Une compréhensionGuide du Rigid-FPCB lex

La miniaturisation des appareils électroniques progresse rapidement. L'intégrité du signal, le coût des systèmes et la fiabilité constituent des défis majeurs pour les ingénieurs. Pour répondre aux exigences croissantes de miniaturisation des appareils électroniques, les circuits imprimés flexo-rigides gagnent en popularité. 

Comme leur nom l'indique, les circuits imprimés flexibles offrent flexibilité et souplesse aux cartes électroniques. Les termes « rigide » et « flexible » impliquent que le circuit imprimé présente des zones rigides et flexibles, ce qui le rend adapté à un large éventail d'applications, notamment dans les secteurs aérospatial et militaire. L'utilisation de circuits imprimés flexibles élimine les connexions filaires traditionnelles. La flexibilité et la souplesse des circuits imprimés sont principalement obtenues grâce à l'utilisation de polyimide, matériau utilisé uniquement dans les circuits imprimés rigides, plutôt que de FR4. Cette flexibilité permet à ces circuits imprimés de s'adapter à des formes et des espaces complexes, ce qui les rend idéaux pour les applications militaires, aérospatiales, l'électronique portable, les appareils photo et les smartphones. 

Cet article vous aidera à comprendre le processus de fabrication des circuits imprimés flexo-rigides, leur conception et les aspects financiers. Que vous soyez expert ou débutant, ce guide vous permettra de démarrer rapidement avec votre circuit imprimé flexo-rigide.

Qu'est-ce qu'un PCB rigide-flexible ?

Les circuits imprimés flexo-rigides combinent les avantages des circuits imprimés rigides et flexibles, tout en offrant une grande aptitude à la flexion et une résistance à la traction élevée. Ils constituent donc un choix populaire pour des applications telles que les dispositifs médicaux, les applications militaires, l'aérospatiale, les appareils photo et les smartphones. Leur flexibilité permet à l'utilisateur de les intégrer avec précision et exactitude dans des boîtiers aux géométries complexes. 

Le polyimide est principalement utilisé pour obtenir une certaine flexibilité. pLes propriétés du matériau olyimide offrent une plus grande flexibilité que le matériau FR4 standard, utilisé dans les circuits imprimés rigides traditionnels. La constante diélectrique, ou simplement Dk La valeur du matériau polyimide est comprise entre 3.0 et 3.5, ce qui est mieux par rapport au matériau FR4, qui a 3.5 et des cadeaux tels que des 4.0. Les matériaux polyimides couramment utilisés pour les circuits imprimés rigides-flexibles sont le Nelco et le Rogers. Pour les circuits imprimés uniquement flexibles, le Kapton est généralement privilégié.  

Les circuits imprimés rigides-flexibles sont généralement classés en circuits imprimés rigides-flexibles simple face, circuits imprimés rigides-flexibles double face et circuits imprimés rigides-flexibles multicouches.

  

1. PCB rigide-flexible simple face : Le circuit imprimé simple face rigide-flexible est le plus courant. Ces cartes sont constituées d'une seule couche conductrice sur un substrat flexible. Des trous sont percés dans le substrat pour permettre le passage des composants lors du soudage. Un revêtement en polyimide est généralement utilisé pour protéger le circuit imprimé des environnements difficiles.

2. PCB rigide-flexible double face : Ces circuits imprimés rigides-flexibles sont constitués de deux couches conductrices. Des trous métallisés sont percés pour assurer la connexion électrique entre les couches.

3. PCB rigide-flexible multicouche : Contrairement aux circuits imprimés flexo-rigides double face, les circuits imprimés flexo-rigides multicouches sont constitués de plus de deux couches conductrices. Les trous métallisés (PTH) sont percés pour réaliser les connexions électriques entre les multicouches. Ces circuits imprimés sont de conception complexe par rapport aux autres circuits imprimés flexo-rigides, mais ils constituent une solution efficace pour les problèmes de diaphonie, de densité de composants élevée et d'impédance.  

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Avantages des circuits imprimés rigides-flexibles

 

Les circuits imprimés flexo-rigides présentent de nombreux avantages par rapport aux circuits imprimés rigides traditionnels. Ces cartes sont conçues pour s'adapter à des géométries complexes et offrir un haut degré de fiabilité.

