PCB rígida-flexível multicamadas

Uma placa de circuito impresso (PCB) rígida-flexível multicamadas combina materiais rígidos e flexíveis. Três ou mais camadas condutoras de cobre são conectadas através de orifícios nesses circuitos. 

Este tipo de PCB possui resistência e suporte de materiais rígidos e é fácil de dobrar devido às seções flexíveis. Os PCBs rígidos e flexíveis são leves e compactos e cabem até mesmo nos menores componentes eletrônicos com recursos de alta tecnologia. 

Algumas das aplicações comuns de circuitos rígidos-flexíveis multicamadas são instrumentos médicos, aeroespaciais e seções automotivas. Neste artigo, discutiremos tudo sobre placas de circuito rígido-flexíveis multicamadas e suas considerações de design. 

Como funciona o PCB flexível rígido?

PCBs multicamadas têm uma interconexão tridimensional entre camadas condutoras. Elimina o uso de vários PCBs individuais ao mesmo tempo em que faz um trabalho ainda melhor. Materiais flexíveis de PCB, como poliimida, são combinados com seções rígidas feitas de FR-4. 

As duas camadas são conectadas por meio de adesivos fortes. Vias e furos de componentes estão presentes em cada camada do circuito para fazer conexões verticais. A parte rígida dos PCBs possui componentes e regiões flexíveis são usadas para formar conexões dobráveis para funcionalidade dinâmica. 

PCBs rígidos e flexíveis multicamadas permitem dobrar, dobrar e embrulhar de forma compacta para caber em vários componentes eletrônicos. Eles são uma escolha completa de circuito integrado para projetos eletrônicos avançados com alto desempenho. 

Cada camada flexível possui uma camada externa de poliimida para isolamento. Furos passantes revestidos são adicionados para conexões de circuito. Além disso, um stripline de superfície é adicionado para impedância controlada de alta velocidade. 

No geral, os circuitos rígidos e flexíveis podem estar em conformidade onde a eletrônica pode ter desafios de projeto, como diafonia, superaquecimento e densidade de componentes. 

Esses tipos de PCBs são capazes de dissipar o calor mesmo em áreas de componentes complexos, pois possuem uma estrutura em camadas. Além disso, o recurso flexível permite que os PCBs sejam instalados em geometrias de formato exclusivo. 

Tipos de circuito flexível rígido

Existem dois tipos de placas de circuito impresso rígidas e flexíveis.

PCB composto rígido-flexível

É a combinação de placas rígidas e flexíveis com uma via comum cega e enterrada. As vias cegas conectam as duas camadas sem penetrar nas placas. Por outro lado, as vias enterradas são usadas para aumentar o circuito e rotear o rastreamento. PCBs compostos têm designs de alta densidade. 

PCB Rígido-Flexível

Tanto as placas rígidas quanto as flexíveis são feitas separadamente e depois laminadas juntas. Isso resulta em placas avançadas com alto desempenho que podem caber em pequenos espaços de design. 

As principais aplicações de PCBs rígidos-flexíveis são dispositivos médicos, TVs e iluminação. Devido à sua resistência a altas temperaturas e capacidade de flexão, os circuitos rígidos e flexíveis são ideais para dispositivos eletrônicos de última geração com longas horas de funcionamento. 

Considerações de projeto para PCBs Rigid-Flex

Os requisitos de design de PCBs rígidos e flexíveis são um pouco complexos. Aqui estão alguns itens essenciais para ajudá-lo a projetar componentes de circuito confiáveis: 

• Empilhamento de camadas

Deve haver um amplo empilhamento de camadas com camadas rígidas e flexíveis para garantir flexão e funcionamento confiáveis. Se houver mais camadas flexíveis, o circuito não terá uma estrutura forte. 

Se as camadas rígidas aumentarem, o PCB ficará espesso. A presença das camadas rígidas e flexíveis certas confere uma estrutura robusta ao circuito quando ele é dobrado em formatos de design exclusivos. 

Camadas rígidas podem ser formadas utilizando laminados reforçados ou FR-4. As regiões flexíveis do circuito usam materiais dielétricos que podem ser dobrados em diferentes formatos. 

