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Rigid-Flex PCB: Flexible Leiterplatten

Vorteile von Rigid-Flex-Leiterplatten, Herausforderungen und Kriterien für die Auswahl des richtigen Software-Tools

Was ist eine Rigid-Flex PCB

Rigid-Flex PCBs sind Leiterplatten, die gleichzeitig flexibel (flex) oder sowohl flexibel als auch starr (rigid) sind. Sie bestehen aus einer Kombination von starren und flexiblen Boards, ohne dass physische Anschlüsse erforderlich sind. Das Design besteht aus mehreren Schichten flexibler Schaltungssubstrate, die intern und/oder extern mit einer oder mehreren starren Leiterplatten verbunden sind. Durch die Kombination der Vorteile beider Technologien und den Wegfall der physischen Anschlüsse haben Designer mehr Optionen bei der Arbeit mit dichten Designs, die einem bestimmten Formfaktor entsprechen müssen.

PCB rigid-flex: los mejores programas de diseño

Vorteile einer Rigid-Flex PCB

Die Rigid Flex PCB-Technologie hat einige offensichtliche und einige weniger offensichtliche Vorteile.

Zu den offensichtlichen Vorteilen gehören:

  • Mehr Optionen bei der Arbeit mit dichten Designs, die einem bestimmten Formfaktor entsprechen müssen
  • Kostenreduzierung und höhere Zuverlässigkeit durch den Wegfall der physischen Anschlüsse, die beim traditionellen "Design-separately-then-assemble"-Ansatz verwendet werden
  • Verringerung des Platzbedarfs, da die Teile dreidimensional platziert und die Leiterbahnen dreidimensional verlegt werden können

Zu den weniger offensichtlichen Vorteilen gehören:

  • Verbesserung der Signalintegrität durch die Beseitigung von Querschnittsveränderungen an den Leitern, wenn die physischen Anschlüsse und ihre zugehörigen Lötverbindungen entfernt werden
  • Verbesserung der elektromechanischen Funktionalität. Dazu gehören dynamisches Biegen, Vibrations- und Schocktoleranz, Hitzebeständigkeit und Gewichtsreduzierung. Tatsache ist, dass Rigid Flex Designs die mechanische Stabilität bieten, die für die meisten Anwendungen erforderlich ist

Die aktuelle Generation von Rigid-Flex Designs eignet sich hervorragend für viele der modernen Produkte, insbesondere im Bereich der Unterhaltungselektronik. Rigid-Flex ist eine Technologie, die es Produktentwicklungsteams ermöglicht, kosteneffizient mehr Funktionalität auf kleinerem Raum unterzubringen.

Sie finden Rigid-Flex Designs in Mobiltelefonen, Fernsehern, Digitalkameras und Laptops, aber auch in tragbaren Geräten, die die Vorteile der Rigid-Flex Technologie nutzen. Wann immer ein Produkt kompakt und/oder leicht und/oder flexibel sein muss, wird höchstwahrscheinlich die Rigid-Flex Technologie eingesetzt.

Diseño de PCB rigid-flex

Herausforderungen bei Rigid-Flex PCB

Rigid Flex-Designsoftware muss es den Ingenieuren ermöglichen, die für diese Technologie typischen Designherausforderungen zu meistern. Eine dieser Herausforderungen ist das Management der Stackups für die Leiterplatte.

Stackup-Management

Einige ECAD-Tools unterstützen keine Mehrfachstapelungen innerhalb eines einzigen Entwurfs, so dass ein "Master-Stapel" erstellt werden muss, der alle Anforderungen für alle Leiterplatten erfüllt. Anschließend müssen die tatsächlichen Stackup-Anforderungen manuell an den Hersteller übermittelt werden, in der Regel als Notizen in der Herstellungs-Zeichnung. Dies ist selbstverständlich ineffizient und potenziell verwirrend, sowohl während des Designs als auch während der Fertigung. Ein Flex PCB Design Software-Tool, das regionsspezifische Stackups (nicht optimal) oder platinenspezifische Stackups (bevorzugt) unterstützt, vereinfacht diese komplexe Tätigkeit.

Board-Outline-Management

Die zahlreichen Leiterplatten in einem Rigid-Flex-Design müssen während des gesamten Designprozesses richtig konfiguriert und verwaltet werden. Rigid-Flex-Designs sind in der Tat elektromechanische Projekte, die eine Zusammenarbeit zwischen den Bereichen Elektrik und Mechanik erfordern. Die Möglichkeit, die mehrfachen und potenziell komplexen Platinenumrisse aus mechanischen CAD-Daten durch den Import von DXF-Daten oder Dienstprogrammen, die eine mechanische Integration ermöglichen, zu importieren und automatisch zu erstellen, spart Zeit und reduziert das Fehlerpotenzial.

