Nykypäivän kilpailukykyisessä elektroniikkateollisuudessa on kasvava tarve innovatiivisille, tehokkaille painetuille piirilevyille (PCB). Teollisuuden kasvaessa tarve PCB-levyille, jotka kestävät erilaisia ympäristöolosuhteita ja täyttävät monimutkaisten elektronisten laitteiden vaatimukset, kasvavat. Tässä tulee esiin käsite flex rigid-flex PCB.
Rigid-flex -levyt tarjoavat ainutlaatuisen yhdistelmän jäykkiä ja joustavia materiaaleja, joten ne sopivat ihanteellisesti kestävyyttä ja joustavuutta vaativiin sovelluksiin. Näitä levyjä löytyy yleisesti lääketieteellisistä laitteista, ilmailujärjestelmistä ja muista erittäin luotettavista sovelluksista.
Impedanssin säätö on keskeinen näkökohta, joka vaikuttaa suuresti jäykkien joustavien levyjen suorituskykyyn. Impedanssi on vastus, jonka piiri antaa vaihtovirran (AC) virtaukselle. Oikea impedanssin säätö on kriittinen, koska se varmistaa luotettavan signaalinsiirron ja minimoi tehohäviön.
Tässä blogissa Capel tutkii viittä tekijää, jotka voivat vaikuttaa merkittävästi jäykkien joustavien levyjen impedanssin hallintaan. Näiden tekijöiden ymmärtäminen on erittäin tärkeää piirilevysuunnittelijoille ja -valmistajille, jotta he voivat toimittaa korkealaatuisia tuotteita, jotka vastaavat nykypäivän teknologiavetoisen maailman vaatimuksia.
1. Eri substraatit vaikuttavat impedanssiarvoon:
Flex Rigid-Flex PCB:n tapauksessa perusmateriaalin erolla on vaikutusta impedanssiarvoon. Rigid-flex -levyissä joustavalla alustalla ja jäykällä alustalla on tavallisesti erilaiset dielektrisyysvakiot ja johtavuus, mikä aiheuttaa impedanssin epäsopivuusongelmia kahden alustan välisessä rajapinnassa.
Erityisesti joustavilla substraateilla on korkeampi dielektrisyysvakio ja pienempi sähkönjohtavuus, kun taas kovilla substraateilla on pienempi dielektrisyysvakio ja korkeampi sähkönjohtavuus. Kun signaali etenee jäykkä-flex-piirilevyssä, jäykän-joustavan PCB-substraatin rajapinnassa tapahtuu heijastusta ja siirtoa. Nämä heijastus- ja lähetysilmiöt aiheuttavat signaalin impedanssin muutoksen, eli impedanssin epäsovituksen.
Joustavan jäykän piirilevyn impedanssin hallitsemiseksi paremmin voidaan käyttää seuraavia menetelmiä:
Alustan valinta:valitse yhdistelmä jäykkiä taipuisia piirisubstraatteja niin, että niiden dielektrisyysvakio ja johtavuus ovat mahdollisimman lähellä impedanssien yhteensopimattomuuden ongelman vähentämiseksi;
Käyttöliittymäkäsittely:piirilevyjen jäykkien taipuisten substraattien välisen rajapinnan erikoiskäsittely, esimerkiksi käyttämällä erityistä rajapintakerrosta tai laminoitua kalvoa impedanssisovituksen parantamiseksi jossain määrin;
Säätimen painaminen:Jäykän joustavan piirilevyn valmistusprosessissa parametreja, kuten lämpötilaa, painetta ja aikaa, valvotaan tiukasti, jotta varmistetaan jäykän taipuisan piirilevyn substraattien hyvä sidos ja vähennetään impedanssin muutoksia;
Simulointi ja virheenkorjaus:Simuloimalla ja analysoimalla signaalin etenemistä jäykässä joustavassa piirilevyssä selvitä impedanssin yhteensopimattomuuden ongelma ja tee vastaavat säädöt ja optimoinnit.
