PCB Tecnico - Quali sono i driver di costo di Flex PCB?

L'ottimizzazione dei costi è uno degli obiettivi principali nella progettazione di un PCB. Per raggiungere questo obiettivo, ogni progettista dovrebbe comprendere i principali driver di costo del circuito stampato. I principali driver di costo del PCB flessibile includono il materiale della scheda, il numero di strati, l'utilizzo efficace del pannello, il tipo di costola e la finitura superficiale.

Che cosa sta guidando il costo del PCB flessibile?

Il costo totale del circuito dipende principalmente dal tipo di circuito stampato (rigido o flessibile), dai materiali utilizzati, dal numero di strati nello stack e dalla combinazione di HDI o ELIC (interconnessione per strato). Di seguito sono riportati alcuni dei parametri che influenzano il prezzo complessivo delle schede flessibili:

Materiale del circuito stampato

Il materiale PCB utilizzato per la produzione è uno dei principali driver di costo delle schede flessibili. I pannelli rigidi standard sono laminati utilizzando substrato FR-4. I substrati di poliimide sono i materiali più comunemente utilizzati per la produzione di nuclei flessibili e strati di copertura. Rispetto ai laminati FR4 standard, i substrati flessibili hanno migliori proprietà termiche ed elettriche. Lo spessore del materiale flessibile è uniforme su tutto il substrato. Questi substrati forniscono anche valori di D k migliorati tra 3.2 e 3.4. La mancanza di rinforzo in vetro intrecciato riduce il cambiamento in D k. Generalmente, lo spessore dello strato flessibile è compreso tra 1 e 5 mil. Il costo dei laminati flessibili può essere da 2 a 3 volte quello dei materiali rigidi standard.

Nucleo flessibile senza adesivi e a base adesiva

Il nucleo flessibile a base adesiva utilizza uno strato adesivo flessibile per collegare ogni strato di rame al nucleo di poliimide sotto calore e pressione. Gli adesivi sono solitamente a base di resina epossidica o acrilica e variano in spessore da 0,0005" a 0,001". Questi materiali sono più economici dei materiali senza leganti.

Il rame è direttamente legato al nucleo in poliimide, eliminando la necessità di utilizzare adesivo nel nucleo flessibile senza adesivo. Sebbene i materiali privi di adesivo siano costosi, presentano molti vantaggi, come lo spessore ridotto di deformazione (dovuto all'assenza di uno strato adesivo), le temperature più elevate e l'eccellente affidabilità del foro placcato.

Fattori che influenzano la scelta dei materiali PCB flessibili

Affidabilità termica: scegli sempre materiali che soddisfano le aspettative di temperatura dell'applicazione. Se il circuito stampato è destinato a funzionare in un ambiente ad alta temperatura, il materiale deve essere in grado di resistere al calore ad alta intensità senza trasferire il calore ai componenti adiacenti.

Proprietà meccaniche: Questo fattore determina la capacità del materiale di resistere alle sollecitazioni fisiche durante il montaggio o il funzionamento. Il raggio di curvatura è uno dei parametri fisici importanti del PCB flessibile.

Prestazione del segnale: è la capacità di un materiale di promuovere la propagazione ininterrotta del segnale durante l'intero ciclo operativo. Questo è essenziale nelle schede ad impedenza controllata e ad alta velocità.

Se il costo è la considerazione principale, evitare di specificare eccessivamente i requisiti del materiale.

Numero di strati di circuito

Il numero di strati è un altro importante fattore di costo per PCB flessibili. Man mano che il numero di strati del circuito aumenta, il costo totale del circuito stampato aumenta. Man mano che più strati vengono aggiunti alla scheda, il processo di laminazione diventa complicato. Ciò richiederà più tempo e richiederà più materiali. I problemi di lavorazione che si verificano a causa dell'elevato numero di strati sono:

Allineamento livello a livello

Integrità del foro placcato

Espansione termica sull'asse z

Difetto di laminazione

La forma e le dimensioni del circuito stampato (contorno del circuito stampato) sono determinate dal progettista PCB. Più grande è la superficie, più alto è il prezzo. Quando più pannelli sono fabbricati in un pannello, la superficie del pannello dovrebbe essere utilizzata efficacemente. Il bordo flessibile è fabbricato in forme diverse, come quadrato, rettangolo, cerchio e molte forme casuali. La produzione di PCB a forma casuale può aumentare i costi perché il tasso di utilizzo del pannello può diminuire.

Larghezza e spaziatura della traccia

I segnali hanno bisogno di una larghezza di traccia adeguata per propagarsi attraverso tracce senza il rischio di surriscaldamento. Più piccolo è il passo, più difficile è incidere in modo affidabile tracce e pad. Questo aumenta il costo totale del circuito stampato.

Spessore del foglio di rame

Il costo del circuito stampato aumenta man mano che lo spessore dello strato di rame aumenta. Quando uno strato di rame spesso viene implementato sullo strato interno, una maggiore quantità di prepreg è necessaria durante il processo di laminazione. Questi prepreg evitano la resina insufficiente riempiendo gli spazi tra le parti in rame. Quando lo strato interno ha più di 1 oncia di rame e lo strato esterno ha più di 1 oncia di rame finito, il prezzo del PCB aumenterà.

