Flexibilní desky plošných spojů: Types, design a aplikace

Flexibilní desky plošných spojů se ohýbají, aby se vešly do zakřivených a těsných prostor. Používají tenké vrstvy mědi na flexibilní fólii, která umožňuje inženýrům vytvářet menší zařízení. Najdete je uvnitř fotoaparátů, chytrých telefonů a lékařských nástrojů. Ohyb a skládání poskytují nové možnosti uspořádání a umožňují jim přenášet signály s vysokou spolehlivostí.

Flexibilní desky plošných spojů pomáhají snižovat prostor a hmotnost zařízení. Návrháři mohou vytvářet zařízení, která vypadají štíhle a lehké, zatímco nositelná zařízení získávají na pohodlí a pevnosti. Výrobci mohou omezit počet montážních kroků, a tím ušetřit čas na výrobních linkách. Flexibilní desky také odolávají pohybu a namáhání při každodenním používání. Tuto technologii využívá široká škála zařízení, včetně elektromobilů, dronů a chytrých domácností. Tento růst vám vytváří mnoho nových nástrojů.

Čtěte dále a podíváme se na hlavní typy flexibilních desek plošných spojů, jejich strukturu a jejich výhody a nevýhody. Také je porovnáme s populárnějšími pevnými deskami plošných spojů a vysvětlíme, proč byste měli zvážit flexibilní desky plošných spojů. 

Co je flexibilní PCB?

Flexibilní deska plošných spojů (PCB) je tenká elektronická deska postavená na ohebné fólii. Obsahuje měděné vodiče, které přenášejí energii a signály po desce. Základní fólie se může kroutit nebo ovíjet kolem součástek. Můžete ji také tvarovat tak, aby se vešla do úzkých nebo zakřivených prostor. Tato volnost ji činí ideální, když plochá deska nestačí.

Pevné desky plošných spojů (PCB) jsou umístěny na tvrdém, plochém substrátu, který odolává ohýbání a drží tvar i při namáhání. Flexibilní desky plošných spojů se naopak ohýbají a prohýbají při pohybu nebo při těsném uložení. Můžete je složit do kompaktních zařízení, čímž šetříte konektory a kabely. Snižuje se také hmotnost a počet kroků montáže. Tato změna designu vám umožňuje mnoho nových rozvržení.

Flexibilní desky používají jako substráty fólie, jako je polyimid nebo polyester. Měděná fólie se k této fólii připojí speciálním lepidlem a krycí vrstva chrání vodivé desky a zároveň zachovává jejich pružnost. Můžete se setkat s výztuhami přidanými k uchycení součástí a také s krycími fóliemi pro izolaci a pevnost. Počet a tloušťka vrstev se liší podle použití, aby se vyvážila pružnost a odolnost.

Flexibilní desky plošných spojů (PCB) najdete ve fotoaparátech, telefonech, nositelné elektronice a senzorech. Hodí se do lékařských skenerů, chytrých brýlí a dronů. Automobilky je používají v palubních deskách a senzorech, zatímco kosmické lodě a satelity se spoléhají na jejich nízkou hmotnost a ohyb. Flexibilní desky jsou také velmi důležité u robotů, kteří se pohybují.

Typy flexibilních desek plošných spojů

Existuje mnoho typů flexibilních desek plošných spojů, které se používají pro různé elektrické součástky a zařízení. Zde se na některé z nich podíváme blíže.

Jednostranné Flex PCB

Jednostranná flexibilní deska plošných spojů (PCB) umisťuje měděné stopy na jednu stranu tenké vrstvy. Polyimidová vrstva funguje jako nosič signálu, když se ohýbá v malých prostorech. Krycí vrstva chrání stopy a značky, které slouží jako ohybové body. Toto uspořádání vytváří tenkou desku s dostupnými náklady pro základní elektronické cesty.

Inženýři obvykle používají jednostranné flexibilní desky pro senzorové pásky a LED pásky, stejně jako pro základní signální propojení. Deska se během výroby ohne nebo zůstane plochá. Jediný řez v kabelových svazcích a kabelech snižuje jak potřebný prostor, tak hmotnost systému. Jedna měděná vrstva také umožňuje výrobním firmám udržovat nízké výrobní náklady a zároveň zjednodušovat výrobní procesy pro krátké výrobní série.

