de ces PCB. 

  • Type de matériau flexible

Les matériaux PCB comme le polyimide sont chers, et si vous utilisez des matériaux rares et haut de gamme, alors soyez prêt à faire face à une grosse brèche dans votre poche. 

  • Précision de l'enregistrement

Lorsque vous visez un traçage précis et plus de précision, cela nécessitera un équipement haut de gamme. Par conséquent, pour accéder à cet équipement, il faudrait perturber votre budget. 

  • Complexité de conception

Si vous souhaitez opter pour un routage dense et des fonctionnalités HDI, cela augmentera également votre coût de production. 

  • Essai

Il est évident que les différentes méthodes de test impliquent de nombreux outils et équipements, et pour cette raison, un producteur doit aller au-delà de son budget pour tester ses PCB. 

Avantages de l'utilisation de PCB rigides et flexibles

Emballage consolidé

Il est évident que lorsque nous utilisons des PCB rigides-flexibles, la taille du boîtier diminue. Pour cette raison, nous pouvons utiliser un seul PCB rigide-flexible non seulement pour économiser de l'espace, mais également pour améliorer la qualité et les performances en même temps. 

Fiabilité accrue

L’avantage des PCB rigides-flexibles est qu’ils offrent plus de fiabilité, ce qui est pratique pour l’électronique haute fréquence et puissante. L'utilisation de deux PCB dans une seule unité n'est rien de moins qu'un miracle, et pour cette raison, de nombreuses applications dépendent des PCB rigides-flexibles pour leurs performances. 

Résumé

Les PCB rigides et flexibles constituent une grande innovation pour soutenir des domaines tels que l'électronique, l'automobile et l'aérospatiale. La raison est plutot simple. Qualité et fiabilité. En dehors de cela, l’efficacité de l’espace et la solidité sont également des caractéristiques communes de ces PCB. J'espère que vous pourrez désormais essayer les PCB rigides-flexibles pour vos futurs projets !

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