Panoramica sui materiali e sullo stackup dei PCB flessibili
Esistono così tante applicazioni dei PCB flessibili che a volte è strano non vederli più spesso. Molti dispositivi che richiedono un certo tipo di movimento meccanico o che hanno una forma del contenitore particolarmente complessa, possono trarre vantaggio da un design a PCB flessibile. Questi sistemi hanno avuto origine nel settore militare-aerospaziale, ma nel tempo hanno trovato applicazione anche nei prodotti di consumo e commerciali.
Quando si progetta un PCB flessibile, il progettista deve selezionare i materiali appropriati per il progetto e comprendere come questi si integrino nello stackup dei layer. Occorre seguire un ordine specifico nella disposizione dei materiali, in modo da fornire le connessioni in rame richieste e i materiali isolanti necessari alla costruzione dello stackup. Tuttavia, come vedremo in questo articolo, l’aggiunta di una sezione rigida e la sua estensione a più layer flessibili crea ulteriori sfide nella progettazione dei PCB flessibili.
Panoramica sui materiali dei PCB flessibili
Prima di esaminare lo stackup tipico di un PCB flessibile, è importante conoscere i materiali standard utilizzati in questi sistemi:
- Materiale di base: la poliimmide/poliammide viene spesso utilizzata come materiale di base nei PCB flessibili. I PCB rigido-flessibili hanno, come layer interno, una regione rigida aggiuntiva che contiene la poliimmide.
- Strato di rame (copper): i produttori preferiscono un foglio di rame ricotto laminato, anziché utilizzare un tradizionale foglio di rame elettrodepositato.
- Film di copertura (coverlay): il rame esposto del PCB flessibile è protetto da un materiale di copertura (chiamato anche “overlay”). Questo materiale svolge lo stesso ruolo del solder mask in un PCB rigido. Anche il film di copertura è in poliimmide.
- Adesivi: questi materiali a base epossidica vengono utilizzati per incollare il materiale di base del PCB flessibile e il coverlay allo strato di rame. Esistono processi che permettono la placcatura direttamente sulla poliimmide senza l’aggiunta di adesivi.
- Rinforzi: queste regioni non flessibili dei PCB rigido-flessibili utilizzano FR4 o poliimmide per fornire rigidità. Esistono due metodi per fissare gli elementi di rinforzo al PCB flessibile: laminazione oppure adesione, utilizzando un adesivo sensibile alla pressione (PSA).
Il materiale di base in poliimmide conferisce al PCB flessibile il suo caratteristico colore arancione, come mostrato nella figura sotto. Si noti che sono disponibili anche dei solder mask per i PCB flessibili, che possono essere utilizzati per fornire una maggiore protezione ambientale. Questi sono formulati specificatamente per l’utilizzo su schede in poliimmide e possono conferire un aspetto davvero unico.
Stackup dei PCB rigido-flessibili
Possono essere utilizzate diverse configurazioni di stackup nella progettazione dei PCB flessibili o PCB rigido-flessibili. La più semplice utilizza una singola regione flessibile con due strati di rame costruiti su un substrato flessibile (poliimmide), come mostrato di seguito. Questa regione flessibile può essere incorporata direttamente nello stackup di un PCB rigido-flessibile oppure può essere utilizzata da sola. In un PCB rigido-flessibile, il film di copertura (coverlay) viene incollato al preimpregnato durante la laminazione in modo che le regioni di rinforzo (FR4) possano essere assemblate sul nastro flessibile.
Lo stackup di un PCB rigido-flessibile è costituito tipicamente da almeno una coppia di layer flessibili tra le sezioni rigide, come mostrato nella figura sopra.
Si noti che le regioni di rinforzo utilizzano un preimpregnato per legarsi alla sezione flessibile. È possibile sovrapporre più strati rigidi su ciascun lato della regione flessibile. Inoltre, il numero di strati FR4 rigidi può essere diverso su ciascuna estremità, poiché questi vengono impilati e laminati individualmente.
Stackup dei PCB flessibili multilayer
Solitamente non vengono utilizzate due coppie di layer nella regione flessibile, quando quest’ultima funge soltanto da connettore integrato. Tuttavia, se parliamo di progetto di un PCB flessibile multilayer, è possibile costruire lo stackup con più di una coppia di layer flessibili.
L’immagine sopra mostra quattro layer della regione flessibile, ma realisticamente è possibile avere un numero dispari di layer flessibili incollando direttamente i substrati e incidendo via uno strato. Le case produttrici di PCB possono aiutare a pianificare lo stackup di PCB flessibili con un numero dispari di layer.
Stackup dei PCB rigido-flessibili di tipo bookbinder
Nello stackup di un PCB rigido-flessibile di tipo bookbinder è possibile avere anche più strati rigidi tra regioni flessibili impilate. In questo stackup, le coppie di layer flessibili sono impilate una sopra l’altra con del preimpregnato che crea uno spazio tra le regioni flessibili. Rendendo leggermente più lunga una delle regioni flessibili, l’intero stackup può essere piegato senza creare uno stress eccessivo sul nastro flessibile esterno.
A causa della vasta gamma di opzioni, per la costruzione dello stackup dei PCB flessibili i progettisti dovrebbero contattare la propria casa produttrice per assicurarsi che lo stackup desiderato possa essere fabbricato in modo affidabile.
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