Dans la conception de produits électroniques modernes, les circuits imprimés (PCB) flexibles et rigides-flexibles sont largement utilisés en raison de leur légèreté et de leur flexibilité. Cependant, ces circuits imprimés se déforment ou s'endommagent facilement sous l'effet des contraintes mécaniques lors du soudage, de l'assemblage et d'une utilisation prolongée. Par conséquent, un élément capable d'améliorer la résistance et la stabilité structurelles du circuit imprimé est nécessaire : les raidisseurs de PCB. Cet article approfondit les raidisseurs de PCB, notamment leur définition, leurs principales fonctions, leurs applications, leurs avantages et leurs points de conception.
Qu'est-ce qu'un raidisseur PCB ?
Le raidisseur pour PCB est un matériau utilisé pour augmenter la rigidité structurelle et la résistance des PCB flexibles et rigides-flexibles. Il contribue non seulement à améliorer les propriétés mécaniques des circuits imprimés, mais aussi à optimiser l'assemblage, rendant les cartes plus stables même avec des composants plus lourds. En particulier pour les PCB flexibles, il peut fournir un soutien mécanique supplémentaire pour éviter toute déformation ou tout dommage pendant le fonctionnement, le soudage et l'utilisation. De manière générale, le raidisseur pour PCB joue un rôle important dans l'amélioration de la stabilité et de la durabilité des circuits imprimés.
Pourquoi les circuits imprimés flexibles ont-ils besoin de raidisseurs ?
Un circuit imprimé flexible nécessite un raidisseur principalement pour améliorer sa résistance mécanique et sa stabilité. Le matériau d'un circuit imprimé flexible étant très fin et pouvant être plié, certaines zones clés nécessitent souvent un support et une protection supplémentaires pour préserver leur intégrité pendant l'utilisation. Ce type de renfort est couramment utilisé dans les zones de soudage, les ports de connecteurs, les zones de composants lourds et autres zones nécessitant une résistance accrue. Par exemple :
1. Zone de soudage :
Les circuits imprimés flexibles se déforment lors du soudage, ce qui fragilise les points de soudure et affecte la stabilité des connexions électriques. Il est alors nécessaire d'ajouter un renfort de circuit imprimé dans la zone de soudure, notamment au niveau du connecteur ou du composant, afin d'éviter toute déformation ou tout dommage du circuit imprimé dû à la chaleur et à la force de soudage, et d'améliorer la fiabilité du soudage.
2. Czone de connexion :
La zone du connecteur de la carte sera fréquemment insérée et retirée, et les contraintes générées peuvent provoquer la flexion ou la déchirure de la carte flexible, voire la chute du connecteur. Cependant, l'ajout d'un raidisseur de circuit imprimé à ces endroits peut prévenir efficacement les dommages causés au circuit imprimé par l'insertion ou l'utilisation répétée du connecteur.
3. Zone des composants lourds :
Pour les composants plus lourds, l'absence de raidisseur de circuit imprimé peut rendre la zone flexible incapable de supporter le poids du composant, ce qui peut entraîner une flexion, voire des dommages. Par conséquent, pour les zones où des composants plus lourds doivent être installés, un raidisseur de circuit imprimé doit être ajouté afin de fournir un soutien supplémentaire et de répartir la pression des objets lourds, empêchant ainsi la déformation du circuit imprimé flexible.
Après avoir compris pourquoi les PCB flexibles besoin de raidisseurs, jetons un oeil at paramètres des raidisseurs PCB.
Paramètres of Raidisseurs PCB
Matériaux de renforcement courants pour circuits imprimés flexibles
Les matériaux raidisseurs de PCB sont des matériaux riches et courants tels que le FR4, le polyimide (PI) et les matériaux métalliques.