  

1. Les panneaux rigides-flexibles sont souvent utilisés dans les applications militaires oùy doivent résister à des conditions environnementales difficiles. Le matériau polyimide utilisé dans les cartes flexo-rigides recouvre les conducteurs et protège le circuit imprimé des conditions environnementales difficiles.

2. L'espace devient un facteur crucial dans des applications comme l'aérospatiale et la défense, où compacité et légèreté sont essentielles. Les circuits imprimés rigides-flexibles» leur capacité à s'adapter à n'importe quelle forme leur permet de gagner de la place et de les rendre légers.

3. Dans les applications de défense, les circuits imprimés sont plus sensibles aux chocs vibratoires importants, comme dans les avions. Leur capacité à se plier et à fléchir leur permet d'absorber les chocs vibratoires importants.

4. Contrairement aux circuits imprimés rigides traditionnels, les circuits imprimés rigides-flexibles peuvent être réinstallés sans être endommagés. En général, un circuit imprimé rigide-flexible statique peut supporter des cycles de pliage ou être plié 100 fois.

5. Les circuits imprimés rigides-flexibles offrent aux concepteurs une liberté créative pour créer des formes 3D et des formes très variées. Ces formes variées et complexes sont souvent utilisées dans des applications telles que les équipements de fitness et les dispositifs portables de surveillance de la santé. 

6. La capacité des circuits imprimés flexo-rigides à se plier sans se rompre leur permet d'absorber les chocs mécaniques et vibratoires. Cela les rend plus fiables et plus durables que les circuits imprimés rigides traditionnels.

Applications de circuits imprimés flexibles rigides

L'électronique moderne exige des appareils compacts et intelligents, intégrant les circuits imprimés flexo-rigides. Initialement utilisés par l'industrie militaire pour fabriquer des produits fiables et légers, ces circuits imprimés sont aujourd'hui largement utilisés dans presque tous les secteurs.

  

1. Équipement médical: Les circuits imprimés rigides-flexibles sont utilisés dans les dispositifs médicaux exigeant compacité et ingéniosité, tels que les capteurs flexibles et les dispositifs de surveillance portables. Les dispositifs cardiaques, comme les stimulateurs cardiaques, deviennent de plus en plus sophistiqués et intelligents. Ces dispositifs intègrent un circuit flexible pour une compacité optimale, sont légers et fiables.    

2. Électronique grand public : Les circuits imprimés rigides-flexibles sont de plus en plus utilisés dans l'électronique grand public en raison de leur capacité à s'intégrer dans des espaces complexes tels que les ordinateurs, les ordinateurs portables, les smartphones et les appareils photo.

3. Industrie aérospaciale: L'industrie aérospatiale exige des dispositifs robustes, compacts et légers, capables de résister aux conditions environnementales difficiles. Les circuits imprimés rigides-flexibles répondent à ces besoins et sont largement utilisés dans de nombreuses applications aérospatiales, telles que les avions, les drones, l'avionique et les dispositifs de missions spatiales. Le rover martien de la NASA a égalementsession les circuits imprimés rigides-flexibles, qui se trouvent à environ 140 millions de kilomètres de la Terre.

4. Applications militaires : Les circuits imprimés rigides-flexibles sont utilisés dans les applications militaires où l'espace, le poids, la fiabilité du système et les performances sont des paramètres critiques, tels que les missiles, les avions de chasse, les radios militaires et les charges utiles de surveillance.

5. Industrie automobile : Les progrès de l'industrie automobile se multiplient rapidement, notamment l'invention des voitures à conduite automatique. Ces véhicules de pointe utilisent des circuits imprimés rigides-flexibles pour leurs panneaux de commande et leurs systèmes de câblage interne.   

6. Robotique: L'essor de l'IA et le développement de robots autonomes et auto-décisionnels exigent des circuits imprimés plus fiables. Les circuits imprimés rigides-flexibles sont reconnus pour leur intégration dans des espaces complexes et sont de plus en plus utilisés en robotique.

Considérations de conception pour les circuits imprimés rigides-flexibles

Lors de la conception des circuits imprimés rigides-flexibles, il est important de prendre soigneusement en compte certains paramètres de conception tels que le rayon de courbure, l'épaisseur du matériau et les contraintes mécaniques, etc.