Návrh Nemůže podporovat složité zapojení bez dalších propojek. Celá trasa je pečlivě naplánována, což eliminuje jakoukoli možnost křížení. Další připojení vyžadují buď propojky, nebo externí vodiče. Přidání výztuh vede ke zvětšení tloušťky desky, protože slouží jako konektory nebo prvky pro montáž součástí.

Oboustranná deska Flex PCB

Oboustranná flexibilní deska plošných spojů (PCB) drží měď na obou stranách své fólie. Průchozí otvory a mikropropojky propojují různé vrstvy desky. Další možnosti směrování se zvyšují v rámci stejné rozměrové plochy. Každá strana flexibilní desky plošných spojů je opatřena ochrannými krycími vrstvami, které také zpevňují oblasti náchylné k ohýbání. Deska si zachovává svůj tenký profil i při práci s průměrnou úrovní složitosti a hustotou signálu.

Oboustranné flexibilní desky plošných spojů se objevují uvnitř skenerů čárových kódů a kabelů kamer, stejně jako v LED podsvícení. Dodatečná vrstva umožňuje lepší výkon oddělením napájení od datových linek. Výrobní procesy, které zahrnují vrtání a pokovování, zvyšují výrobní náklady nad úrovně jednostranné konstrukce. Flexibilita v umístění součástí a směrování kritických sítí představuje pro konstruktéry výhody.

Proces frézování v ohybových zónách vyžaduje důkladné plánování, aby se zabránilo praskání prostupů. Výrobní proces vyžaduje umístění prostupů v oblastech, které se vyhýbají zakřiveným úsekům, a zároveň použití zesílených otvorů v krycí vrstvě. Pravidla výrobce určují rozměry tras pro zachování spolehlivosti během ohýbacích operací. Stanovená pravidla umožňují dosáhnout vysoké hustoty při zachování dlouhodobé spolehlivosti v nositelných a skládacích systémech.

Vícevrstvá flexibilní deska plošných spojů

Vícevrstvá flexibilní deska plošných spojů kombinuje tři nebo více měděných vrstev uvnitř flexibilních filmů. Vnitřní měděné vrstvy obsahují napájecí a zemnící roviny, které slouží ke snížení šumu. Propojení vrstev probíhá přes slepé nebo zapuštěné mikrootvory, aby se minimalizovaly prostorové nároky. Vrstva krycí vrstvy spojuje všechny měděné vrstvy před opotřebením způsobeným ohybem.

Vysokorychlostní obvody, spolu s RF moduly a kompaktními kamerovými konektory, těží z tohoto specifického typu flexibilní desky plošných spojů. Tenké, flexibilní pouzdro obsahuje vrstvy pro napájení a uzemnění při přenosu signálů. Lepší integrity signálu a kontroly EMI se dosahuje kompromisy v designu se zvýšenými náklady. Výrobní proces vyžaduje přesné zarovnání, specifické laminační tlaky a řízené tepelné zpracování pro každou vrstvu lepidla.

Včasné stanovení počtu vrstev se ukazuje jako zásadní, protože další vrstvy vytvářejí jak tloušťku, tak i další procesy leptání. Kritické sítě je třeba namapovat na vnitřní vrstvy, aby se dosáhlo ochrany během pohybu. Počet vrstev ve vrstvě určuje omezení poloměru ohybu, která musí konstruktéři zvážit při přizpůsobování svých konstrukčních požadavků těmto omezením. Rovnováha mezi spolehlivostí a flexibilitou může být zachována v celé desce.

Flex PCB

Jakýkoli elektronický obvod, který k konstrukci používá flexibilní substrátovou vrstvu, se kvalifikuje jako flexibilní deska plošných spojů (PCB). Flexibilní deska plošných spojů zahrnuje základní jednovrstvé konfigurace spolu se složitými vícevrstvými konstrukčními typy. Výběr materiálů a tloušťky mědi závisí na očekávaném počtu ohybů. Statické flexibilní desky se ohýnají jen jednou, zatímco dynamické flexibilní desky musí zvládat kontinuální ohybové pohyby.

