di Albert Schweitzer, Fineline Italy Srl
Prima di rispondere al motivo per cui i PCB rigido-flessibili sono più costosi dei PCB rigidi convenzionali, diamo prima un’occhiata a due immagini schematiche che illustrano la struttura e i materiali utilizzati nei PCB rigidi e rigido-flessibili (Figura 1).
Queste immagini ci aiutano a comprendere meglio le ragioni delle significative differenze di prezzo tra le due tecnologie. A prima vista, risulta chiaro che la maggior parte dei materiali utilizzati nei PCB rigidi e rigido-flessibili sono diversi.
Figura 1: Struttura e materiali diversi dei PCB rigidi e rigido-flessibili
Ora rispondiamo alla domanda sul perché i PCB rigido-flessibili siano molto più costosi dei PCB convenzionali. I principali fattori di costo, come la dimensione del PCB, il numero di strati, il tasso di utilizzo del pannello e la complessità del layout, sono gli stessi sia per i PCB rigidi standard che per i PCB rigido-flessibili. Questi fattori di costo si applicano in egual misura a entrambe le tecnologie.
Tuttavia, esistono differenze significative nei costi dei rispettivi materiali di base.
Nella produzione di PCB rigido-flessibili, i coefficienti di espansione termica (X, Y, CTE) dei diversi materiali devono essere considerati in misura molto maggiore.
“Fondamentalmente, si può affermare che i costi talvolta esponenzialmente più elevati dei PCB rigido-flessibili sono dovuti principalmente ai costi più elevati delle materie prime.”
Un tipico PCB rigido-flessibile costa circa SETTE VOLTE di più dello stesso design in un PCB rigido e due o tre volte di più rispetto a un PCB flessibile comparabile con rinforzi FR-4.
I Fattori di Costo
I principali fattori di COSTO della tecnologia rigido-flessibile sono:
- Prepreg senza flusso
- Laminato flessibile rivestito di rame
- Processo di produzione complesso rispetto ai PCB rigidi
Esaminiamo più da vicino questi tre fattori di costo più importanti.
1. Prepreg senza flusso
Il fattore di costo più significativo qui è il cosiddetto prepreg “senza flusso”. I produttori di PCB rigido-flessibili devono utilizzare prepreg senza flusso o a basso flusso per evitare che la resina fluisca nelle aree flessibili del circuito. I prepreg senza flusso sono progettati per offrire un flusso sufficiente per riempire i circuiti nelle aree rigide del circuito, ma non abbastanza da fuoriuscire nelle aree flessibili.
A seconda del materiale, i prepreg senza flusso e a basso flusso costano da 6 a 12 volte di più rispetto ai prepreg standard ad alto flusso convenzionali per PCB rigidi. Questo da solo porta a una differenza di prezzo considerevole solo per i prepreg.
La notevole differenza di prezzo tra PCB rigido-flessibili e PCB rigidi è dovuta anche al fatto che i prepreg senza flusso sono disponibili solo nei tipi di tessuto di vetro 1080 e 106. Questi due tipi di tessuto di vetro appartengono alla categoria dei tipi di tessuto di vetro sottile, che sono sempre più costosi rispetto ai tipi di tessuto di vetro più spessi come 2113, 2116 e 7628, che sono molto spesso utilizzati per i PCB rigidi.
Per garantire un buon flusso di resina e un’isolazione affidabile tra gli strati, è consigliabile utilizzare sempre due strati di prepreg, come con i PCB rigidi standard. Il prepreg, come tutti gli articoli prodotti, presenta una certa variabilità attraverso il foglio, compreso il contenuto di resina. Se c’è un’area con un contenuto di resina inferiore, potrebbe non riempirsi adeguatamente, causando carenza di resina e, in ultima analisi, cortocircuiti. Quando si utilizzano prepreg senza flusso, è ancora più importante utilizzare due strati di prepreg.
Un semplice PCB rigido-flessibile a 8 strati avrà 10 fogli di prepreg senza flusso. Otto fogli vengono utilizzati per legare il pacchetto e due fogli vengono utilizzati per accoppiarsi con il rivestimento di copertura per creare un design del rivestimento di copertura a ritaglio per un packaging ad alta affidabilità (Figura 2).