1. Calculer le rayon de courbure : Il est important de calculer le rayon de courbure de votre circuit imprimé flexo-rigide afin de garantir sa flexibilité sans dommage. Le rayon de courbure mesure la capacité de courbure d'une zone flexible d'un circuit imprimé. Un calcul correct du rayon de courbure de votre circuit imprimé flexo-rigide garantit sa résistance au nombre de courbures requis.

Nombre de couches	Rayon de courbure
1 ou un seul côté	Épaisseur en mm x 6
2 ou recto verso	Épaisseur en mm x 12
Carte 3 ou multicouches	Épaisseur en mm x 24

2. Nombre de fois de flexibilité : Avant de commencer la conception du PCB, déterminez le nombre de flexions qu'il subira. Cela vous permettra de déterminer si vous concevrez un PCB rigide-flexible statique ou dynamique.

3. Il est recommandé de choisir un matériau polyimide pour la partie flexible du PCB et FR4 pour la partie rigide.

4. Il est recommandé que les trous métallisés (PTH) soient toujours à au moins 0.5 mm de la zone de pliage.

5. Évitez toujours les flexions à 90°. Une flexion perpendiculaire peut provoquer la rupture de la planche.

6. N'utilisez pas de trous traversants métallisés sur la partie flexible ou à proximité de la zone de pliage de la section flexible.

7. Les circuits imprimés rigides-flexibles sont plus sensibles à la chaleur, ce qui peut les endommager. Une gestion thermique adéquate est donc essentielle pour éviter toute surchauffe.

8. L'empilement des circuits imprimés joue un rôle important dans la précision du circuit imprimé. Les circuits imprimés rigides-flexibles multicouches comportent plus de deux couches conductrices. Un alignement correct des couches conductrices garantit l'intégrité du signal et améliore les performances globales.

9. Un alignement correct des conducteurs et une adhérence entre les couches sont essentiels pour maintenir l'intégrité et les performances du circuit tout en conservant une flexibilité maximale.

10. Lors de la conception de circuits imprimés rigides-flexibles, respectez toujours la norme IPC 6013 des circuits imprimés rigides-flexibles.

Procédé de fabrication de circuits imprimés rigides-flexibles

Contrairement à la fabrication de circuits imprimés rigides, les circuits imprimés rigides-flexibles sont complexes et nécessitent une attention particulière pour éviter les erreurs et obtenir une flexibilité optimale. Les étapes clés de la fabrication de circuits imprimés rigides-flexibles sont les suivantes :

   

1. Conception schématique : Dans un premier temps, l'ingénieur concepteur de PCB conçoit le schéma du circuit imprimé rigide-flexible. Il spécifie tous les composants rigides et flexibles du schéma conformément à la norme IPC 6013.

2. Sélection du matériau: À cette étape, les matériaux des pièces rigides et flexibles sont sélectionnés. Généralement, le polyimide ou le Kapton est utilisé pour la partie flexible, et le matériau FR4 pour la partie rigide.

3. Processus de stratification : Les parties rigides et flexibles du PCB sont laminées sous des températures extrêmes de sorte que le PCB réalise une liaison mécanique solide.

4. Perçage et placage : Des trous métallisés sont percés pour créer les connexions électriques entre les couches conductrices de la carte rigide-flexible.

5. Placement des composants : Les composants sont placés sur les pastilles. La pâte à braser est appliquée et une soudure par refusion est réalisée pour fixer les composants à la carte.

6. Test final et inspection : Enfin, à l’aide de différentes machines d’inspection, des tests sont effectués pour identifier d’éventuelles erreurs ou défauts.

Considérations de coût pour les circuits imprimés rigides-flexibles

Les circuits imprimés flexo-rigides sont onéreux, c'est indéniable. Leur coût initial est plus élevé en raison de l'utilisation de matériaux spécialisés, d'un procédé de fabrication unique et de considérations de conception supplémentaires.

1. Efficacité de l'assemblage rigide-flexible : Le coût initial de ces circuits imprimés peut être plus élevé, mais ils réduisent le nombre de connecteurs et de câbles, ce qui simplifie le processus d'assemblage. Cela améliore l'efficacité globale du processus, réduisant ainsi les coûts de main-d'œuvre et les erreurs.

2. Économies de coûts: Le coût initial des circuits imprimés rigides-flexibles est plus élevé, mais le coût à long terme diminue en raison de la fiabilité.