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Matériau plus rigide
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Avantages
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Désavantages
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Raidisseur FR4
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-Bonne résistance à la chaleur, adapté à la soudure à haute températureg
-Facile à traiter, adapté à la découpe, au perçage et au façonnage
-Dimensionnellement stable, offre un support fiable
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-Relativement lourd, ajoute du poids au PCB
-Ne convient pas aux applications haute fréquence
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Raidisseur en polyimide (PI)
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-Léger et très flexible, adapté aux applications nécessitant des flexions fréquentes
-Excellente résistance à la chaleur, idéal pour les environnements à températures extrêmes
- Haute stabilité chimique, résistant à la corrosion chimique
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-Coût plus élevé, augmente les dépenses de fabrication
-Performances électriques limitées dans les applications haute fréquence
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Raidisseurs en aluminium et en acier inoxydable
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-Haute résistance mécanique, idéale pour les applications à forte charge
-Bonne conductivité thermique, adaptée à la dissipation de la chaleur
-Durable, idéal pour une utilisation à long terme dans des environnements difficiles
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-Haute densité, ajoute un poids important
-Difficile à traiter, augmente la complexité et le coût de fabrication
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Dans certaines applications spécifiques, une barre omnibus de renfort PCB est également utilisée, ce qui non seulement améliore la rigidité du circuit imprimé, mais peut également être utilisée pour conduire le courant.
Épaisseurs des raidisseurs
L'épaisseur du raidisseur PCB varie selon les différents matériaux et l'épaisseur appropriée doit être sélectionnée en fonction de l'application spécifique et des exigences de support.
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Raidisseur Matières
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Plage d'épaisseur typique
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Applicabilité
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Raidisseur FR4
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0.2mm - 1.6mm
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Convient aux zones nécessitant une résistance mécanique élevée, telles que les zones de connecteurs et de soudure ;
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Raidisseur en polyimide (PI)
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0.05mm - 0.5mm
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Idéal pour les zones légères qui doivent conserver leur flexibilité, comme les sections fréquemment pliées ;
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Raidisseur en aluminium
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0.5mm - 2.0mm
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Convient aux applications à haute résistance et à forte dissipation thermique, telles que les zones à courant élevé, mais augmente considérablement le poids du PCB.
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Raidisseur en acier inoxydable
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0.3mm - 1.5mm
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Utilisé dans les zones nécessitant une résistance mécanique élevée, adapté aux applications à forte charge, en particulier dans les environnements difficiles, offrant une durabilité mais ajoutant de l'épaisseur au PCB.
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Comparaison des performances des raidisseurs
Les raidisseurs de différents matériaux présentent des performances très différentes ; veuillez consulter le tableau suivant. Ce formulaire vous aidera à choisir le matériau de raidisseur le plus adapté.
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Indicateur de performance
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FR4 Stifphare
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Raidisseur en polyimide (PI)
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Raidisseur en aluminium
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Raidisseur en acier inoxydable
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Force mécanique
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Modéré, adapté au soutien général
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Modéré, adapté aux applications à haute flexibilité
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Élevé, idéal pour les scénarios à forte charge
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Très élevé, adapté aux exigences de résistance extrêmes
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Poids
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Modéré, ajoute du poids global au PCB
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Léger, idéal pour les applications sensibles au poids
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Relativement lourd, pas idéal pour les applications sensibles au poids
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Relativement lourd, augmente le poids du PCB
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Résistance à la chaleur
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Excellent, adapté à la soudure à haute température
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Exceptionnel, adapté aux applications à très haute température
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Excellent, avec de bonnes propriétés de dissipation thermique
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Excellent, adapté aux environnements à haute température et à forte contrainte
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Flexibilité
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Faible, haute rigidité
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Haut, adapté aux zones fréquemment courbées
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Aucune flexibilité, convient aux zones rigides
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Aucune flexibilité, idéal pour les zones de support à haute résistance
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Résistance chimique
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Bon
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Excellent, adapté aux environnements chimiques difficiles
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Modéré, sujet à la corrosion
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Excellent, très résistant à la corrosion
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Conductivité thermique
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Faible
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Faible
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Élevé, adapté aux applications avec des besoins élevés de dissipation thermique
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Modéré, adapté aux applications nécessitant à la fois une dissipation thermique et une résistance mécanique
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Prix
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Modérée
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Plus élevé, plus les coûts de fabrication augmentent
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Supérieur, adapté aux applications hautes performances
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Plus haut, idéal pour les besoins de haute résistance et de haute durabilité
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Raidisseurs de circuits imprimés multicouches
Certaines conceptions nécessitent des raidisseurs de PCB multicouches ou une combinaison de plusieurs matériaux, auquel cas vous devez prendre en compte plusieurs points pour garantir l'effet de renforcement et les performances de la carte globale :
Compatibilité des matériaux :
Les différents matériaux ont des coefficients de dilatation thermique (CDT) différents et se dilatent ou se contractent à des vitesses différentes selon la température. Par conséquent, lors de l'association de matériaux variés, il est recommandé de choisir des matériaux présentant des coefficients de dilatation thermique similaires afin d'éviter le délaminage, le gauchissement ou la fissuration causés par les variations de température.
