Desain PCB kaku-fleksibel:Cara Menguasai Lebih Banyak Keterampilan untuk Desain Cepat

Desain PCB kaku-fleksibel, sejauh ini, dianggap sebagai PCB yang kompleks untuk dirancang karena memerlukan penguasaan keterampilan teknis untuk membuatnya. Memang, itu menonjol dari desain papan sirkuit biasa karena kecanggihannya. Tidak dapat disangkal, fitur-fitur PCB kaku-fleksibel telah menyebabkan adopsinya dalam kemajuan teknologi yang lebih modern.

Oleh karena itu, mengetahui dan menguasai proses perancangan sangat penting dalam merancang PCB yang berkualitas. Pada artikel ini, kita akan belajar tentang proses desain disertai dengan panduan. Selain itu, kami akan menyebutkan masalah spesifik yang mungkin terjadi dan tindakan pencegahan yang harus diambil saat itu terjadi.

(ilustrasi warna-warni dari PCB kaku-fleksibel)

1. Apa itu PCB Rigid-flex?

Seperti namanya, papan sirkuit cetak kaku-fleksibel (RFP) adalah papan hibrida yang menggunakan integrasi teknologi papan fleksibel dan kaku dalam aplikasi elektronik. Hampir semua PCB kaku-fleksibel mendesain komponen polimida fleksibel pada pengaku Flame Retardant tipe 4 (FR4) tetap.

Anda akan menemukan bahwa beberapa bagian papan fleksibel sementara yang lain kaku saat diperiksa. Terlebih lagi, Anda dapat dengan mudah menekuk atau melipat sirkuit dan tetap mempertahankan bentuk area yang membutuhkan lebih banyak dukungan.

Latar belakang teknologi tinggi dari PCB kaku-fleksibel）

2. Desain Tipe Tumpukan Lapisan Rigid-Flex

Pabrikan mendesain PCB sebagai tumpukan multilayer untuk menentukan tata letak setiap lapisan secara vertikal, juga dikenal sebagai bidang Z. Tumpukan lapisan memiliki fabrikasi satu unit di papan apa pun.

2.1 Strategi susun lapisan terbaik

Strategi penumpukan lapisan yang sempurna akan memungkinkan Anda untuk mengatur jejak dan bidang tanah untuk memblokir EMI. Selain itu, harus beradaptasi dengan desain kaku-fleksibel dan suhu desain.

tumpukan multilayer diinginkan. Itu karena alasan berikut;

• Dapat bergantian antara sinyal dan pesawat darat.
• Setiap lapisannya memiliki dielektrik atau prepreg di antaranya.
• Ini mempertimbangkan masalah termal.
• Ini mengakomodasi perangkat dengan elemen analog dan digital. Namun, perangkat harus menggunakan lapisan tanah terpisah di tumpukan. Inti dari pemisahan adalah untuk menghindari kopling kebisingan dan mencegah EMI.

2.2 Fitur lapisan tunggal

• Memiliki satu atau dua lapisan penutup luar polimida.
• Memiliki lubang yang dapat diakses di satu atau kedua sisi.
• Lubang komponen tidak memiliki pelat.
• Anda dapat menggunakan komponen, pengaku, pin, dan konektor pada satu jenis lapisan.
• Sangat direkomendasikan dalam aplikasi yang berhubungan dengan flex statis dan dinamis.

2.3 Fitur lapisan ganda

• Desainer membuat pelat melalui lubang sehingga memungkinkan koneksi terjadi di antara dua lapisan.
• Anda dapat menggunakan komponen, pengaku, pin, dan konektor meskipun mungkin tidak ada pengaku.
• Ada dua lapisan konduktor dengan isolator terjepit di antara lapisan. Desainer dapat menutupi lapisan luar atau membiarkan bantalan terbuka.
• Pad yang tidak tertutup atau lubang akses ada di kedua sisi- vias dapat memiliki penutup di kedua sisi.
• Berlaku untuk aplikasi flex stasioner dan aktif.

2.4 Fitur multilayer

• Pertama, PCB multilayer memiliki tiga atau lebih lapisan konduktif fleksibel. Desainer kemudian menempatkan komponen isolasi fleksibel di antara setiap lapisan. Terakhir, mereka dapat memilih untuk menutupi lapisan luar atau mengekspos bantalan.
• Via dapat ditutupi atau diekspos juga.
• Lubang kontak atau bantalan bebas ada di salah satu atau kedua sisi PCB.
• Berbagai bahan dapat digunakan, misalnya, komponen, pengaku, pin, dan konektor.
• Sering ditemukan di aplikasi flex statis.

