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- ELETTRONICA OGGI 434 - MARZO 2014
ANALOG/MIXED SIGNAL
PCB
sufficiente per applicazioni più complesse che coinvolgono il
movimento.
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Nel caso di progetti di circuiti rigido-flessibili 3D la
scelta più comune è rappresentata da un film di poliammide (PI)
caratterizzato da stabilità dimensionale, flessibilità e resistenza
al calore. Esso rimane stabile grazie alla ridotta espansione e
contrazione termica (rispetto al PET) ed è anche in grado di
supportare più cicli di saldatura a riflusso. Il poliestere (PET), un
altro materiale comunemente impiegato, non è in grado di sup-
portare in modo adeguato le elevate temperature e risulta meno
stabile, dal punto di vista dimensionale, del PI.3 Anche i core (gli
strati più interni dello stack) sottili in fibra di vetro impregnati
di resina epossidica vengono comunque utilizzati nei circuiti
rigido-flessibili. Oltre ai substrati, il progetto prevede infatti
film aggiuntivi (per i quali si utilizzano solitamente PI o PET, ma
anche inchiostro per maschere di saldatura della sezione fles-
sibile) per lo strato protettivo (coverlay). Quest’ultimo protegge
i conduttori e i componenti della superficie esterna da danni e
corrosioni, oltre a isolare i conduttori stessi.
Per definizione, i circuiti rigido-flessibili impongono requisiti
aggiuntivi nella scelta dei materiali conduttori.
I fogli di rame elettrodepositati (ED), utilizzati nei progetti di
schede PCB tradizionali, non hanno infatti le proprietà richieste,
in termini di flessibilità e resistenza, necessarie per un circuito
rigido-flessibile. Per il progetto di questi ultimi si utilizza un’am-
pia gamma di metodologie e materiali conduttori caratterizzati
da prestazioni più elevate. I fogli di rame più ampiamente utiliz-
zati sono quelli di tipo HD-ED (High-Ductility Electrodeposited)
caratterizzati da un costo non molto elevato e di tipo RA (Rolled-
Annealed) di costo superiore.
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Nelle fasi iniziali del processo i
componenti del team di progetto devono giungere a un com-
promesso. Essi devono infatti definire le problematiche di natu-
ra meccanica relative ai casi di utilizzo (use cases) previsti in
relazione alle prestazioni elettriche. Poiché si tratta di esigenze
spesso in contrasto tra loro, i progettisti sono costretti a trovare
il miglior compromesso possibile. Come primo passo per giun-
gere a un progetto ottimizzato, il team di progetto deve produrre
un modello dimostrativo fisico (paper doll) del circuito. Grazie
questo modello è possibile individuare con precisione all’inizio
del processo potenziali problemi di accoppiamento e forma (fit
and form). Grazie all’evoluzione dei tool di eCAD, essi sono ora
in grado di eseguire la modellazione tridimensionale di progetti
di circuiti rigido-flessibili. I tool più recenti integrano anche
la funzionalità di animazione. In ogni caso lo sviluppo di un
modello computerizzato tridimensionale richiede parecchie fasi
di lavorazione, per cui un modello di carta è in grado di fornire
parecchie indicazioni utili.
Circuiti rigido-flessibili, le migliori procedure
Il termine “rigido-flessibile” si riferisce a uno dei più importanti
dettagli del progetto. Lo sviluppo di circuiti rigido-flessibili
coinvolge parecchi elementi che, una volta combinati, danno
origine a un elevato livello di complessità. Per i progettisti il
problema più importante è relativo alla modalità di definizione
di tutte le aree, degli strati e delle pile. Il mezzo più semplice
consiste nell’utilizzare una tabella per definire la struttura degli
strati che compongono la pila. In linea generale, molti progetti di
schede rigido-flessibili sono caratterizzati dalla presenza di pile
di strati differenti nelle varie aree del progetto.
Un metodo molto semplice è riprodurre il profilo del progetto
su uno strato meccanico, quindi creare un modello di riempi-
mento per identificare le sezioni rigide e flessibili del progetto
che contengono una pila degli strati differente come riportato
in figura 2.
Il progetto semplificato riportato in figura 2 utilizza la corri-
spondenza grafica dei modelli di riempimento (le due colonne
a destra della Tab. di Fig. 2) per identificate le sezioni “flessibile”
e “rigida” . Per esempio lo strato identificato come “Dielettrico 1”
è un core FR-4. Una volta definite le differenti pile di strati, ogni
team di progetto deve affrontare il problema di specificare le
flessioni e le curvature nello spazio bidimensionale. Ciò signi-
fica che ogni progettista deve documentare l’ubicazione in cui
tutti gli elementi critici di progetto attraversano i confini delle
sezioni rigida e di quella flessibile.
Preservare la flessibilità
della scheda rigido-flessibile
Una procedura di progetto che è utile adottare è quella
nota come “bookbinder construction”. In pratica si tratta
di “allungare” il circuito, strato per strato, spostandosi
verso l’esterno dal raggio di flessione. Utilizzando questo
metodo il circuito può piegarsi in una sola direzione. La
regola empirica prevede un allungamento rispetto allo
Fig. 4 – Esempio di un progetto di un circuito PCB rigido flessibile
sviluppato in modalità 3D con Altium Designer che evidenzia le
flessioni previste nelle aree del circuito flessibile.
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