Collage intercouche :
L'adhérence entre les couches est essentielle pour les raidisseurs multicouches. Une bonne adhérence entre les couches garantit l'intégrité de la plaque renforcée sous contrainte mécanique. Par conséquent, nous recommandons l'utilisation d'un adhésif spécial haute résistance entre les raidisseurs multicouches (la résistance à la chaleur et au vieillissement de l'adhésif doit répondre aux exigences d'utilisation du circuit imprimé).
Épaisseur:
Le nombre de cartes de renfort pour circuits imprimés est important, et la carte sera inévitablement plus épaisse. Par conséquent, pour les raidisseurs multicouches pour circuits imprimés, nous devons contrôler l'épaisseur de chaque couche afin de garantir qu'elle respecte les limites d'épaisseur et les exigences d'assemblage du circuit imprimé. peut fournir un support suffisant sans affecter la flexibilité globale du PCB flexible.
Poids:
Dans les circuits imprimés flexibles ou rigides-flexibles, le poids peut affecter la capacité de flexion et la flexibilité de la carte. Par conséquent, pour l'application de raidisseurs multicouches ou pour des applications légères, il est conseillé de choisir des matériaux légers, tels que le polyimide (PI) ou le FR4 fin.
Placement des raidisseurs
Sur un circuit imprimé flexible, la position du raidisseur a un impact significatif sur les performances et la fiabilité globales de la carte. Les emplacements les plus courants sont :
Couche supérieure ou inférieure : La couche supérieure de renfort peut augmenter la résistance à la traction lors des flexions, tandis que la couche inférieure peut augmenter la résistance à la compression. Pour les circuits imprimés flexibles nécessitant des flexions fréquentes, le placement de plaques de renfort simple ou double face peut prévenir efficacement les fissures et les déformations.
Zones désignées : comme les zones de connecteurs, les zones de soudure ou les zones où des composants lourds doivent être installés, ces zones sont soumises à des contraintes mécaniques plus importantes, des plaques de renfort sont nécessaires pour améliorer la durabilité et la stabilité de la carte.
Principe de conception des raidisseurs de circuits imprimés
Suivez les directives suivantes pour garantir l’intégration et la fonctionnalité efficaces du panneau de renforcement :
Position du calque : La plaque de renfort doit être placée au plus près de la couche centrale du circuit imprimé flexible afin d'assurer un soutien maximal. (Pour les raidisseurs multicouches, il convient de prendre en compte la rigidité et la flexibilité globales de l'équilibre.)
Liaison des couches : La fiabilité du collage des couches est directement liée à la stabilité à long terme de la carte, il est donc recommandé d'utiliser des adhésifs à haute résistance et résistants à la chaleur pour éviter la séparation ou le déplacement entre les couches.
Conception du contour : Le contour de la plaque de renfort doit épouser la forme du circuit imprimé afin d'éviter les angles vifs ou les bords irréguliers, et ainsi éviter toute concentration de contraintes susceptible d'endommager la plaque de renfort ou le circuit imprimé. (Le contour lisse permet une meilleure adaptation aux exigences de pliage du circuit imprimé et prolonge sa durée de vie.)
Caractéristiques d'installation : Nous pouvons concevoir des panneaux de renfort faciles à installer et à retirer, selon les exigences de l'application. (Pour certaines zones nécessitant une soudure, la plaque de renfort peut être démontée temporairement pour faciliter la réparation et le remplacement.)
Transition flexible : Lors de la conception de la transition entre la plaque de renfort et la zone de flexion, il convient de veiller à ce que cette zone présente une flexibilité adéquate. (Éviter les fissures ou les ruptures dues aux différences de rigidité.)
Conclusion
En résumé, le raidisseur de PCB joue un rôle crucial dans les PCB flexibles et flex-rigides. Il améliore non seulement la résistance mécanique du circuit imprimé, mais aussi sa stabilité et sa durabilité. J'espère que cet article vous fournira une référence de conception claire pour vous aider à mieux choisir et configurer le renfort de PCB dans vos applications pratiques. Pour toute question, n'hésitez pas à nous contacter !