(close up pada PCB berlapis-lapis)

3. Rentang Aplikasi PCB Rigid-flex

RFP memiliki berbagai aplikasi dalam elektronik dan kadang-kadang dalam sistem kontrol. Tergantung pada produk yang digunakan, Anda akan menemukan aplikasinya di;

• peralatan konsumen
• industri otomotif
• industri dirgantara
• Sistem menara kontrol
• Sistem pengawasan CCTV
• sistem otomasi industri
• panel kontrol

(contoh aplikasi PCB rigid-flex pada motherboard)

4. Pedoman untuk Desain Rigid-flex.

Tanpa pedoman yang tepat dalam merakit/mendesain RFP Anda, produk akhir dapat rentan terhadap tantangan. Oleh karena itu, mengikuti instruksi yang ditetapkan untuk surat itu dapat menghemat banyak uang.

Berikut ini adalah beberapa panduan standar yang dapat Anda ikuti saat mendesain PCB.

• Pertama, siapkan jenis bahan (perekat, konduktor, dll.), metode pembuatan (apakah diperlukan tekanan dan panas) dan jumlah lapisan.
• Kedua, pastikan untuk menempatkan jejak tembaga pada sudut 90° dari tikungan yang kaku dan fleksibel.
• Kemudian, pertimbangkan faktor elektrokimia yang mempengaruhi sirkuit fleksibel dan papan kaku. Mengenai itu, Anda perlu fokus pada rasio radius tikungan dengan ketebalan. Sebagai aturan, radius tikungan harus minimal sepuluh kali ketebalan bahan fleksibel.
• Selain itu, Anda harus meninggalkan jarak 0,5 mm antara anulus tembaga dan vias yang berdekatan. Sambungan yang rapat dapat menyebabkan kelelahan yang sering terjadi setelah sering ditekuk. Sekali lagi, vias harus berada di area yang tidak bergerak di papan, yaitu di tempat yang jarang bergerak.
• Terakhir, periksa kondisi pengoperasian produk. Dengan kata lain, periksa kondisi sekitar, misalnya, perubahan suhu, pendinginan, kelembapan, guncangan, sifat tidak mudah terbakar, dan getaran.

5. Bahan Apa yang Harus Anda Pilih untuk Desain PCB Rigid-flex?

Film Substrat dan Coverlay

Jenis yang lebih disukai adalah anyaman fiberglass diapit dalam resin epoksi . Fiberglass memiliki tingkat elastisitas tertentu. Di sisi lain, epoksi yang diawetkan membuat papan tampak kaku. Menggunakan epoksi membutuhkan keadaan di mana ada lebih sedikit gerakan.

Polimida adalah pengganti epoksi karena fleksibilitasnya yang ditingkatkan. Selain itu, Anda tidak dapat dengan mudah merobek bahan ini atau meregangkannya dengan tangan. Akhirnya, sangat tahan terhadap panas, sehingga menjaga stabilitas selama fluktuasi suhu.

Poliester (PET) sering umum berlaku selama desain. Kelemahan dengan bahan ini adalah kenyataan bahwa ia tidak dapat bertahan lama dalam suhu ekstrim. Dengan demikian, Anda akan menemukan penerapannya dalam produk elektronik murah.

Politetrafluoroetilena (PTFE) dapat bertindak sebagai pengganti PET. Anda sebagian besar akan menggunakannya dalam produk frekuensi tinggi dengan konstanta dielektrik rendah.

Penutup bertindak sebagai isolator dan melindungi permukaan luar dari bahaya dan kerusakan yang tidak diinginkan.

(dekat dengan resin epoksi)

Konduktor

Pilihannya bervariasi dari film karbon dan tinta berbasis perak, tetapi yang paling disukai adalah tembaga. Pilihan tembaga pasti akan sesuai dengan aplikasinya. Misalnya, foil tembaga yang dilaminasi (Electro-Deposited ) cocok untuk bagian sirkuit fleksibel yang sederhana atau tembaga kelas berat yang cocok untuk menjaga konduktor pembawa arus tinggi.

Konduktor lain di pasaran adalah Rolled Annealed (RA) foil . Ini memiliki biaya lebih tinggi daripada tembaga standar, tetapi kualitas peregangan dan pegasnya luar biasa.

Perekat

Perekat adalah untuk fleksibilitas. Fungsinya adalah untuk mengikat foil tembaga ke polimida atau film lain karena panas dan tekanan saja tidak dapat membentuk sambungan yang dapat diandalkan. Bahan yang digunakan termasuk perekat berbasis akrilik atau epoksi dengan ketebalan sekitar 0,5-1 mil.

Anda juga dapat menggunakan silikon dan lem panas meleleh dalam antarmuka yang fleksibel dan kaku.

