Introduction
Vous avez peut-être déjà réalisé vos circuits imprimés multicouches rigides en FR4 et êtes satisfait de leurs performances. Vous comprenez leur construction (FR4, couches de cuivre, préimprégné, etc.) et savez probablement comment les commander et les fabriquer en ligne. Cependant, vous constatez que les interconnexions de votre projet deviennent de plus en plus complexes et que l'espace est de plus en plus limité. Vous avez besoin de connecteurs plus performants que les connecteurs standard pour relier vos cartes.
C’est là que les circuits imprimés flexibles ou rigides-flexibles peuvent entrer en jeu.
Que sont les PCB Flex?
Les circuits imprimés flexibles (Flex PCBs) sont des agencements de circuits flexibles qui peuvent optimiser l'espace dans vos projets où il est difficile de travailler. Imaginez l'installation de claviers ou d'écrans LCD sur une face avant où l'espace et le dégagement sont critiques (comme dans les smartphones ou les ordinateurs portables). Dans ce cas, les circuits imprimés flexibles sont la solution idéale. Vous pouvez les utiliser sur des éléments non fixes de vos projets, tels que des claviers coulissants ou des boîtiers à charnière. Vous trouverez ci-dessous les configurations d'empilement et les matériaux couramment utilisés pour les circuits imprimés flexibles.
Exemple de configuration d'empilement de PCB flexible
Circuit imprimé flexible monocouche
- Couverture (Protection)
- Adhésif
- Couche de cuivre
- Adhésif
- Polyimide (matériau de base)
- Renfort (facultatif)
Circuit imprimé flexible à deux couches
- Couverture (Protection)
- Adhésif
- Couche de cuivre supérieure
- Adhésif
- Polyimide (matériau de base)
- Adhésif
- Couche de cuivre inférieure
- Adhésif
- Couverture (Protection)
- Adhésif
- Renfort (facultatif)
La couche de protection (coverlay) d'un circuit imprimé flexible (Flex PCB) est comparable au vernis épargne sur les circuits imprimés rigides. Les fabricants utilisent généralement un matériau plastique (polyimide) pour cette couche. Les adhésifs permettent de coller les différentes couches entre elles. La couche de cuivre est la zone de routage des pistes (comme sur un circuit imprimé FR4). Cette couche est généralement constituée d'une feuille de cuivre recuite et laminée, ce qui lui permet de se plier à répétition.
Le matériau de base flexible est un plastique appelé polyimide (le même que celui utilisé pour la couche de recouvrement). Ce matériau permet de plier et de courber la carte. Des renforts peuvent être ajoutés aux extrémités d'un circuit imprimé flexible (FR4 ou polyimide lui-même) afin de faciliter l'insertion dans un connecteur.
Notez que les circuits imprimés flexibles peuvent être monocouches ou multicouches. Pour obtenir plusieurs couches, il suffit de superposer successivement les couches de revêtement, de cuivre et de polyimide.
Que sont les PCB rigides-flexibles ?
Les circuits imprimés flexibles sont performants, mais l'association de circuits imprimés flexibles et rigides offre des possibilités encore plus intéressantes. Les circuits imprimés rigides-flexibles constituent une solution sans connecteurs pour vos projets. Ainsi, vous n'avez plus besoin de connecteurs FPC. Cette combinaison réduit le nombre de connexions manuelles lors de l'assemblage et allège la nomenclature. Vous pouvez également créer des circuits imprimés rigides-flexibles sur un seul panneau, ce qui vous libère instantanément d'autres tâches d'assemblage fastidieuses.
Les circuits imprimés rigides-flexibles comportent à la fois des parties flexibles et rigides, ce qui confère à leur structure une configuration unique. Voici un exemple de structure rigide-flexible à 4 couches.