Figura 2: Struttura standard a strati di un PCB rigido-flessibile a 8 strati
Assumendo una differenza di prezzo media di 10 volte tra i prepreg standard e i prepreg senza flusso, i costi possono accumularsi molto rapidamente, anche per semplici design con un numero ridotto di strati. Nel nostro esempio con 10 strati di prepreg senza flusso, la differenza di prezzo è già considerevole e con un numero maggiore di strati, l’impatto sui costi è ancora più serio.
SE il tuo design utilizza principalmente uno spessore di rame di 17 µm o 35 µm, il produttore di PCB rigido-flessibili utilizzerà di solito stili di vetro 1080, che sono meno costosi.
SE il tuo design utilizza uno spessore di rame di 70 µm o 105 µm, il produttore deve utilizzare gli stili di vetro 106 a causa delle loro caratteristiche di flusso leggermente più favorevoli, ma questi sono il 50% più costosi rispetto ai prepreg 1080. L’uso di più strati di 106 per riempire pesi di rame più spessi può aumentare molto rapidamente il prezzo del pannello.
2. Laminato flessibile rivestito di rame
Un fattore di costo minore nella costruzione rigido-flessibile è il laminato flessibile rivestito di rame (FCCL), solitamente basato su materiale in poliimmide. Oggi vengono utilizzati esclusivamente materiali flessibili senza adesivo, come raccomandato dall’IPC (IPC 2223 5.2.2.2) per costruzioni rigido-flessibili ad alta affidabilità. I materiali flessibili senza adesivo costano da 3 a 5 volte di più rispetto ai materiali rigidi standard. Per circuiti con strati superiori, ciò può comportare anche una differenza di prezzo significativa.
Se il tuo design ha requisiti di impedenza controllata, il produttore di PCB rigido-flessibili utilizzerà di solito dielettrici flessibili più spessi per soddisfare i valori più comuni. Questi materiali flessibili più spessi hanno una curva di prezzo esponenziale: il prezzo raddoppia con ogni millimetro aggiuntivo di spessore. Con i pannelli rigidi, ci sono difficilmente differenze di prezzo in termini di spessore del materiale; questo non è il caso dei laminati flessibili, dove lo spessore del dielettrico di base determina il prezzo.
3. Processo di Produzione complesso rispetto ai PCB rigidi
A prima vista, un tipico PCB flessibile o rigido-flessibile sembra abbastanza normale. Tuttavia, la natura di questi PCB richiede diversi passaggi aggiuntivi nel processo di produzione. Il produttore può iniziare con una pellicola di poliimmide flessibile pre-laminata o una pellicola di poliimmide non rivestita e quindi laminare o placcare il rame per la prima placcatura. È necessario un sottile strato di adesivo per laminare la pellicola, mentre uno “strato di semina” di rame è richiesto per la placcatura senza adesivo. Un tale circuito flessibile a uno o due lati viene forato, placcato attraverso, e inciso, seguendo essenzialmente gli stessi passaggi dei nuclei a doppia faccia tipici dei PCB rigidi.
I principali fattori di costo per i PCB rigido-flessibili elencati qui sono di gran lunga i più importanti. Ce ne sono altri, ma sono meno influenti rispetto a quelli menzionati sopra.
Come accennato in precedenza, un PCB rigido-flessibile è più costoso da produrre rispetto al flessibile con rinforzi dal punto di vista dei materiali e del processo. A volte, un progetto PCB può utilizzare flessibili con rinforzi, ma se il design richiede il montaggio superficiale su ciascun lato del circuito, non può essere utilizzato un rinforzo. Tuttavia, se esiste un modo per rendere rigido un flessibile per un progetto, gli esperti tecnici del tuo fornitore suggeriranno di farlo per ridurre i costi.
Conclusione
In questo articolo, abbiamo appreso le ragioni per cui i PCB rigido-flessibili sono più costosi dei PCB rigidi normali.
D’altra parte, la tecnologia rigido-flessibile offre vantaggi significativi come la riduzione di peso e volume, l’affidabilità delle connessioni elettriche grazie alla polarità e alla sicurezza dei contatti, risparmi sui connettori, sui componenti dei connettori e dei cavi, capacità di carico dinamico e meccanico, ecc.
Dopo un’analisi costi-benefici, spesso scoprirai che con questa tecnologia puoi persino risparmiare denaro.