Um adesivo avançado deve combinar essas duas camadas em uma estrutura. Observe que o equilíbrio dessas camadas é essencial para adicionar controle e estabilidade de impedância.

• Raio de curvatura

Deve-se prestar muita atenção para não ultrapassar o raio mínimo de curvatura. Se o raio de curvatura for menor, isso causará fraturamento do cobre e danos aos componentes. Além disso, pode delaminar as camadas, tornando o PCB disfuncional. 

Para fazer PCBs flexíveis e rígidos, geralmente é usado um raio de curvatura de 3 mm a 10 mm. O raio de curvatura pode ser ajustado usando diferentes espessuras de cobre, adicionando materiais mais flexíveis e alterando o design do empilhamento. 

• Transições rígidas para flexíveis

Muitos fatores, como geometria de transição gradual e anéis anulares, podem impactar as conexões rígidas-flexíveis. Se as conexões não forem feitas com cuidado, o PCB irá rachar ou deixar de funcionar. 

Para evitar isso, reduza o uso de cobre próximo às transições para evitar o acúmulo de material. Evite usar ângulos agudos e gradualmente afunile os cantos para facilitar a transição. 

• Colocação do Componente

Nenhum componente pode ser adicionado às camadas flexíveis, pois elas apenas suportam conformidade e movimento. Portanto, os componentes do circuito devem ser colocados em seções rígidas. Além disso, a sobreposição deve ser evitada para garantir que as seções flexíveis sejam livremente dobráveis. 

Também removerá o estresse dos conectores. Outra coisa a ter em mente é evitar a colocação de componentes em torno das transições de seções rígidas e flexíveis. Preste atenção aos componentes de ajuste térmico e forneça ampla área de cobre. 

• Roteamento

O roteamento deve ser feito ao longo do eixo neutro para evitar quebra e descascamento do PCB. Evite ângulos agudos durante as transições. Preste atenção à densidade do cobre, pois ela pode aquecer o circuito devido à falta de dissipação de calor em alguns trechos. Use traços mais largos e espace-os adequadamente para oferecer flexibilidade. 

Conjunto de PCB rígido-flexível

As etapas a seguir são seguidas para montagem de PCB rígida-flexível:

• Preparação de materiais

O primeiro passo é limpar os laminados revestidos de cobre antes da fabricação. Depois disso, o pré-impregnado, a poliimida, a cobertura e os reforços são cortados conforme a necessidade. 

• Núcleo flexível interno

A placa flexível terá um núcleo interno flexível que pode ser feito com poliimida (PI) e embrulhado em folha fina de cobre. Além disso, as folhas de cobre são laminadas ao adicionar mais de duas camadas flexíveis.

• Fazendo circuitos Flex Core

Após a laminação, o circuito do núcleo flexível é feito com folha de cobre revestida com fotorresistente para evitar a irradiação UV. Um filme não transparente é usado para fazer conexões de PCB na folha. Este filme é curado sob luz UV para proteger os padrões do circuito. 

A última etapa é lavar o fotorresiste não curado e embeber o cobre exposto em solução de NaOH. Ele dissolverá o cobre extra e os circuitos de cobre no núcleo interno se tornarão mais proeminentes.

• Laminação de Circuito

Quando há mais de duas camadas rígidas-flexíveis, camadas alternadas de folha de cobre e PI são laminadas. A laminação é realizada antes da adição de quaisquer circuitos. Além disso, o cobre é usado para eletrolatar o circuito com estanho. 

Qualquer excesso de material é dissolvido em banho de NaOh, deixando apenas vestígios de cobre galvanizado. O próximo passo é fazer furos nas placas com laser. A cobertura é laminada para completar as camadas flexíveis do PCB.

Circuitos de Seção Rígida, Perfuração e Laminação

A seção rígida do PCB é laminada com camadas alternadas de pré-impregnado e folha de cobre. Furos são adicionados à placa junto com circuitos em seções rígidas. Você pode usar um laser para fazer um PCB HDI. 

• Corte o excesso de material

Use um laser para cortar o pré-impregnado extra para que a seção fique exposta.

