Spezifizierung der Impedanzanforderungen bei starren Flex-PCBs

Die dielektrischen Materialien in den flexiblen Abschnitten einer starren Flexplatte unterscheiden sich von starren Laminaten und bieten eine bessere elektrische Leistung. Die Decklagen und Bondplys bieten auch eine bessere elektrische Leistung als die Hartfaserplattenschichten. Diese Materialien haben unterschiedliche dielektrische Werte und sollten in einer Software modelliert werden, die vorhersagen kann, wie sich die einzelnen Dielektrika, Bezugsebenen und Schaltungen zueinander verhalten.

Der Versuch, dies bei einem starren Flex-Design mit kostenlosen Online-Impedanzrechnern zu tun, liefert fast immer falsche Werte. Es gibt einfach zu viele Wechselwirkungen, um Einzelwertrechner zu verwenden. Hinzu kommt, dass einige Materiallieferanten globale dielektrische Werte angeben, obwohl der Wert aufgrund der Kerndicke, des Harzgehalts und der Signalgeschwindigkeit unterschiedlich sein kann.

Die beste Lösung ist der Kauf von Software, die als eigenständiges Produkt erhältlich ist und oft in einigen der gängigsten CAD-PWB-Layout-Tools enthalten/eingebaut ist. Die Software ist nicht billig, aber sie ist viel genauer als die kostenlosen Online-Tools. 

Unabhängig davon, ob Sie sich für den Kauf der Software entscheiden oder nicht, ist es immer ratsam, All Flex Solutions zu Beginn Ihres Entwurfs einzubeziehen, um entweder die Impedanzwerte vorherzusagen oder Ihre Arbeit zu überprüfen, wenn Sie Ihre eigene Software verwendet haben. All Flex führt täglich Dutzende Male Impedanzmodellierungen für Starrflex-Designs durch und verfügt über eine Materialbibliothek mit Dielektrizitätswerten für jedes Material und kennt alle Impedanzwerte für jede Dicke, jedes verwendeten Dielektrikums.

Wenn Sie die Flexibilität in den Flexabschnitten Ihrer Starrflexplatte verbessern wollen, hat All Flex Solutions Erfahrung mit der Verwendung von schraffierten Referenzebenen. Durch die Kreuzschraffur der Impedanzreferenzebenen in den flexiblen Bereichen Ihres Bauteils werden diese wesentlich flexibler und können dennoch die gewünschten Impedanzwerte in Hochgeschwindigkeitsanwendungen bis zu 10 GHz erreichen. All Flex Solutions verfügt über das nötige Fachwissen, um Ihnen zu zeigen, wie Sie Kreuzschraffuren in Ihre Impedanz-Bezugsebenen einbauen können.

Geben Sie für jeden Impedanzwert, den Sie modellieren möchten, den gewünschten Wert, den Typ, einschließlich Toleranz, charakteristisch oder differenziell, auf welcher Schicht bzw. welchen Schichten, welche Geschwindigkeit das Signal hat, welche Schicht bzw. welche Schichten die Bezugsebenen sind, und alle mechanischen Überlegungen an, z. B. dass die Leiterplatte nicht dicker als 0,062 Zoll (0,157 cm) sein darf usw.

Es gibt drei wichtige Unterschiede, die bei der Impedanzmodellierung von starren flexiblen Leiterplatten zu beachten sind.

Erstens sind die für flexible Laminate typischen Dicken von 0,001 Zoll (2,54 cm), 0,002 Zoll (5,08 cm), 0,003 Zoll (7,62 cm) oft nicht dick genug, um die typischen gewünschten Impedanzen zu erreichen. Oft sind dickere, flexible Materialien erforderlich. Im Gegensatz zu starren Laminaten können die Kosten für dickere flexible Laminate schnell steigen. Eine Möglichkeit, die höheren Kosten für dickere flexible Laminate zu vermeiden, ist die Verwendung von schraffierten Bezugsebenen. Bei Taktgeschwindigkeiten von bis zu 10 GHz können Sie kreuzschraffierte Referenzebenen verwenden, die es Ihnen ermöglichen, die dielektrische Dicke zu reduzieren und/oder die Leitungsbreite zu erhöhen, um die Herstellbarkeit zu verbessern. Achten Sie darauf, dass Sie nur die benötigten Impedanzwerte angeben.