Signal- und Power-Integrity-Analyse

Signal- und Power-Integrity-Analysen können auch bei Rigid-Flex-Designs eine Herausforderung darstellen. Die meisten Tools gehen von einer einzigen Leiterplatte mit einheitlichem Stackup aus. Wie bereits erwähnt, variieren die Stacks für die starren und flexiblen Leiterplatten in fast jedem Design. Daher müssen die Analyse-Tools flex-spezifische Lagen und lokale Stapel erkennen, um korrekte Analyseergebnisse zu gewährleisten.

Bend-Area-Management

Alle Rigid-Flex-Designs enthalten einen oder mehrere biegsame Bereiche. Diese biegsamen Bereiche sind entscheidend für die Form, Passform und Funktion des Endprodukts. Das Flex PCB Design Software Tool, das während des Rigid-Flex-Designs verwendet wird, muss in der Lage sein, kritische Biegebereiche zu verwalten, wie zum Beispiel:

  • die Lage der Biegung
  • wie die Biegung geformt wird, einschließlich Radius, Winkel und Ursprung
  • die biegungsspezifischen Regeln für Platzierung, Routing, Vias und Ebenen

Design, Visualisierung und Überprüfung

Die letzte Herausforderung ist die Fähigkeit, das Rigid-Flex-System richtig zu entwerfen, zu visualisieren und zu überprüfen. Die Möglichkeit, die Biegeparameter zu definieren, das Design in 3D zu bearbeiten, das Design im Kontext des Gehäuses in 3D zu betrachten und 3D Rigid-Flex Design Rule Checks (DRC) durchzuführen, kann nicht hoch genug eingeschätzt werden. Die 3D-Entwicklung, -Visualisierung und -Prüfung stellt sicher, dass das Entwicklungsteam alle offenen Bereiche in allen drei Dimensionen ausnutzt und gleichzeitig potenzielle Probleme identifiziert.

Diseño de PCB rigid-flex

Rigid-Flex-PCB Design for Manufacturing (DFM)

Da die flexiblen Schaltungen dünn sind, sind sie empfindlicher und anfälliger für versehentliche Beschädigungen während der Herstellung. Dies wirkt sich negativ auf den Ertrag aus und erhöht die Kosten pro Stück. Concurrent DFM ist bei flexiblen Schaltungen noch wichtiger als bei starren Leiterplatten.

Flexible Schaltungen werden in der Regel aus einer Kombination von Materialtypen und Methoden hergestellt. Diese verschiedenen Materialien stellen eine Herausforderung für die Herstellung dar. Wenn sie mit den typischen FR4-Leiterplattenmaterialien kombiniert werden, erhöht sich die Komplexität. Die größte Herausforderung stellen die unterschiedlichen Wärmeausdehnungseigenschaften der verschiedenen Materialien dar. Diese Eigenschaften müssen bei DFM-Überprüfungen berücksichtigt werden.

Designs, die sowohl starre als auch flexible Schaltungen aufweisen, enthalten alle Elemente der Schaltungskonstruktion; separate starre Schaltungen werden durch flexible Schaltungen zu einer einzigen Baugruppe verbunden, wodurch die Möglichkeit von Fehlern beim Mating und beim Signal-Routing ausgeschlossen wird. Rigid-Flex kann zwar teurer sein, ist aber in Wirklichkeit kostengünstiger und erhöht dank der geringeren Anzahl von Berührungsschritten während der Montage den Ertrag.

Probleme im Schnittstellenbereich, die dank Design for Manufacturing gefunden wurden: <br>Änderungen der Leiterbahnbreite, Nähe der Leiterbahnen und Änderungen des Leiterbahnwinkels.
Probleme im Schnittstellenbereich, die dank Design for Manufacturing gefunden wurden:
Änderungen der Leiterbahnbreite, Nähe der Leiterbahnen und Änderungen des Leiterbahnwinkels.

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Ivano Tognetti

Ivano
Tognetti

Product Manager

Ivano, seit den 80er Jahren an der Spitze
der Elektronik, ist Produktmanager für den Bereich
EDA (Electronic Design
Automation). Durch die Leitung von Projekten in
zahlreichen europäischen Ländern verfügt er über
einen sehr umfassenden Überblick über den Markt und seine
Herausforderungen




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