2. Viivanleveyden etäisyys on tärkeä tekijä, joka vaikuttaa impedanssin säätöön:
Rigid-flex -levyssä linjan leveysväli on yksi tärkeimmistä impedanssin säätöön vaikuttavista tekijöistä. Viivan leveys (eli johtimen leveys) ja riviväli (eli vierekkäisten johtimien välinen etäisyys) määräävät virran reitin geometrian, mikä puolestaan vaikuttaa signaalin siirto-ominaisuuksiin ja impedanssiarvoon.
Seuraava on viivan leveyden vaikutus jäykän flex-levyn impedanssin säätöön:
Perusimpedanssi:Rivivälit ovat tärkeitä perusimpedanssin (eli mikroliuskalinjojen, koaksiaalikaapeleiden jne. ominaisimpedanssin) ohjauksessa. Siirtojohtoteorian mukaan tekijät, kuten linjan leveys, linjaväli ja substraatin paksuus, määrittävät yhdessä siirtojohdon ominaisimpedanssin. Kun linjan leveysväli muuttuu, se johtaa muutokseen ominaisimpedanssissa, mikä vaikuttaa signaalin lähetysvaikutukseen.
Impedanssin sovitus:Impedanssisovitus vaaditaan usein jäykissä flex-korteissa parhaan signaalin siirron varmistamiseksi koko piirissä. Impedanssisovituksen saavuttamiseksi on yleensä säädettävä linjan leveysväliä. Esimerkiksi mikroliuskajohdossa siirtojohdon ominaisimpedanssi voidaan sovittaa järjestelmän vaatimaan impedanssiin säätämällä johtimien leveyttä ja vierekkäisten johtimien välistä etäisyyttä.
Ylikuuluminen ja menetys:Rivivälillä on myös tärkeä vaikutus ylikuulumisen ja häviön hallintaan. Kun linjan leveysväli on pieni, sähkökentän kytkentävaikutus vierekkäisten johtimien välillä voimistuu, mikä voi johtaa ylikuulumisen lisääntymiseen. Lisäksi pienemmät johdinleveydet ja suuremmat johtovälit johtavat keskitetympään virranjakoon, mikä lisää langan vastusta ja häviötä.
3. Materiaalin paksuus on myös tärkeä tekijä, joka vaikuttaa jäykän flex-levyn impedanssin säätöön:
Materiaalin paksuuden vaihtelut vaikuttavat suoraan siirtojohdon ominaisimpedanssiin.
Seuraava on materiaalin paksuuden vaikutus jäykkien joustolevyjen impedanssin säätöön:
Siirtolinjan ominaisimpedanssi:Siirtojohdon ominaisimpedanssi tarkoittaa siirtojohdon virran ja jännitteen suhteellista suhdetta tietyllä taajuudella. Rigid-flex-levyssä materiaalin paksuus vaikuttaa siirtolinjan ominaisimpedanssin arvoon. Yleisesti ottaen, kun materiaalin paksuus ohenee, ominaisimpedanssi kasvaa; ja kun materiaalin paksuus tulee paksummaksi, ominaisimpedanssi pienenee. Tästä syystä jäykkä-flex-levyä suunniteltaessa on tarpeen valita sopiva materiaalin paksuus, jotta saavutetaan vaadittu ominaisimpedanssi järjestelmävaatimusten ja signaalinsiirto-ominaisuuksien mukaan.
Rivi-avaruussuhde:Materiaalin paksuuden vaihtelut vaikuttavat myös rivien väliin. Siirtojohtoteorian mukaan ominaisimpedanssi on verrannollinen linjan leveyden ja tilan suhteeseen. Kun materiaalin paksuus muuttuu, on ominaisimpedanssin stabiilisuuden säilyttämiseksi tarpeen säätää viivan leveyden ja rivivälin suhdetta vastaavasti. Esimerkiksi kun materiaalin paksuutta pienennetään, jotta ominaisimpedanssi pysyisi vakiona, linjan leveyttä on pienennettävä vastaavasti ja linjaväliä vastaavasti pienennettävä, jotta linjan leveys tilan suhde pysyy muuttumattomana.
4. Sähköpinnoitetun kuparin toleranssi on myös joustavan jäykän levyn impedanssin säätöön vaikuttava tekijä:
Galvanoitu kupari on yleisesti käytetty johtava kerros jäykissä flex-levyissä, ja sen paksuuden ja toleranssin muutokset vaikuttavat suoraan levyn ominaisimpedanssiin.