Zweitens sind die Werte, Leiterbahnbreiten und Abstände in den flexiblen Abschnitten anders als in den starren Abschnitten. All Flex kann Ihnen ein Modell zur Verfügung stellen, das beide Berechnungen zeigt, wenn Sie Impedanzanforderungen sowohl in den flexiblen als auch in den starren Abschnitten der Leiterplatte haben. Als Konstrukteur müssen Sie die Schaltkreise auf die richtigen Geometrien und Abstände einschränken. Die Einschnürung sollte mindestens 0,50 Zoll (1,27 cm) in die starre(n) Platte(n) hinein erfolgen, um eine Belastung der Schaltkreise im Bereich der Einschnürung am Übergang von der flexiblen zur starren Platte zu vermeiden.

Und drittens ist zu bedenken, dass sich bei Starrflex-Designs die Anzahl der Impedanzwerte schnell vervielfachen kann - jeder Wert muss oft sowohl in den flexiblen als auch in den starren Bereichen der Leiterplatte modelliert und getestet werden. Aus diesem Grund und weil jeder Wert in den Impedanzcoupons getestet werden muss, die in die Produktionspanels Ihres Teils eingebaut sind, kann die Größe der Coupons sehr schnell sehr groß werden. Je größer die Impedanzkupons auf der Schalttafel sind, desto weniger Teile passen auf die Schalttafel, was die Kosten erhöht. Es ist ratsam, auf Ihrem Ausdruck nur die Schaltkreise anzugeben, die Sie wirklich prüfen müssen. Sie und/oder Ihr Hersteller können alle gewünschten Werte für die gesamte Leiterplatte modellieren, aber nur die Werte auf den Druck übertragen, die Sie wirklich benötigen und auch testen möchten.

Bei der Modellierung und Vorhersage der Impedanzleistung von Schaltkreisen gibt es noch viele andere Feinheiten, insbesondere bei Starrflex-Leiterplatten - Länge Ihrer Schaltkreise, Querschraffurmuster und Musterwinkel, Luftspalte in nicht verklebten Flex-Konstruktionen, Flex- und Starrleistung, usw. Es ist ratsam, die Unterstützung von All Flex Solutions für Ihre Starrflex-Impedanzanforderungen in Anspruch zu nehmen.

Materialzusammensetzung:

Wenn Sie die Impedanzen wie oben beschrieben modelliert haben, haben Sie wahrscheinlich schon 90 % des Weges zu Ihrem Materialaufbau zurückgelegt. Der Bericht enthält den Materialquerschnitt mit Kupferstärken, Materialstärken, dielektrischen Werten usw.

Wenn Sie keine Impedanzwerte haben, die Sie modellieren können, oder wenn Sie nur einen einfachen Materialaufbau benötigen, fragen Sie All Flex Solutions nach ihren Empfehlungen. Hier ist, was sie von Ihnen wollen, um loszulegen:

• Gesamtzahl der Schichten in dem/den starren Abschnitt(en)
• Gewünschte Kupferdicke in den starren Abschnitten - Innenlagen und Außenlagen mit Beschichtung
• Anzahl der Schichten in dem/den flexiblen Abschnitt(en)
• Gewünschte Kupferdicke in flexiblen Schichten
• Wenn es drei oder mehr Schichten in der Flex-Sektion gibt - sollen sie miteinander verklebt oder nicht verklebt werden? (was sich auf die Fähigkeit auswirken kann, eine Ebene als Bezugsebene zu verwenden)
• Gewünschte Gesamtdicke der starren Leiterplatte(n) - über Laminat, über Beschichtung, über Lötstoppmaske?
• Gewünschte Materialien - FR4, Polyimid, usw.
• Endbearbeitung
• Spezielle Anforderungen - UL, RoHS, bleifreie Montage, REACH, halogenfrei, usw.
  
  

All Flex bietet Ihnen einen guten Materialaufbau als Ausgangspunkt, den Sie dann verfeinern können.

Sie können auch den kostenlosen „Valu Builds"- Leitfaden für Starrflexkonstruktionen.