(penggunaan silikon)

6. Perangkat lunak untuk Desain PCB kaku-fleksibel

Anda dapat menggunakan perangkat lunak dalam desain PCB untuk menghidupkan dan mendefinisikan PCB Anda secara berbeda. Berikut adalah dua cara yang diketahui untuk memulai proses:

Alat ECAD/MCAD terintegrasi

ECAD/MCAD memungkinkan kolaborasi dua arah antara domain listrik dan mekanik. Alat ini memvalidasi desain secara visual dengan 3D fotorealistik untuk mengurangi iterasi. Mereka menyederhanakan proses perancangan dengan memeriksa hal-hal berikut.

Desainer Altium

PCB desainer Altium adalah pengaturan desain berlapis yang mendukung sekitar 32 lapisan sinyal dan 16 lapisan bidang. Tidak dapat disangkal, Altium Designer yang canggih adalah satu-satunya perangkat lunak desain PCB dengan kemampuan untuk memberi Anda alat yang diperlukan untuk perakitan PCB kaku-fleksibel dalam satu platform.

Atau, Altium Designer terdiri dari mesin rendering 3D yang kuat yang menghadirkan representasi 3 dimensi yang realistis dari papan sirkuit. Mesin mendukung papan sirkuit kaku-fleksibel, dan dapat memeriksa papan dalam keadaan datar.

7. Tindakan pencegahan untuk Desain PCB kaku-fleksibel

Kegagalan untuk mengikuti pedoman dapat mengakibatkan akibat yang fatal. Terlebih lagi, ini dapat menyebabkan pemborosan bahan, waktu, dan uang jika Anda melewatkan satu langkah dalam prosedur.

Ada beberapa tindakan pencegahan umum yang perlu Anda ingat sebelum proses perancangan, termasuk;

• Hindari menekuk di sudut-sudutnya. Jika Anda melakukannya, pastikan sudutnya melengkung, tidak tajam.
• Anda tidak boleh menempatkan komponen atau vias dekat dengan garis tikungan. Garis lengkung mempengaruhi perutean dengan menyebabkan tegangan material.
• Gunakan poligon palka untuk menjaga fleksibilitas saat membawa power atau ground plane pada sirkuit fleksibel.
• Ubah lebar jejak secara bertahap. Perubahan mendadak pada lebar jejak dapat menyebabkan titik lemah.
• Jaga lapisan fleksibel minimal dua untuk fleksibilitas maksimum dan biaya rendah.
• Gunakan papan sirkuit tercetak dengan ketebalan paling rendah dan jenis material yang lebih sedikit. RFP yang tebal mempengaruhi miniaturisasi produk perakitan dan akibatnya membuat proses manufaktur menjadi tidak nyaman.
• Penataan kabel menunjukkan persyaratan ketahanan lipat untuk meningkatkan ketahanan goncangan.

8. Masalah Desain PCB Rigid-flex yang Sering Dihadapi.

• Jari-jari dan posisi lentur PCB fleksibel

Ketika papan membungkuk dalam waktu yang lama, beberapa bagian sirkuit fleksibel akan memiliki tekanan ekstra lebih dari rekan-rekan mereka. Jari-jari yang kurang bulat juga berkontribusi terhadap stres fisik.

• Mungkin ada masalah yang melibatkan persyaratan mekanis untuk PCB kaku-fleksibel. Hal ini berkaitan dengan ketebalan papan sirkuit (papan tebal tidak efisien), bentuk lentur, frekuensi lentur, dan rasio diameter lubang bor terhadap ketebalan papan.
• Jika Anda tidak menempatkan ruang antara bantalan dan jejak tembaga dengan benar, mungkin ada celana pendek. Makanya, jarak harus bisa menampung masker.
• Jejak bertumpuk yang ditemukan di tempat yang sama di sisi berlawanan dari dielektrik mengalami tekanan karena posisinya, yang secara tragis menyebabkan mereka patah. Tampaknya menjadi potongan kalimat. Pertimbangkan untuk menulis ulang sebagai kalimat lengkap.
• Desainer dapat menyebabkan jejak kerusakan yang mendasarinya jika mereka menerapkan terlalu banyak film penutup pada PCB.

Ringkasan：

Secara keseluruhan, mengambil tindakan pencegahan menghadirkan persentase efektivitas yang lebih tinggi dalam desain PCB. Tindakan tersebut patut dipuji karena menghemat biaya, memperpanjang masa pakai dewan, dan dalam aspek keseluruhan, mempertahankan kualitas rencana.

Kami harap Anda memperoleh pengetahuan dasar kaku-fleksibel dari artikel ini. Jika ada pertanyaan, masalah, atau komentar, silakan hubungi kami. Memang, kami akan dengan senang hati menerima Anda dalam sesi pembelajaran bertahap kami.