Statické flexibilní desky slouží konkrétně k podepření skládaných sestav fotoaparátů a telefonů. Proces vyžaduje jejich ohnutí a následné udržení v nové poloze. Pohyblivé spoje a skládací displeje vyžadují pro svou činnost dynamické flexibilní desky. Pro odlehčení pnutí mědi a neutrální linie ohybu je nutné implementovat speciální konstrukce. Vaše konstrukce desky vydrží tisíce cyklů ohybu bez poškození.

Výběr flexibilních desek plošných spojů vám umožňuje najít rovnováhu mezi požadavky na pohyb a náklady na výrobek. Náklady na jednorázové ohyby zůstávají nižší než náklady na dynamické sestavení v průběhu návrhu a výroby. Výběr vhodného stylu fólie a krycí vrstvy a tvaru stopy závisí na vašem profilu pohybu a rozpočtových požadavcích a na těchto rozhodnutích spolupracujete s vaším výrobcem.

Flexibilní s výztuhou(ami)

Pevné podložky připevněné k flexibilním deskám plošných spojů fungují jako výztuhy, které podpírají těžké součásti a konektory. Materiály výztuh se skládají z FR4, polyimidu a tenkých kovových plechů. Spoje se používají k připevnění výztuh v místech vyžadujících plochou montáž nebo zvláštní pevnost. Kombinace flexibilních a pevných zón v konstrukci fólie umožňuje připevnění konektoru bez poškození materiálu fólie.

Proces návrhu vyžaduje, aby konstruktéři instalovali výztuhy pod okraje desky a zároveň je umístili pod kontaktní plošky a testovací body. Deska se řeže do tvaru s malými otvory, aby se zajistilo, že se v jejím okolí bude dařit ohýbat. Lepicí vrstvy zajišťují bezpečné uchycení výztuh a zároveň zabraňují hromadění delaminace nebo nerovností. Přechody mezi výztuhami jsou zakryty krycí fólií, aby se dosáhlo plynulého ohybu.

Zavedení výztuh ovlivňuje tloušťku desky v určitých oblastech, proto je třeba ověřit přístupnost montážních nástrojů. Je třeba upravit jak šablony pájecí pasty, tak nastavení zařízení Pick-and-Place. Dodatečný proces nastavení zaručuje, že součásti si udrží správné zarovnání a pájené spoje si zachovají svou pevnost i přes pohyby okolní flexibilní fólie.

Pevná ohebná deska plošných spojů

Pevná a flexibilní deska plošných spojů (PCB) kombinuje pevné a flexibilní části desky v jednom dílu. Výrobní proces zahrnuje umístění flexibilních fólií mezi pevné vrstvy před spojením všech vrstev dohromady. Hybridní konstrukce eliminuje požadavky na kabely, protože pevné ostrůvky používají k vzájemnému propojení flexibilní můstky. Deska si zachovává svou pevnost v určitých oblastech, ale v jiných částech získává flexibilitu.

Tuhé a flexibilní desky plošných spojů (PCB) se používají v leteckém průmyslu, lékařských implantátech a vojenském vybavení. Tyto desky efektivně fungují v náročných prostředích, která vyžadují různé úrovně tuhosti. Deska obsahuje pevné části, které podpírají těžké součástky, a flexibilní sekce, které vytvářejí kabelovité struktury nebo mají skládací schopnosti. Výroba vyžaduje přesné spojování vrstev, řízenou laminaci a přesné zarovnání měděných oblastí.

Proces návrhu tuhých a flexibilních konstrukcí začíná stanovením mechanických uložení a určením profilů ohybu od samého začátku. Váš návrh určuje ploché oblasti a oblasti, které je třeba ohýbat. Váš CAD nástroj musí podporovat návrh tuhých i flexibilních skládaných prvků. Proces pečlivého plánování vede k jediné sestavě, která snižuje hmotnost a prostorové požadavky a zjednodušuje kroky montáže.

Struktura flexibilních desek plošných spojů

Konstrukce flexibilní desky připomíná tenkou sendvičovou strukturu s ohýbatelnými vlastnostmi. Hlavní součástí tohoto systému je flexibilní substrátový materiál. Fólie slouží jako základ, na který se připevňuje měděná fólie a vytváří tak potřebné obvody.

