Flex Print – 3 fejl du bør undgå

Flex print udnyttes i stigende grad til at holde formfaktoren af designet nede. Det har i en årrække været brugt i høreapparater, smartphones, kameraer mm. Denne brug har gjort at flex er blevet billigere og er derfor mere tilgængeligt end tidligere. Men med øget fleksibilitet kommer der også markante problemstillinger, man skal huske at adressere, når der designes flex print.

1. Baneimpedans

Figur 1: Impedanskontrolleret bane på hatched referenceplan.

Fleksibilitet er – i sagens natur – essentielt når der designes flex print, og af samme grund anbefales det at holde antallet af lag til et minimum og undgå fuldt kobber referenceplaner, hvis printet skal være meget fleksibelt. Mere kobber, giver et stivere print. Crosshatched referenceplaner er en måde at minimere mængden af kobber på et print, dette opnås ved at lave et grid af baner i stedet for et fuldt kobber referenceplan (se figur 1). Denne måde at lave referenceplan på, har den fordel at forøge printets evne til at bukke, derudover kan crosshatched referenceplaner vælges for at sikre at impedanskontrolleredebaner er producérbare.

Figur 2: IPC guidelines for overgang mellem rigid til Flex print

Dette skyldes at referenceplanet består af mindre kobber, dermed mindskes koblingen til referenceplanet og den karakteristiske impedans af banen stiger.
På den måde har man endnu en variabel, udover dielektrikummets tykkelse og banebredde at variere på når man skal sikre at de impedanskontrollerede baner er producérbare.

For at opnå korrekte baneimpedanser samtidigt med at overholde guidelines såsom IPC-2223d-6-1, se figur 2, kræver ekstra eftertanke. Dette skyldes at banebredde og tranmissionslinje type, typisk ændre sig i overgangen fra rigid til flex. Forkert design kan medfører impedans mismatch, eller baner der knækker, når flex printet bøjes.

 

TDR-måling
Figur 3: Flex print Test Board

Til måling impedans på (flex) print bruges måleteknikken TDR (Time Domain Reflectometry). Det fungerer ved at sende en puls eller et step ind i ens DUT og måle de refleksioner, der kommer tilbage grundet impedans mistilpasning. Pulsen har typisk en risetime mellem 20-100 ps, og indeholder dermed et bredt spektralt indhold, hurtigere risetime giver en bedre opløsning og det gør at kortere afstande måles.

Da TDR er en måling i tidsdomænet kan vi få informationer ud såsom afstand og tid, man kan altså se impedans ændringer på et print eller
en transmissionlinje plottet i forhold til afstand.
Dette gør det mere intuitivt at aflæse impedans ændringer i signalvejen.

På billedet nedenfor kan ses en TDR-måling på et 4 lags print.
På TDR-målingen kan man tydeligt se ændringen i impedans i
overgangen fra SMB konnektor til print, fra rigid til flex osv.

Figur 4: TDR måling af 4 lags flex print

2. Crosstalk

Crosstalk er er problem i flex print såvel som i almindelige rigid print. Dette problem vokser når et crosshatched referencelag introduceres, da den løsere kobling til referencelaget kan forøge koblingen til nærtliggende baner med mere end 5 dB1.

Det er derfor essentielt at route potentielt støjende baner væk fra følsomme signaler, især hvis der bruges crosshatching. Udover at forebygge crosstalk i routing fasen kan drive strength have stor indflydelse på niveauet af crosstalk. Nedjustering af udgangstrinet på f.eks. en FPGA kan altså nedsætte crosstalk.

3. Udstråling

Det er altid i vores bedste interesse at begrænse
udbredelse og modtagelse af elektromagnetisk interferens.
EMI kan ødelægge tidsplaner og budgetter når produktet
skal godkendes.

Interferensbegrænsning – og dermed EMC – kan opnås ved at tackle kilderne til interferens, hæmme kobling og/eller beskytte nærtliggende signaler. På flex print vil dette typisk
gøres vha. skærmning af signalbaner med enten fuldt kobber
referencelag eller crosshatching. Et fuldt kobber referencelag
på top og bund vil gøre bukkeradius markant større. Men reducere udstråling med op til 15 dB i forhold til crosshatched referenceplaner, og op til 20 dB i forhold til en almindelig microstrip transmissionslinje.
Her er det op til designeren at finde det optimale kompromis
mellem skærmning og bukkeradius.

 

Såfremt du måtte have spørgsmål eller kommentarer til denne artikel, eller måtte have brug for hjælp i forbindelse med PCB Layout eller andre af vores services, så kontakt mig på lr@circleconsult.dk

Og,  vi kommer gerne ud til jer og afholder en præsentation for jeres afdeling eller virksomhed.

 

 

 

Kilder:
1: Dette er baseret på målinger lavet på test print i forbindelse med Circle Consults flex PCB Seminar Maj 2019 – Excel sheet med Data

https://www.polarinstruments.com/support/stackup/AP534.html

https://docplayer.net/61319217-Eda365-designcon-shielded-flex-circuitry-what-drives-performance-jim-nadolny-samtec.html

Creative Commons LicenseThis work is licensed under a Creative Commons Attribution-Noncommercial-Share Alike 2.5 Generic License.