Conception PCB Flex rigide: comment concevoir des circuits imprimés flexibles avec PADS Professional

La conception de circuits imprimés souples et flexibles, est une activité de plus en plus importante pour obtenir des produits électroniques compétitifs, grâce aux possibilités offertes par cette technologie extrêmement polyvalente. Dans cet article, nous verrons comment concevoir des circuits flexibles rigides avec PADS Professional, la solution la plus complète pour la conception de circuits imprimés, qui, depuis la version 2.3, permet également de concevoir des circuits imprimés souples et flexibles.

 

Pourquoi la technologie flexible rigide

La première et peut-être la raison la plus importante est la réduction des coûts. Cela se produit, par exemple car une plus grande intégration avec le câblage intégré est réalisée, car il n'y a pas d'opérations d'assemblage qui nécessitent la connexion des câbles via des connecteurs. De plus, le test de l'équipement peut être appliqué en une seule phase. La réduction des coûts est alors implicite dans les produits avec de grands nombres de production, tels que ceux pour le marché de consommation, en raison du fait que le rigide flexible vous permet d'optimiser les caractéristiques de l'objet électronique.

Un autre avantage est la fiabilité, car il y a une grande tolérance aux vibrations et aux chocs, ainsi que l'élimination des erreurs humaines lors du montage de l'équipement. Mais surtout, il y a une amélioration dans la transmission des signaux, grâce à l'élimination des changements de section sur les conducteurs, typiques par exemple dans l'utilisation de connecteurs flexibles appliqués sur la carte.

Cette technologie permet une réduction significative de l'espace nécessaire, car les composants supplémentaires tels que les connecteurs et les câbles sont éliminés, entraînant également une réduction globale de la taille et du poids.

Exemples d'application de PCB rigide

Ci-dessous, nous pouvons voir quelques exemples d'aplication de la technologie flexible rigide, allant de l'équipement de haute technologie pour les militaires aux produits de consommation dans lesquels un emballage solide est nécessaire, en raison de la miniaturisation poussée. Cela peut être trouvé dans des objets tels qu'un bracelet ou une caméra.

À la maison, j'ai une voiture avec un écran cassé. Je l'ai emmenée pour réparer, mais ils ont réagi en riant, me disant que cela coûterait beaucoup moins cher de l'acheter neuf. Alors j'en ai profité pour l'ouvrir, mais la voiture a explosé en mille morceaux et il était impossible de la remonter. Ceci pour comprendre le niveau de compression et de réduction de l'espace qui peut être obtenu avec ce type de technologie.

 

Qu'est-ce qu'un projet de PCB rigide flexible

Il existe plusieurs applications flexibles rigides, qui se caractérisent par différents niveaux de complexité et diffèrent selon les types de connexion, le positionnement des composants - qui peuvent parfois aussi être installés dans la partie flexible - et surtout partager des interconnexions.

Commençons par la situation la plus simple, la conception d'un câble flexible pour un seul circuit imprimé. En fait, il s'agit d'un empilage uniforme - bien sûr dans la zone flexible - qui définit la manière dont les signaux sont transférés entre les deux connecteurs à travers un substrat flexible. Cela permet d'éliminer l'utilisation de connecteurs pour connecter les deux côtés ensemble et simplement utiliser un "flat" pour câbler les deux appareils.

En ce qui concerne le circuit rigide souple, il s'agit toujours d'un circuit imprimé unique, constitué d'un mélange de cartes rigides et de substrats souples, qui présentent cependant la particularité d'avoir des empilages différents, même s'ils sont interconnectés. Cela signifie que je pourrais avoir, par exemple, trois cartes distinctes, avec une structure de couche différente, qui sont ensuite interconnectées via une connexion « flat », qui à son tour peut avoir un certain nombre de couches différentes. Généralement, ce type de technologie est produit par un seul panneau.

Le flexible rigide avancé est toujours un projet PCB unique, composé d'un mélange de cartes rigides et de substrats flexibles avec des empilages différents, interconnectés. Ce type a des composants positionnés sur le substrat flexible. Il est également produit généralement sur un seul panneau. Le problème de l'assemblage est surtout lié au positionnement des composants sur la couche flexible.

On arrive ensuite au système rigide ou flexible, le plus complexe et caractérisé par un schéma d'interconnexion commun, qui se subdivise en plusieurs PCB. Ce qui signifie qu'il n'y a pas nécessairement un seul PCB qui se réfère à un seul schéma, mais vous pouvez avoir 3, 4 ou 5 projets qui s'interconnectent avec les parties flexibles. Un projet de ce type peut être réalisé par différents panneaux ou dans un seul panneau, qui n'est pas découpé pour être directement prêt à l'assemblage.