Lepicí vrstvy fungují jako pojivové materiály, které drží součástky obvodu na místě během ohýbání. Měděné vodiče jsou chráněny před opotřebením a vlhkostí nanesením vrchní krycí vrstvy.

Jak moc můžete ohnout desku plošných spojů?

Poloměr ohybu určuje maximální zakřivení flexibilních desek. Standardní míra flexibility v ohybu se rovná desetinásobku tloušťky desky. Poloměr 1 mm slouží jako minimální požadavek pro ohnutí desky o tloušťce 0.1 mm bez poškození. Jediný ohyb je možný s pětinásobnou tloušťkou, ale to by mohlo vést k prasknutí desky.

Volba materiálu ovlivňuje flexibilitu. Materiál polyimid si při zahřívání zachovává své pevnostní vlastnosti a odolává mnoha cyklům pružnosti. Polyesterový materiál se nejlépe hodí při navrhování statických ohybů. Důležitá je také tloušťka mědi. Pevnost v ohybu tenké mědi se zvyšuje, zatímco požadované napětí klesá.

Role výztuhy v návrhu flexibilních desek plošných spojů

Výztuhy slouží k udržení rovinnosti a stability kontaktních plošek součástek. Výztuhy se umisťují pod konektory, integrovanými obvody a testovacími body. Pájené spoje mají tendenci praskat, pokud výztuhy chybí během ohýbání. Pro spojení výztuh byste měli použít tepelně odolné lepidlo. Součástka zůstane pevně na místě, zatímco pohyb desky desky zůstane blokován.

Nejčastěji používanými materiály pro výztuhy jsou FR4, polyimid a hliník. FR4 nabízí levnou a pevnou základnu. Polyimidové výztuhy odpovídají flexibilitě podkladu. Hliník slouží jako pevný materiál pro konektory, které vyžadují dodatečnou strukturální oporu. Výztuhy je třeba před ohýbáním tvarovat, přičemž je třeba zachovat odhalené hrany pro celý proces. Výztuhy se umisťují buď pod součástky, nebo na hrany desky, aby se usměrnil proces montáže.

Přidání výztuh ovlivňuje tloušťku specifických oblastí desky. Před montáží je třeba zohlednit jak požadavky na výšku, tak i montážní mezery. Proti vlivům prostředí se chrání nanesením pásky nebo krycí fólie na okraje výztuh. ​​Umístění okrajů výztuh pod pásku nebo krycí fólii zajišťuje kvalitu frézování a chrání fólii před odlupováním v místech spojení výztuhy a flexibilních profilů.

Tipy pro navrhování flexibilních desek plošných spojů

Šířku a rozteč vodičů naplánujte v rané fázi návrhu. Širší vodiče vedou více proudu, ale zvyšují tuhost. Užší vodiče umožňují menší ohyb, ale omezují proud. Používejte konzistentní rozteče, abyste zabránili zkratu při ohybu. Udržujte minimální hodnoty v rámci možností vašeho výrobce.

Namapujte oblasti ohybů a udržujte citlivé sítě v dostatečné vzdálenosti. Umístěte čáry ohybu tam, kde se deska bude mírně zakřivovat. Vyhněte se umisťování prostupů na ohybové zóny. Na konce tras přidejte reliéfní vzory, například tvary psí kosti. To rozloží napětí a zabrání prasklinám při ohýbání desky.

Pokud je to možné, umisťujte součástky mimo zóny ohybu. Používejte povrchově montované součástky s nízkými profily. Pokud musíte umístit součástky do zóny ohybu, použijte flexibilní konektory nebo patice s nulovou silou pro zasunutí. Vysokorychlostní nebo vysoce přesné sítě veďte na stabilních úsecích, abyste omezili zkreslení signálu v důsledku ohybového pohybu.

Vyberte si CAD nástroje, které zvládají simulaci ohybu, vrstvení a ohybu. Mnoho nástrojů pro desky plošných spojů umožňuje kreslit neutrální ohybové čáry a vizualizovat napětí v mědi. Definujte vrstvení pomocí substrátu, lepidla, mědi a krycí vrstvy. Exportujte data ohybů do strojírenského CADu pro návrh pouzder. Tento pracovní postup zajišťuje včasné odhalení problémů s usazením nebo kolizemi.