Configuration d'empilement de PCB rigide-flexible
Circuit imprimé rigide à 4 couches de cuivre
- Solder Mask
- Couche de cuivre supérieure
- FR4 (matériau de base)
- Préimprégné ———————> ligne de jonction
- Couche de cuivre intérieure
- Polyimide
- Couche de cuivre intérieure
- Préimprégné———————->ligne de jonction
- FR4 (matériau de base)
- Couche de cuivre inférieure
- Solder Mask
Côté circuit imprimé flexible en cuivre à 2 couches
- Couverture (Protection)————->ligne de jonction
- Adhésif Coverlay
- Couche de cuivre intérieure
- Polyimide (matériau de base)
- Couche de cuivre intérieure
- Adhésif Coverlay
- Couverture (Protection)————>ligne de jonction
Ci-dessus, vous pouvez observer des empilements rigides et flexibles dans un panneau unique. Les circuits imprimés rigides doivent se trouver aux extrémités de la partie flexible, située au centre de ces circuits imprimés rigides. Comment ces circuits imprimés sont-ils assemblés ? Grâce aux espaces vides présents dans les couches internes des circuits imprimés rigides. Les couches de cuivre internes des circuits imprimés rigides deviennent ainsi les couches de cuivre des circuits imprimés flexibles. En résumé, le circuit imprimé flexible ne fait plus qu'un avec le circuit imprimé rigide, la couche préimprégnée de ce dernier assurant la liaison avec la couche de protection et son adhésif.
Comment commencer la création d'un circuit imprimé flexible ?
À l'aide de n'importe quel logiciel de conception de circuits imprimés (PCB) doté de paramètres de couches, vous pouvez créer un circuit imprimé flexible. En tant que concepteur de PCB, vous devez définir la structure des couches de votre circuit imprimé, comme pour tout circuit imprimé standard. Ces couches comprennent le cuivre (dessus, dessous ou interne), le vernis épargne (dessus et dessous), la pâte à braser (dessus et dessous), la sérigraphie (dessus et dessous), le contour du circuit, etc. Vous pouvez ensuite procéder au routage des couches de cuivre de votre circuit imprimé flexible. Les circuits imprimés flexibles nécessitent des considérations de conception particulières en raison de leur fine structure en plastique.
Envoyer votre conception à un fabricant
Une fois vos cartes conçues et vérifiées, vous pouvez générer les fichiers de fabrication comme pour n'importe quel circuit imprimé standard. Vous pourrez ensuite les envoyer à votre fabricant de circuits imprimés.
Il appartient à votre fabricant de circuits imprimés de traiter et de fabriquer votre circuit imprimé flexible. Vous devez donc lui communiquer vos attentes concernant le produit final. Cela inclut notamment l'épaisseur du circuit imprimé flexible (épaisseur de la carte), les raidisseurs, la couleur du vernis épargne, la finition de surface, etc.
Comment spécifier un circuit imprimé rigide-flexible ?
Bien qu'un circuit imprimé rigide-flexible possède une structure et une forme spécifiques, vous pouvez le concevoir comme un circuit imprimé standard avec votre logiciel de CAO. L'élément crucial est de bien communiquer à votre fabricant la structure et le format du circuit imprimé rigide-flexible souhaités. Vous pourrez ainsi utiliser les fonctions de découpe des bords, le contour de la carte et les autres calques utilisateur de votre logiciel de CAO. Ce processus permet de définir les limites entre les parties rigides et flexibles de votre carte.
Par exemple, vous pouvez définir la partie flexible (qui englobe également le contour de votre circuit imprimé) sur le calque de contour ou de découpe des bords. Ensuite, définissez les limites rigides de votre circuit imprimé à l'aide d'un calque utilisateur. Le choix du style vous appartient. L'important est de transmettre les informations relatives aux limites et à l'empilement des composants à votre fabricant de circuits imprimés.
Conclusion
Les circuits imprimés flexibles et rigides-flexibles sont une excellente solution pour miniaturiser, faciliter la mobilité et optimiser l'espace dans vos projets. Comprendre leur structure et leur processus de fabrication est essentiel pour bien les appréhender. La conception de circuits imprimés flexibles et rigides-flexibles est similaire à celle des circuits imprimés rigides FR4, à ceci près qu'il est impératif de vérifier explicitement certains paramètres et processus clés auprès de votre fabricant. Il s'agit notamment de l'empilement des composants, des limites du type de carte, du processus de fabrication et des matériaux utilisés.