PCB rigido-flessibile con rinforzo in metallo

Sebbene gli irrigidimenti non siano parte integrante del progetto PCB rigido-flessibile, il loro utilizzo diventa vitale in alcuni casi in cui è necessario un miglioramento della rigidità o della resistenza. Questi vengono selezionati in base all'applicazione del PCB rigido-flessibile. 

Il PCB rigido-flessibile, come sappiamo, è una fusione di due tipi di circuiti: rigido e flessibile. Mentre il primo rende il circuito robusto, il secondo è responsabile dell'aggiunta di flessibilità alla scheda PCB. Ma, come affermato in precedenza, alcune applicazioni potrebbero richiedere maggiore robustezza e stabilità, e queste possono essere fornite con l'aiuto di un materiale aggiuntivo: un rinforzo. 

Allora, cos'è un irrigidimento? Per aiutarti a comprendere meglio, abbiamo un articolo completo sugli irrigidimenti PCB, i loro tipi, vantaggi e molto altro. Faremo anche luce su come aiutano il suddetto PCB a funzionare meglio, con particolare attenzione agli irrigidimenti metallici.  

Cosa sono gli irrigidimenti PCB?

Si tratta di materiali o metalli che aiutano a migliorare la rigidità e la resistenza di una parte del PCB. Una volta applicato l'irrigidimento, il collegamento alle altre parti rigide diventa più semplice. Ciò impedisce piegature e danni alla tavola. 

Ricorda, lo spessore normale di un rinforzo PCB è compreso tra 0,002 "e 0,059".

Tipi di irrigidimenti

Gli irrigidimenti in un PCB sono di vari tipi, tra cui:

• Poliimmide
• FR-4
• Acciaio inossidabile e 
• Alluminio 

Di tutti questi, gli ultimi due sono metalli e vengono utilizzati nei PCB rigidi-flessibili se l'applicazione lo richiede. Ora studiamo questi due uno per uno. Ma prima è importante conoscere i motivi per cui vengono utilizzati gli irrigidimenti nei PCB.

Vantaggi degli irrigidimenti 

Quando i componenti del PCB sono posizionati nella zona flessibile, esercitano una pressione sul PCB flessibile e, pertanto, richiedono una superficie rigida. Gli irrigidimenti forniscono loro questa rigidità in modo che i componenti possano essere posizionati facilmente e comodamente.  

Mentre i PCB tradizionali presentavano restrizioni dovute a forma e design, i PCB moderni mostrano flessibilità e possono essere realizzati per adattarsi a spazi più piccoli. Gli irrigidimenti li aiutano a ottenere questi vantaggi senza perdere potenza. Questo è come gli irrigidimenti aiutano.

• Supportare quelle parti della scheda che contengono componenti a foro passante.
• Aggiungi supporto ai connettori e ai componenti PCB.
• Assicurarsi che le parti flessibili rimangano all'interno delle aree rigide secondo necessità.
• Aiuta a semplificare la gestione di circuiti stampati sottili e delicati.
• Mantenere lo spessore del circuito stampato flessibile.
• Soddisfa tutte le specifiche del connettore Zero Insertion Force (ZIF).
• Mantenere alcune aree della tavola flessibile piatte e ferme.
• Aiuta ad aumentare il raggio di curvatura del circuito nel punto in cui si incontrano le parti rigide e flessibili. Ciò impedisce che la parte flessibile venga sollecitata quando il circuito viene piegato.
• Aiuta a organizzare e preservare gli array estendendoli nell'array.

Rinforzi metallici per PCB Rigid-Flex

Rinforzo in acciaio inossidabile

Costituita da ferro (Fe) e carbonio (C), la lega di acciaio inossidabile è una forma popolare utilizzata nella produzione di rinforzi. Ha 10,5% di cromo e nichel, con da 0,2 a 2,11% di carbonio. È noto anche come acciaio inossidabile o acciaio resistente alla corrosione. 

In alcuni circuiti rigidi i progettisti sono tenuti ad accertare la protezione del PCB da danni fisici. È qui che entra in gioco il rinforzo in acciaio inossidabile. 

Il design unico prende vita grazie alla tecnologia di sinterizzazione che utilizza polvere di acciaio inossidabile fusa per formare una billetta. Il processo non finisce qui, poiché è possibile aggiungere più acciaio per aumentarne la resistenza. Tuttavia, questi vengono utilizzati principalmente in applicazioni che richiedono solo il montaggio superficiale e nessuna perforazione.

Per rendere forte la connessione, il silicone svolge il ruolo di adesivo e viene applicato nell'elettronica militare, nei sistemi rinforzati e nei dispositivi medici. Ciò che rende l'irrigidimento in acciaio inossidabile perfetto per questi settori è la sua capacità di gestire diverse sfide ambientali, tra cui temperature estremamente elevate, vibrazioni e maneggiamenti difficili. 