Seuraava on galvanoivan kuparin toleranssin vaikutus joustavien jäykkien levyjen impedanssin säätöön:
Galvanoidun kuparin paksuustoleranssi:Galvanoidun kuparin paksuus on yksi avaintekijöistä, jotka vaikuttavat jäykän flex-levyn impedanssiin. Jos galvanoidun kuparin paksuustoleranssi on liian suuri, levyn johtavan kerroksen paksuus muuttuu, mikä vaikuttaa levyn ominaisimpedanssiin. Siksi joustavia jäykkiä levyjä valmistettaessa on välttämätöntä valvoa tiukasti galvanoidun kuparin paksuustoleranssia ominaisimpedanssin vakauden varmistamiseksi.
Kuparin galvanoinnin tasaisuus:Paksuustoleranssin lisäksi galvanoidun kuparin tasaisuus vaikuttaa myös jäykän joustavien levyjen impedanssin säätöön. Jos galvanoidun kuparikerroksen jakautuminen levyllä on epätasainen, mikä johtaa erilaisiin galvanoidun kuparin paksuuksiin levyn eri alueilla, myös ominaisimpedanssi muuttuu. Siksi on välttämätöntä varmistaa galvanoidun kuparin tasaisuus ominaisimpedanssin tasaisuuden varmistamiseksi valmistettaessa pehmeitä ja jäykkiä levyjä.
5. Syövytystoleranssi on myös tärkeä tekijä, joka vaikuttaa jäykkien flex-levyjen impedanssin säätöön:
Syövytystoleranssi tarkoittaa levyn paksuuden poikkeamaa, jota voidaan säätää syövyttäessä joustavien jäykkien levyjen valmistusprosessissa.
Seuraavat ovat etsaustoleranssien vaikutukset jäykkien joustavien levyjen impedanssin säätöön:
Jäykän flex-levyn impedanssisovitus: Rigid-flex-levyn valmistusprosessissa käytetään yleensä syövytystä ohjaamaan ominaisimpedanssiarvoa. Syövytyksen avulla johtavan kerroksen leveyttä voidaan säätää suunnittelun edellyttämän impedanssiarvon saavuttamiseksi. Kuitenkin syövytyksen aikana, koska etsausliuoksen etsausnopeudella levyllä voi olla tietty toleranssi, johtavan kerroksen leveydessä voi esiintyä poikkeamia syövytyksen jälkeen, mikä vaikuttaa ominaisimpedanssin tarkkaan säätöön.
Johdonmukaisuus ominaisimpedanssissa:Etsaustoleranssit voivat myös johtaa eroihin johtavan kerroksen paksuudessa eri alueilla, mikä johtaa epäyhtenäiseen ominaisimpedanssiin. Ominaisen impedanssin epäjohdonmukaisuus voi vaikuttaa signaalin lähetyssuorituskykyyn, mikä on erityisen tärkeää nopeassa tiedonsiirrossa tai suurtaajuisissa sovelluksissa.
Impedanssin ohjaus on tärkeä osa Flex Rigid-Flex -piirilevyn suunnittelua ja valmistusta.Tarkkojen ja yhdenmukaisten impedanssiarvojen saavuttaminen on ratkaisevan tärkeää luotettavan signaalinsiirron ja elektronisten laitteiden yleisen suorituskyvyn kannalta.Joten kiinnittämällä erityistä huomiota alustan valintaan, jälkigeometriaan, kontrolloituun dielektrisen paksuuden, kuparipinnoitustoleransseihin ja etsaustoleransseihin piirilevyjen suunnittelijat ja valmistajat voivat onnistuneesti toimittaa kestäviä, korkealaatuisia jäykkiä joustavia levyjä, jotka täyttävät alan tiukat vaatimukset. 15 vuotta alan kokemusten jakamisesta, toivon, että Capel voi tarjota sinulle hyödyllistä apua. Jos sinulla on lisää piirilevykysymyksiä, ota yhteyttä suoraan meihin, Capelin ammattimainen piirilevyasiantuntijatiimi vastaa sinulle verkossa.
Postitusaika: 22.8.2023
Takaisin