O PCBasicu

Čas jsou ve vašich projektech peníze – a PCBasic chápe PCBasic je Firma pro montáž desek plošných spojů který pokaždé přináší rychlé a bezchybné výsledky. Náš komplexní Montážní služby PCB zahrnují odbornou technickou podporu v každém kroku, což zajišťuje špičkovou kvalitu každé desky. Jako přední Výrobce sestav plošných spojů, Nabízíme komplexní řešení, které zefektivní váš dodavatelský řetězec. Spolupracujte s naší pokročilou Továrna na prototypy plošných spojů pro rychlé vyřízení a vynikající výsledky, na které se můžete spolehnout.

Výhody flexibilních desek plošných spojů

Flexibilní desky plošných spojů (PCB) přinášejí mnoho výhod, které vám umožňují navrhovat těsné rozvržení s malým počtem součástek. Zde jsou hlavní výhody.

•  Šetří místo tím, že se deska dá složit i do úzkých míst.

•  Snižují hmotnost vašeho zařízení použitím tenkých fólií.

•  Z návrhu odstraníte přebytečné kabely a konektory.

•  Snižují počet montážních kroků a urychlují výrobu.

•  V pohyblivých částech s deskami, které se ohýbají, vydrží déle.

•  Snížíte náklady na dopravu díky lehčímu finálnímu produktu.

Nedostatky flexibilních desek plošných spojů

Přestože flexibilní desky plošných spojů přinášejí mnoho výhod, existuje s nimi i několik nevýhod. Zde je několik z nich.

•  Za materiál a speciální zpracování můžete zaplatit více.

•  Vyžadují pečlivé zacházení a zakázkovou montáž.

•  Omezují zatížení ohybových oblastí.

•  U těžkých spojek nebo dílů je nutné přidat výztuhy.

•  Vyžadují testování a kontrolu, aby se včas odhalilo poškození ohybem.

Flexibilní deska plošných spojů vs. pevně-flexibilní deska plošných spojů

Výrobní metody flexibilních a tuhých-flexibilních desek plošných spojů se liší, ačkoli slouží stejným funkčním požadavkům. Následující tabulka ilustruje hlavní rozdíly mezi flexibilními a tuhými-flexibilními deskami plošných spojů.

Služby výroby prototypů flexibilních desek plošných spojů od PCBasic

Služba rychlé výroby prototypů flexibilních desek plošných spojů od společnosti PCBasic zvládne jakoukoli úroveň složitosti prototypů. Soubory Gerber a specifikace pro stack-up můžete zaslat pomocí naší online platformy. Kontrola návrhu od našich inženýrů poskytuje rady ohledně poloměru ohybu, šířky tras a rozměrů průchodů krycí vrstvy. Komunikace mezi vámi a výrobcem probíhá prostřednictvím e-mailů a chatu v reálném čase.

Společnost PCBasic používá přesné laserové řezačky k frézování vašeho prototypu před přidáním měděné fólie k polyimidovým filmům pomocí plotovacích procesů. Dodržujeme vaše požadavky na spojení krycích materiálů a výztuh. ​​Montážní hala v naší společnosti provádí pájení dílů a zároveň provádí funkční testy pomocí cyklů ohebnosti. Zpráva obsahuje fotografie spolu se zkušebními protokoly a kompletní dokumentaci.

Proč investovat do čističky vzduchu?

Technologie flexibilních desek plošných spojů odhaluje nové designy produktů díky minimalizovanému využití prostoru, sníženým hmotnostním požadavkům a zjednodušeným montážním postupům. V závislosti na požadavcích vašeho projektu nabízíme jednostranné desky, vícevrstvé a tuho-flexibilní provedení. Spolehlivost za pohybu je možná díky pečlivému plánování materiálů a tras a zohlednění ohybu.

Odborné znalosti a rychlý proces tvorby prototypů a výroby, které výrobci jako PCBasic nabízejí svým zákazníkům. Použití vhodného typu flexibilní desky vám umožňuje efektivně a s jistotou vyvíjet tenká dynamická zařízení.