Inoltre, gli irrigidimenti in acciaio inossidabile sono estremamente leggeri e durano molto a lungo. Questi possono essere rivestiti in superficie o durante il processo di assemblaggio. Tuttavia, questi hanno un prezzo elevato e, se non necessario, dovrebbero essere evitati. 

Rinforzo in acciaio inossidabile in un PCB Flex

I sottili fogli di acciaio inossidabile possono piegarsi e questo li rende i candidati perfetti per l'utilizzo come elemento di rinforzo in un circuito stampato flessibile. Basta tagliarlo utilizzando cesoie e roditori o un laser per creare la forma desiderata.

In un PCB flessibile, quando un progettista desidera ottenere rigidità ma dispone di spazio limitato, l'acciaio inossidabile è l'opzione giusta. Sia la poliimmide che l'FR4 non riescono a fornire i vantaggi poiché questi sono limitati a causa dello spessore dell'irrigidimento. L'acciaio inossidabile, invece, è semplicemente perfetto perché è sottile e fornisce lo spessore richiesto. 

Vantaggi degli irrigidimenti in acciaio inossidabile

• È estremamente resistente ai danni che possono verificarsi a causa dell'elevata umidità. 
• Un buon conduttore di calore consente la dissipazione del calore dai componenti PCB
• L'acciaio inossidabile può assorbire molto calore rispetto all'acciaio standard, sia alto che basso
• Permette la personalizzazione in quanto può essere modellato in diverse forme e dimensioni
• Può essere reso più sottile per applicazioni con vincoli di spazio 

Svantaggi dell'irrigidimento in acciaio inossidabile

• Sebbene sia più sottile di altri rinforzi, ha comunque più peso
• Fissare l'acciaio al pannello non è facile e richiede adesivi speciali
• L'elevata plasticità rende la lavorazione dell'acciaio davvero resistente 
• È più costoso della maggior parte degli irrigidimenti poiché la materia prima ha un prezzo elevato. 

Alluminio

Un altro rinforzo metallico per PCB rigido-flessibile è l'alluminio. È costituito da bauxite, appare bianco argenteo ed è morbido. È considerato migliore dei rinforzi in vetro o epossidici grazie alla sua dissipazione del calore e malleabilità. Quindi, per le applicazioni che generano molto calore, gli irrigidimenti in alluminio sono semplicemente perfetti. Questi non solo gestiscono bene il calore ma possono anche trasformarsi in un dissipatore di calore. 

Usarli ti darà tranquillità, sapendo che i componenti e i connettori sono sicuri poiché il calore viene distribuito uniformemente. Questo è anche costoso rispetto al materiale FR4 o Polyimide. 

Vantaggi dell'alluminio:

• È davvero buono perché rende i materiali sottili molto più resistenti.
• Il metallo è più economico rispetto all'utilizzo di pellicole in poliimmide.
• L'alluminio non pesa molto ed è leggero.
• Puoi modellare l'alluminio come preferisci perché è facile da lavorare.
• È ottimo per eliminare il calore perché è bravo a condurre il calore.

Svantaggi dell'alluminio:

• A volte, l'alluminio può cambiare forma quando la temperatura varia, il che potrebbe causare problemi.
• Mettere insieme parti di alluminio può essere un po’ complicato e potrebbe richiedere un trattamento specializzato.
• L'alluminio può anche iniziare ad arrugginire se non è adeguatamente protetto
• Stai attento quando maneggi l'alluminio flessibile perché può rimbalzare se è caldo.

Questi sono utilizzati nell'elettronica militare, nei forni a microonde e nei telefoni cellulari. Questi possono essere modellati in base alla forma e alle dimensioni del PCB.

Altri irrigidimenti metallici

Rame e ottone sono utilizzati anche come rinforzi metallici. Ma c'è una differenza. Entrambi questi metalli vengono utilizzati per realizzare sbarre collettrici. La barra collettrice è un tipo di rinforzo per PCB e presenta un rivestimento dielettrico che aiuta a condurre l'energia. È disponibile in diverse forme, come strisce piatte, aste e barre. Si noti che queste sbarre conducono più elettricità di una traccia.

Il rame, come metallo, è leggero ed è un buon conduttore di calore. Per collegarlo al circuito flessibile, la saldatura è il metodo di collegamento preferito. Non è richiesta alcuna placcatura. Il rame viene utilizzato come sbarre collettrici perché può sopportare molto bene le alte temperature oltre a condurre elettricità.

