PCB flexible contre PCB rigide : votre approche de conception est-elle adaptable ?

Gloved hand holding a flexible schematic of a circuit

Après avoir travaillé sur de multiples projets pour un client exigeant, j’ai l’habitude de soulager mon stress en allant me relaxer dans un gymnase d'arts martiaux local. Quand j'étais adolescent, j'étais assez souple et je n'avais aucune difficulté à donner des coups de pied. Cependant, aujourd’hui, mes coups de pied sont quelque peu limités par la rigidité de mes jambes ; je ne suis tout simplement plus aussi flexible qu'avant. Évidemment, la flexibilité et la rigidité sont des concepts tout aussi importants en dehors du gymnase d'arts martiaux. Lors de la conception de PCB, par exemple, le choix d’un PCB flexible par rapport à un PCB rigide peut influencer l'ensemble de votre travail de conception.

Dans le domaine de l'électronique, vous pouvez vous retrouver à glisser d'un PCB rigide à un PCB flexible, car le développement croissant de dispositifs portables intelligents et de l'Internet des objets (IoT) exige une électronique flexible. Que cela vous plaise ou non, les compétences en matière de conception de PCB flexibles deviennent progressivement des compétences précieuses dans l'industrie électronique.

Quand et pourquoi utiliser un PCB flexible ?

Bien que la production de PCB flexibles ne soit peut-être pas la moins coûteuse, leur flexibilité permet d'atteindre un niveau de fonctionnalité supérieur à celui que peuvent offrir les PCB rigides. Les PCB flexibles ont l’avantage de pouvoir être installé facilement dans des dispositifs et appareils portables intelligents qui disposent d’un espace très limité car, ils sont constitués d’une piste flexible qui peut se courber sans se casser.   

Les composants électroniques construits sur des circuits imprimés flexibles sont également plus durables, car la faible masse du PCB réduit considérablement les risques de dommages dus aux vibrations. En outre, les PCB flexibles sont fabriqués en polyimide, une matière qui peut tolérer des températures extrêmes. Cela rend les PCB flexibles idéaux pour les appareils qui fonctionnent dans des environnements très chauds. En raison de leurs nombreux avantages, les PCB flexibles sont de plus en plus demandés dans l'industrie électronique.

 

 A circuit that has flex routing

C’est courbé ou cassé lorsqu'il s'agit de la conception des PCB flexibles.

Les critères à prendre en compte lors d’une conception d’un PCB flexible

Lorsque vous concevez un PCB rigide, vos soucis résident certainement dans le fait que vous devez insérer des centaines de composants dans un minuscule PCB ou vous assurer que les composants analogiques sont correctement séparés des composants numériques. Dans la conception de PCB rigides, vos préoccupations sont purement électroniques. Lorsque vous passez à la conception de PCB flexibles, ces préoccupations changent également.

Utilisés à l'origine pendant la Seconde Guerre mondiale, les PCB flexibles ont d'abord été conçus pour remplacer les faisceaux de câbles fabriqués à la main et qui étaient sujets aux erreurs humaines. Les minuscules bandes de cuivre qui se trouvent dans les PCB flexibles permettent des connexions à haute densité. Cependant, les compétences en électronique ne suffisent pas à elles seules pour fabriquer des PCB flexibles ; en effet, des connaissances en mécanique sont aussi nécessaires, car les pistes et les composants en cuivre sont soumis à des contraintes mécaniques dues à la nature même des PCB.

Un critère important à prendre en compte lors de la conception d’un PCB flexible est le rapport de courbure. Appelé rapport du rayon de courbure par rapport à l'épaisseur du PCB flexible, le rapport de courbure ne peut pas descendre en dessous d'un seuil minimum. Dans le cas contraire, le circuit devient vulnérable aux pannes mécaniques. De plus, la zone de flexion du PCB flexible est particulièrement sensible aux changements de largeur ou de direction du cuivre. Les trous doivent également être évités à tout prix dans la zone de courbure. 

Outre ces critères, voici d'autres conseils relatifs à la conception de PCB flexibles pour vous aider à minimiser les défauts liés à la production :

Éviter d'empiler I-beam : en concevant les PCB rigides, il est possible de superposer parallèlement les pistes les unes sur les autres dans les couches supérieure et inférieure sans aucun problème. Toutefois, lorsque vous concevez les PCB flexibles, les pistes ne doivent pas être superposées car cela pourrait réduire la flexibilité du circuit.

Coins de routage dans la zone de courbure : Lorsque vous procédez au routage des coins dans un PCB rigide, vous devez vous demander si les coins à angle droit causent des interférences électromagnetiques (EMI) ou génèrent des points thermiques dans un circuit à courant élevé. La forme des pistes qui se trouvent dans la zone de courbure peut facilement causer la cassure de votre PCB flexible. Il est toujours recommandé d'éviter de changer la direction de la piste dans la zone de courbure. Si le changement est inévitable, un angle mou est préférable à un angle aigu de 45° typique, dans les PCB rigides.

Compression et étirement : Dans les PCB rigides, il n'y a généralement pas de règles strictes concernant le routage de petits conducteurs de moins de 7 mils. Cependant, dans la conception des PCB flexibles, les effets de la compression et de l'étirement doivent être pris en compte. Effectuer le routage de petits conducteurs à l’intérieur de la zone de courbure, peut permettre de réduire le risque d'endommagement de la piste, car les petits conducteurs supportent mieux la compression que l’étirement.

Augmenter la largeur du conducteur lorsque cela est possible : les PCB flexibles permettent d'économiser un espace précieux dans vos composants électroniques. Mais si vous pensez qu'avoir des pistes minuscules est une bonne approche, vous ne pourriez être plus éloigné de la vérité. En règle générale, la largeur de la piste doit être d’au moins cinq fois l'épaisseur de la feuille de cuivre du PCB flexible. Vous devez appliquer cette règle à toutes vos pistes, sauf dans certaines cas où elles doivent se faufiler à travers les petits espaces qui se trouvent entre les pastilles.

 

Assorted colored and different width wiring traces

Equipez-vous de systèmes de câblage et de routage appropriés qui feront l'affaire pour vos conceptions.

Travailler sur des PCB flexibles peut s’avérer plus facile avec un logiciel de conception de PCB conçu spécialement pour améliorer votre flexibilité sans restrictions supplémentaires. Le mode planification de cartes d’Altium Designer® vous permet de spécifier facilement la ligne de courbure et le rayon lorsque vous organisez les couches superposées. Si vous souhaitez travailler efficacement dans la structure de votre carte, laissez votre logiciel de conception effectuer le travail difficile pour vous tout en vous permettant de visualiser la conception.

Besoin d'aide supplémentaire pour la conception de vos PCB flexibles ? Contacter un expert chez Altium.  

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