Starr-flexible Leiterplatten designen
Gebogen und gefaltet
Fortsetzung des Artikels von Teil 1
Design einer Flex-to-Install-Leiterplatte
Verglichen mit dem Design einer High-Speed-Dynamic-Flex-Leiterplatte ist der Entwurf eines Flex-to-Install-PCB ein Spaziergang. Flex-to-Install-Leiterplatten werden nur während des Einbaus und bei der Wartung gebogen, sodass der Fokus hier auf die Signalintegrität gerichtet werden kann. Die Zuverlässigkeit des PCB indes hat sekundäre Bedeutung.
In Flex-to-Install-Boards können massive Kupferlagen und sehr dünne Polyimidfolien verwendet werden, da diese Leiterplatten nicht so oft gebogen werden. Die hier gewählte Kombination sorgt für hohe Signalintegrität im flexiblen Teil der Leiterplatte. Wichtig ist die Frage, wie die Leiterplatte eingebaut werden wird: Die meisten Flex-to-Install-Leiterplatten sind für Massen-Anwendungen vorgesehen, was häufig mit automatisierter Montage einhergeht. Die Designer müssen deshalb sicherstellen, dass es beim Zusammenbau der Leiterplatte und der Systeme keine Probleme gibt. Unabdingbar ist ebenfalls, dass man die Impedanz der Signalleitungen durch die Wahl der richtigen Werkstoffe sehr genau eingrenzt. Häufig kommt auf den starren Abschnitten der Leiterplatte ein teures Dielektrikum zum Einsatz. Die Polyimidfolie des flexiblen Teils weist demgegenüber eine andere Dielektrizitätskonstante auf. In diesem Falle muss man sich folglich darauf einstellen, dass die Leiterbahnbreiten in den starren und flexiblen Teilen der Leiterplatte unterschiedlich sind. Selbst die Materialstärke hat Auswirkungen auf die Impedanz. Je dünner das Dielektrikum ist, umso höher wird die Kapazität einer Signalleitung sein. Diese Kapazität wirkt sich wiederum auf die High-Speed-Eigenschaften des Board aus.
Ein weiterer Aspekt ist, dass das flexible Substrat ein Teil der starren Leiterplatte ist. Während Polyimidfolien und gewalztes, weichgeglühtes Kupfer für hohe Signalintegrität im flexiblen Abschnitt der Leiterplatte sorgen, passen sie nicht zu den Dielektrika im starren Teil des PCB. Es kann zudem auch schwierig sein, Bauelemente auf dieser Folie zu platzieren und aufzulöten.
Ähnliches Layout bei beiden Leiterplattentypen
Das Layout einer Flex-to-Install-Leiterplatte ähnelt jenem eines Dynamic-Flex-PCB. Der Lagenaufbau ist somit auf die gleiche Weise zu gestalten und es sollten auch ähnliche Designregeln angewandt werden.
Trotz der Verwendung unterschiedlicher Werkstoffe und Materialstärken sollte das ECAD-Tool die Impedanzen der Signalleitungen automatisch in engen Grenzen halten, indem es im starren und flexiblen Teil der Leiterplatte unterschiedliche Leiterbahnbreiten verwendet. Auch hier sollte man vorsichtig mit der Anwendung übermäßig strikter Designvorgaben sein, da sie die Kosten der Leiterplatte unbemerkt in die Höhe treiben können. Das Design von High-Speed-Leiterplatten ist bereits schwierig genug und wird noch aufwändiger, wenn diese Boards flexibel sein sollen. Wenn man die gestellten Anforderungen zu Beginn analysiert, hilft dies bei den notwendigen Abwägungen. Mit den richtigen Kompromissen und guten ECAD-Tools sind auf jeden Fall die Voraussetzungen für ein erfolgreiches Design starr-flexibler High-Speed-Leiterplatten gegeben.
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| Benjamin Jordan |
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ist als Director, Community Tools and Content bei Altium beschäftigt. Ben schloss ein Studium als Computer-Systems- und PCB-Ingenieur ab und sammelte seither mehr als 20 Jahre Berufserfahrung mit Schwerpunkt auf Embedded-Systemen und PCB-Design.
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ben.jordan@altium.com
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