Un altro metallo utilizzato nella realizzazione delle sbarre collettrici è l'ottone. È una lega di rame (Cu) e zinco (Zn). L'ottone si combina con il rame e l'alluminio (usati spesso) per mantenere il metallo meno flessibile 

È richiesto dall'applicazione. 

Questi due sono componenti essenziali di una sbarra collettrice. Tuttavia, non bisogna dimenticare che mentre ogni sbarra è considerata un irrigidimento, non ogni irrigidimento è una sbarra.

Prerequisiti per l'utilizzo del PCB rigido-flessibile con rinforzo in metallo

L'irrigidimento metallico deve soddisfare i requisiti di progettazione del progetto PCB. Per garantire ciò, i seguenti punti sono estremamente vitali.

• L'irrigidimento scelto deve essere realizzato in lamiera e non deve condurre elettricità.
• Quando lo applichi su un lato del PCB rigido con i circuiti flessibili, non dovrebbe piegare il PCB rigido in modo permanente.
• Dovrebbe essere più sottile di 0,5 mm ma non più spesso di 2 mm.
• Non dovrebbero esserci spigoli vivi.
• Non dovrebbe ostacolare il funzionamento del PCB rigido quando lo si mette su un lato con i circuiti flessibili.
• La rigidità del metallo dovrebbe essere compresa tra 0,25 e 0,75 MPa. 
• Dovrebbe funzionare bene con gli altri componenti e strati utilizzati nei circuiti rigido-flessibili.

La superficie dell'irrigidimento deve essere liscia per evitare di rovinare il circuito rigido-flessibile durante la produzione.

Come integrare l'irrigidimento metallico in un progetto PCB

Posizionamento dello strato

Questi sono posizionati su entrambi i lati del circuito. Ciò aiuta a mantenere gli strati del PCB ed evita l'espansione e la contrazione dovute al calore e all'umidità elevati. 

Adesione

Sia l'acciaio inossidabile che l'alluminio richiedono adesivi speciali. I due adesivi più comuni utilizzati sono gli adesivi termosaldati o PSA (adesivo sensibile alla pressione). Gli adesivi termosaldati si presentano sotto forma di nastro biadesivo o di pasta. PSA è un adesivo autoadesivo che richiede solo pressione per formare un legame e richiede acqua o calore per attivarlo. 

Puoi anche usare il silicone come adesivo. Aderisce bene all'acciaio inossidabile. Esistono due modi per fissarlo alla tavola: manualmente utilizzando nastro biadesivo o con calore e pressione che lo laminano. 

Contornatura dell'irrigidimento

Di solito, le macchine laser vengono utilizzate per tagliare i materiali in modo che possano adattarsi con precisione alla forma del circuito. 

Montaggio 

Per posizionare i componenti, creare fori, cuscinetti e ritagli. Questi aiutano a collegare la tavola flessibile alla tavola rigida.

Transizione da flessibile a rigido

Quando aggiungi gli irrigidimenti, assicurati che ci sia spazio sufficiente attorno ai bordi dell'irrigidimento. Ciò aiuterà il circuito flessibile a piegarsi e a passare facilmente alla parte rigida.

Suggerimenti per aggiungere rinforzi metallici a un PCB rigido-flessibile 

Di seguito sono riportati alcuni punti per aiutarti a rendere il processo semplice e realizzabile:

• Per alleggerire la sollecitazione nei PCB flessibili, è importante avere una sovrapposizione minima di 0,762 mm tra l'irrigidimento e il rivestimento esposto.
• L'utilizzo di un adesivo termico può costare di più rispetto all'utilizzo di un adesivo sensibile alla pressione. 
• Applicare l'irrigidimento sul lato PCB che presenta componenti a foro passante placcato (PTH). In questo modo è possibile inserire i cavi dei componenti attraverso i fori e raggiungere anche le piazzole di saldatura sul circuito flessibile. 

Spessori comuni degli irrigidimenti metallici utilizzati nei PCB rigido-flessibili

Acciaio inossidabile: 0,15 mm e 0,2 mm

Alluminio: 0,2 mm, 0,25 mm, 0,3 mm, 0,35 mm, 0,4 mm, 0,5 mm, 1,5 mm, 0,15 mm e 0,45 mm 

Pensieri di addio

Riteniamo che ora tu abbia una buona conoscenza degli elementi di rinforzo metallici utilizzati per i PCB rigidi-flessibili. Sia l'alluminio che l'acciaio inossidabile sono leghe con eccellenti proprietà meccaniche che le rendono adatte come irrigidimenti per i PCB rigido-flessibili.

Sebbene le loro capacità non possano essere negate, è importante contattare un produttore di PCB affidabile e rispettabile per garantire che il prodotto finale sia il migliore sul mercato. Assicurati che abbiano una vasta esperienza per aiutarti a ottenere il risultato desiderato.