 

Les inconvénients d'une conception flexible rigide:

Même les technologies avancées telles que les flex rigides ont évidemment leurs inconvénients. Tout d'abord il y a des problèmes de projet:

• une augmentation de la complexité de la gestion du système;
• un plus grand besoin de fiabilité et d'optimisation de la qualité, puisque chaque projet combine des cartes qui peuvent avoir des caractéristiques différentes;
• une gestion plus complexe de la propriété intellectuelle du système complet;
• la demande d'une collaboration efficace entre les différentes équipes impliquées dans le projet et en particulier avec la partie conception mécanique.
  

Mais nous devons également faire face à des problèmes de production:

• les coûts de traitement les plus élevés;
• le matériel le plus cher
• une plus grande sensibilité aux rayures, en particulier pour les pièces flexibles.

 

La terminologie du flex-rigide

Bien que les technologies de base soient les mêmes que les PCB normaux, il existe certaines spécificités du rigide. Il y a en particulier trois définitions spécifiques, disponibles dans PADS Professional dans la section flex rigide.

Coverlay: c'est une couche supplémentaire, faite d'un matériau flexible qui protège et isole les circuits des surfaces externes. Facilite les mouvements possibles en fixant les circuits en cuivre des pièces souples, en empêchant leur levage.

Adhésif: c'est une couche qui est utilisée lorsque le cuivre est directement lié au matériau de base.

Raidisseur: couche supplémentaire qui est utilisée pour renforcer une zone flexible où les composants sont placés, pour absorber les contraintes mécaniques.

Dans l'exemple suivant, nous voyons comment une couche flexible est inter verrouillée à l'intérieur d'un circuit rigide.

Mais que se passe-t-il lorsque le routage implique une zone flexible? Dans PADS Professional, toutes les fonctions standard sont disponibles dans n'importe quel type de zone, à savoir: AutoRouter, Sketch Router, All Angle Plow, Multi Plow with arcs.

C’est également possible de générer automatiquement le teardrop, d'avoir une uniformité de transaction entre la piste et le patin et une augmentation de la fiabilité dans la zone de flexion. Ceci en particulier pour les trous traversants, aveugles et enterrés, pour les pins through-hole et les SMD, pour la jonction en T sur les pistes et pour le rétrécissement dans la section de la piste.

 

QUALITÉ DU PROJET ET TRANFERT DES DONNÉES 

 Un point très important concerne la manière dont les données peuvent être exportées vers d'autres outils et vers la fabrication. PADS Professional, même pour le rigid-flex, est capable de générer des données dans le format le plus avancé, l’ODB++. Cela signifie que lorsque le projet est chargé par un système supportant l’ODB++, celui-ci est capable de distinguer les zones rigides ainsi que celle flexibles. 

Avant la mise en service, le nouvel Hazard Explorer peut être utilisé pour identifier rapidement les éventuels problèmes typiques des circuits flexibles, tels que des composants trop proches de la zone de pliage ; des vias trop proches des couches de pliage ; des pistes non perpendiculaires à la ligne de pliage ; l'absence de pa sur la couche de couverture ; le remplissage correct des plans dans les plis ; l'absence de tear drop. 

De plus, il existe un support complet de la Flex Analysis dans HyperLynx, cette dernière permettant l'importation et l'édition de plusieurs stackup, des sections transversales dédiées pour chaque carte pendant la simulation, et une modélisation précise des traces sur les plans maillés. 

 

CONCEPTION 3D DU CIRCUIT IMPRIMÉ FLEXIBLE 

Dans la phase finale, la conception peut être transférée dans l'environnement 3D photo-réaliste, permettant d'identifier si les zones de pliage sont correctement positionnés. Mais surtout, il y a la possibilité de vérifier qu’il n’y ait pas d’interférences avec les pièces mécaniques.

Comme la collaboration entre la conception électronique et mécanique est très importante pour les produits plus complexes - comme c'est généralement le cas pour les produits incluant du rigid-flex - il est possible d'exporter les parties électroniques et mécaniques au format Step. Ou, si une collaboration incrémentielle est nécessaire, ProSTEP peut être utilisé en ayant recours au format .IDX, qui a la même structure que l'IDF mais qui est incrémentiel. 

 

Il est intéressant de noter que dans la version VX 2.3 de PADS Professional, qui vient d'être publiée, le module de collaboration MCAD, utilisé pour transférer des informations de l'électronique à la mécanique et vice versa, est maintenant inclus dans toutes les configurations sans coût supplémentaire. 

 

En conclusion, PADS Professional offre une large gamme de technologies pour prendre en charge au mieux les circuits rigid-flex, grâce à une gestion complète du système, ce qui permet de gérer la complexité des projets. Grâce à la méthodologie "Correc- by-Construction", il est aussi possible d'effectuer des contrôles en temps réel, et il existe également des fonctions permettant d'optimiser la fiabilité et la qualité. Les fonctions de Design Reuse, déjà connues des utilisateurs de PADS, sont très faciles à mettre en œuvre et permettent de gérer rapidement toutes les parties répétitives du routage, au moyen d'un simple copier-coller. Enfin, les fonctions rigid-flex de PADS Professional réduisent l’écart entre les domaines électronique et mécanique, grâce à une véritable collaboration MCAD-ECAD.