Un altro svantaggio dell'uso di rame più spesso è che deve essere mantenuta una distanza sufficiente tra le tracce. Il rame più spesso richiede una larghezza di traccia più ampia. Tuttavia, a causa dei costi aggiuntivi di lavorazione, l'uso di rame molto sottile (meno di 1/4 oncia) può causare costi alle stelle.

Il diametro del pezzo standard è di 8 mil e il diametro del pezzo avanzato è di 5 mil. Più piccola è la dimensione della perforazione, più lunga è la durata della perforazione. Ciò comporta costi totali più elevati.

Perforazione al rame in PCB flessibile

La foratura al rame è la distanza dal bordo del foro forato alla caratteristica di rame più vicina (pad, versamento, traccia, ecc.) sullo strato. Tipicamente, il foro per il rame gap è di 8 mil. Più piccolo è il foro di rame, più costoso è il processo di produzione del PCB.

Trattamento superficiale

Una finitura superficiale PCB è la connessione metallo-metallo tra il circuito stampato e il rame nudo dell'area saldabile del componente. La finitura superficiale dovrebbe essere selezionata in modo da migliorare le prestazioni del prodotto, tenendo conto del costo.

Tipi di trattamento superficiale PCB

ENIG (nichel elettroless/oro ad immersione): Questo è il tipo più comune di trattamento superficiale del circuito stampato. È molto popolare perché non cambia colore ed è affidabile. ENIG è più costoso di altri trattamenti superficiali, ma fornisce un'eccellente saldabilità PCB. Questa finitura superficiale può talvolta portare alla formazione di tappeti neri. Qui è dove il fosforo si accumula tra lo strato di nichel e lo strato d'oro. I collegamenti rotti e errati del circuito stampato sono possibili risultati.

Argento ad immersione: L'argento è un materiale di finitura resistente che può essere utilizzato in una varietà di applicazioni. A causa della sua crescente popolarità, il materiale è diventato più libero, riducendo e stabilizzando il suo prezzo.

Latta di immersione: Questo trattamento superficiale comporta il deposito di un sottile strato di stagno sul circuito stampato. Lo stagno di immersione fornisce una finitura coerente. Lo svantaggio è che la durata della vita è breve. Tuttavia, fornisce prestazioni eccellenti ad un costo ottimale.

Tipo di costola di rinforzo

Il costo totale di un PCB flessibile dipende anche dal tipo di irrigidimento utilizzato. Nel design flessibile, i rinforzi sono utilizzati per i seguenti obiettivi:

Modificare lo spessore per soddisfare le specifiche del connettore ZIF

Supporto dell'area componente/connettore

Promuovere la dissipazione del calore

FR4 e poliimide sono i due materiali di rinforzo più comuni. Sebbene l'alluminio e l'acciaio inossidabile siano utilizzati in alcuni disegni, sono più costosi di FR4 e poliimide. L'alluminio è un materiale popolare per le applicazioni di dissipazione del calore.

Le costole sono incollate con adesivo termoadesivo o adesivo sensibile alla pressione (PSA). Gli adesivi termoadesivi sono preferiti, anche se i vincoli di progettazione possono richiedere l'uso di PSA. Gli adesivi termici sono adesivi epossidici o acrilici flessibili che vengono utilizzati per collegare lo strato di copertura al circuito flessibile e fornire un legame permanente. Sono più economici del PSA.

Come ridurre il costo complessivo del PCB flessibile e rigido-flessibile

Mantieni il minor numero possibile di strati

Man mano che il numero di livelli di progettazione diminuisce, diminuisce anche il numero di livelli prepreg richiesti. Limitare il numero di strati di circuiti flessibili ridurrà il costo complessivo. Allo stesso tempo, meno strati migliorano la capacità del produttore di aumentare la produzione produttiva.

Utilizzare substrati rigidi per raggiungere lo spessore complessivo nel design rigido-flessibile

Se è necessario ottenere uno spessore totale specifico, utilizzare laminati rigidi invece di prepreg senza flusso o laminati flessibili. I laminati flessibili sono più costosi dei laminati rigidi.

Utilizzo efficiente dei pannelli

Pannellaggio flessibile efficiente per ridurre i costi complessivi

Un pannello o circuito stampato array è un grande pezzo di materiale che contiene più PCB indipendenti. Il costo complessivo di produzione può essere ridotto utilizzando efficacemente la superficie del pannello.

Rispetto ai fori passanti, vias ciechi e vias sepolti richiedono più fasi di produzione, il che aumenta i tempi di lavorazione e riduce la resa. Ridurre il numero di vias sulla scheda flessibile può ridurre il costo totale.

L'ottimizzazione dei costi dovrebbe essere considerata nella fase iniziale della progettazione del circuito stampato. Determinare i driver di costo PCB flessibili più economici richiede soluzioni di progettazione accurate e chiare strategie ingegneristiche. Comprendere i pro e i contro dell'utilizzo di materiali specifici, tecniche di perforazione, tipi di irrigidimento, larghezza e spaziatura di traccia, ecc. può aiutare a prevenire futuri guasti di produzione. Pianificare in anticipo e avere una discussione coerente con il produttore di PCB ti aiuterà a ottimizzare tempi e costi.