3. Production à volume élevé et coût : Une façon de réduire le coût initial des panneaux rigides-flexibles est d'augmenter le volume de production. Lorsque la production augmente, le coût unitaire de fabrication diminue.

4. Développement et coût du prototype : Le développement est un processus itératif. Lors de la phase de prototypage, les modifications de conception peuvent impacter le budget global du produit. Il est important de prendre en compte ces facteurs dès la phase de planification afin de garantir un développement rentable du produit. 

En quoi les PCB rigides-flexibles diffèrent-ils des PCB rigides traditionnels ?

Le circuit imprimé flexo-rigide est une carte capable de se plier et de se courber. Sa flexibilité le rend idéal pour les applications où la taille, l'espace et la forme sont essentiels. Comme son nom l'indique, le circuit imprimé flexo-rigide est composé de parties rigides et flexibles. La partie rigide est fabriquée en matériau FR4, tandis que la partie flexible est en polyimide ou en Kapton pour une flexibilité accrue. La constante diélectrique du polyimide est bien supérieure à celle du FR4, ce qui le rend idéal pour la partie flexible du circuit imprimé. Selon le degré de flexibilité et l'utilisation qui en est faite, les circuits imprimés flexo-rigides sont classés en cartes flexo-rigides simple face, double face et multicouches. Ces cartes sont principalement utilisées pour les interconnexions haute densité, les applications militaires et l'électronique portable.

En revanche, les circuits imprimés rigides traditionnels ne comportent aucune partie flexible. Ils sont principalement fabriqués en matériau FR4. Contrairement aux circuits imprimés rigides-flexibles, les circuits imprimés rigides ne peuvent pas absorber les vibrations importantes et peuvent être facilement endommagés. Leur rigidité les rend inadaptés aux géométries complexes.

Présentation du Flex et du Rigid-Flex

Les circuits imprimés flexibles et flex-rigides sont deux types de circuits imprimés utilisés à des fins spécifiques. Les circuits imprimés flexibles peuvent être pliés et pliés sans être endommagés. Ils sont utilisés lorsque la légèreté, la compacité et un nombre réduit de connecteurs sont requis. Les circuits imprimés flexibles utilisent généralement du polyimide ou du Kapton pour leur flexibilité. Leur valeur DK améliorée leur confère flexibilité et aptitude à la flexion. Selon leur degré de flexibilité et d'aptitude à la flexion, les circuits imprimés flexibles sont classés en deux types.

1. PCB statiques flexibles : Un circuit imprimé flexible est conçu pour ne supporter que moins de 100 flexions au cours de sa durée de vie. Ce type de circuit imprimé flexible est appelé circuit imprimé flexible statique. Les circuits imprimés flexibles statiques sont généralement pliés uniquement pendant l'assemblage. Ils ne sont pas conçus pour fléchir après l'assemblage. Une fois le circuit imprimé installé dans le produit final, il reste statique.

2. PCB flexibles dynamiques : Un circuit imprimé flexible conçu pour être plié régulièrement est appelé circuit imprimé flexible dynamique. Ces circuits imprimés peuvent supporter des milliers de cycles de flexion.

   

En revanche, les circuits imprimés flexo-rigides combinent les avantages des circuits imprimés rigides et flexibles. Dans les circuits imprimés flexo-rigides, une partie du circuit imprimé est rigide et contient tous les composants, tandis que l'autre partie est flexible et assure l'interconnexion entre les deux zones rigides. Selon le type d'application, un ou plusieurs circuits flexibles sont fixés sur les circuits imprimés rigides. Les circuits imprimés flexo-rigides offrent de nombreux avantages, notamment la flexibilité, la maniabilité, la robustesse, la résistance aux vibrations et le gain de place, ce qui les rend idéaux pour des applications telles que les dispositifs médicaux, la défense, les objets connectés et l'électronique grand public.  

Différence entre FFC et FPC

Le câble plat flexible (FFC) est un câble simple, doté de fils à ses deux extrémités, sans circuit supplémentaire. Il est principalement utilisé pour l'interconnexion entre modules. Le circuit imprimé flexible (FPC), quant à lui, est un câble doté de fils à ses deux extrémités et de circuits supplémentaires. Il est plus complexe que le FFC. Les FFC et les FPC sont tous deux conçus pour des applications spécifiques.

   

PCBasic : un fournisseur chinois de circuits imprimés rigides et flexibles

  

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