• Teste o funcionamento do PCB

Alguns testes comuns de PCB incluem verificações de impedância, flexão e desempenho térmico. Esses testes são feitos após a adição de serigrafia e acabamento superficial sobre o PCB. verifique também a qualidade dos furos, conexões e resistência mecânica.

Benefícios dos circuitos rígidos-flexíveis multicamadas

PCBs rígidos e flexíveis multicamadas têm vários benefícios, incluindo: 

• Melhor funcionalidade

Os circuitos multicamadas têm uma densidade de montagem de circuito mais alta, oferecendo funcionalidade aprimorada. Ele aumenta a capacidade e a velocidade do sinal devido às camadas, mesmo em uma PCB de tamanho pequeno. 

• Erros reduzidos na montagem

Como a produção da camada PCB é automatizada com máquinas, há menos espaço para erros humanos. Muitos fios feitos à mão apresentam esses erros e levam à falha de funcionamento. A montagem automatizada garante roteamento e vias perfeitas para conexões.

• Acessível

A fabricação não depende de trabalho manual, reduzindo custos separados de soldagem, embalagem ou roteamento. Além disso, o aumento no volume de produção devido à automação torna os pedidos em grandes quantidades mais baratos.

• Projeto e instalação flexíveis

O design tridimensional multicamadas dá liberdade ao design. Com um design avançado, os PCBs rígidos e flexíveis multicamadas são capazes de funcionar melhor sob cargas pesadas e mudanças químicas e resistir a condições climáticas adversas.

Outro ponto positivo é a instalação flexível, já que os circuitos dobráveis podem ser ajustados em qualquer lugar para obter melhores movimentos e funções eletrônicas. Além disso, a alta densidade desses circuitos permite mais espaço para adicionar vários recursos.

• Dissipação de calor melhorada

PCBs rígidos e flexíveis com designs multicamadas têm melhor fluxo. Como resultado, eles são capazes de dissipar melhor o calor. Além disso, um melhor fluxo de ar garante uma temperatura operacional geral mais baixa. O aumento da relação superfície/volume também aumenta o ciclo de vida do circuito.

• Leve

Circuitos rígidos-flexíveis multicamadas são feitos usando substratos dielétricos finos. Portanto, são mais flexíveis com estruturas robustas. Seu pequeno tamanho facilita a montagem de componentes eletrônicos menores. 

• Durável 

Quanto menos interconexões em circuitos rígido-flexíveis melhoram a durabilidade. Esses circuitos flexionam até 500 milhões de vezes antes de pararem de funcionar. Mesmo que as condições térmicas sejam extremas, eles ainda funcionarão normalmente. 

Aplicações de PCBs Rigid-Flex

Os circuitos rígidos-flexíveis têm desempenho confiável com baixo custo de fabricação. Eles são usados em vários dispositivos de alta tecnologia, como a tecnologia aeroespacial. Os circuitos rígidos-flex também são usados em iluminação simples para torná-los duradouros. 

Suas aplicações industriais incluem dispositivos de radiofrequência ou dispositivos de comunicação militar que exigem sinais de alta qualidade. Eles são ideais para dispositivos de alto impacto sem serem danificados. 

Devido à sua natureza flexível, eles são usados em dispositivos médicos, como equipamentos vestíveis de monitoramento de saúde. Alguns dos equipamentos de alta tecnologia, como máquinas de raios X, monitores cardíacos e dispositivos de tomografia computadorizada, usam PCBs rígidos e flexíveis. 

Outra aplicação significativa é o rastreamento e digitalização de remessas para departamentos de comércio eletrônico. Isso torna o trabalho mais fácil e rápido. 

Conclusão 

PCBs rígidos e flexíveis multicamadas são circuitos digitais versáteis usados em sistemas de radiofrequência, comunicação de alta velocidade e micro-ondas. PCBs rígidos e flexíveis oferecem maior qualidade de sinal ao mesmo tempo em que são leves e compactos. Ao projetar esses circuitos, considere os materiais, o raio de curvatura e o posicionamento interno dos componentes. Faça parceria com um fabricante profissional de PCB para garantir qualidade premium com flexibilidade de design máxima.