Flexibele printplaten: Typees, ontwerp en toepassingen

Flexibele printplaten buigen mee met gebogen en krappe ruimtes. Ze gebruiken dunne koperlagen op een flexibele folie, waardoor ingenieurs kleinere apparaten kunnen bouwen. Je vindt ze in camera's, smartphones en medische instrumenten. De buiging en vouw bieden nieuwe lay-outmogelijkheden en zorgen ervoor dat ze signalen met hoge betrouwbaarheid kunnen overbrengen.

Flexibele printplaten helpen ruimte en gewicht in apparaten te besparen. Ontwerpers kunnen apparaten creëren die er slank en licht uitzien, terwijl draagbare gadgets comfortabeler en sterker worden. Fabrikanten kunnen het aantal assemblagestappen verminderen en zo tijd besparen op productielijnen. Flexibele printplaten zijn ook bestand tegen beweging en belasting bij dagelijks gebruik. Een breed scala aan gadgets, waaronder elektrische auto's, drones en slimme huizen, maakt gebruik van deze technologie. Deze groei biedt u talloze nieuwe tools.

Lees verder en bekijk de belangrijkste soorten flexibele printplaten, de structuur en hun voor- en nadelen. We vergelijken ze ook met de populairdere, stijve printplaten en leggen uit waarom u flexibele printplaten zou moeten overwegen. 

Wat is een flexibele printplaat?

Een flexibele printplaat (PCB) is een dunne elektronische printplaat die is gebouwd op een buigzame folie. Hij bevat koperen sporen die stroom en signalen over de printplaat transporteren. De basisfolie kan rond onderdelen draaien of wikkelen. Je kunt hem ook vormen om in krappe of gebogen ruimtes te passen. Deze vrijheid maakt hem ideaal wanneer een vlakke printplaat niet voldoet.

Stijve printplaten zitten op een hard, vlak substraat dat buigvast is en zijn vorm behoudt onder druk. Flexibele printplaten daarentegen buigen en rekken mee met beweging of een strakke passing. U kunt ze in compacte apparaten vouwen, waardoor u connectoren en kabels bespaart. Het bespaart ook gewicht en assemblagestappen. Deze ontwerpwijziging maakt veel nieuwe lay-outs mogelijk.

Flexibele platen gebruiken folies zoals polyimide of polyester als substraat. Koperfolie hecht zich met speciale lijm aan die folie en een afdekfolie beschermt de sporen terwijl de flexibiliteit behouden blijft. U kunt verstevigingen toevoegen om onderdelen op hun plaats te houden en afdekfolies gebruiken voor isolatie en stevigheid. Het aantal lagen en de dikte variëren per toepassing om flexibiliteit en duurzaamheid in balans te houden.

Flexibele printplaten vind je in camera's, telefoons, wearables en sensoren. Ze passen in medische scanners, smart glasses en drones. Autofabrikanten gebruiken ze in dashboards en sensoren, terwijl ruimtevaartuigen en satellieten vertrouwen op hun lichte gewicht en buigzaamheid. Flexibele printplaten zijn ook essentieel voor bewegende robots.

Soorten flexibele printplaten

Er zijn veel soorten flexibele printplaten die worden gebruikt voor verschillende elektrische componenten en apparaten. Hier zijn er een paar die we nader bekijken.

Enkelzijdige flexibele printplaat

Een enkelzijdige flex-printplaat plaatst kopersporen op één zijde van een dunne film. De polyimidefilm fungeert als signaaldrager wanneer deze door kleine ruimtes buigt. Een coverlay beschermt de sporen en markeringen die als vouwpunten dienen. Dit ontwerp levert een dunne printplaat op met betaalbare kosten voor eenvoudige elektronische circuits.

Ingenieurs gebruiken enkelzijdige flexboards meestal voor sensorlinten en ledstrips, evenals voor eenvoudige signaalverbindingen. De printplaat maakt één buigbeweging tijdens de productie of blijft plat. Een enkele snede in de kabelbomen en kabels vermindert zowel de benodigde ruimte als het systeemgewicht. De enkele koperlaag stelt productiebedrijven bovendien in staat om de productiekosten laag te houden en tegelijkertijd de productieprocessen voor kleine productieseries eenvoudig te houden.

Het ontwerp Kan complexe bedrading niet ondersteunen zonder extra jumpers. Het volledige tracepad wordt zorgvuldig gepland, waardoor elke mogelijkheid van crossovers wordt geëlimineerd. Extra verbindingen vereisen jumpers of externe draden. De toevoeging van verstevigingen leidt tot een grotere printplaatdikte, omdat ze dienen als connectoren of bevestigingselementen voor onderdelen.

Dubbelzijdige flexibele printplaat

Een dubbelzijdige flex-printplaat bevat koper aan beide zijden van de folie. Doorlopende gaten en microvia's verbinden de verschillende lagen van de printplaat. De extra routeringsmogelijkheden nemen toe binnen hetzelfde dimensionale oppervlak. Elke zijde van de flex-printplaat is voorzien van beschermende afdekkingen die ook buiggevoelige gebieden versterken. De printplaat behoudt zijn dunne profiel bij gemiddelde complexiteitsniveaus en signaaldichtheden.

Dubbelzijdige flex-printplaten worden gebruikt in barcodescanners en camerakabels, evenals in led-achtergrondverlichting. De extra laag zorgt voor betere prestaties door de stroom van de datalijnen te scheiden. Fabricageprocessen met boren en galvaniseren verhogen de productiekosten boven het niveau van enkelzijdige constructies. De flexibiliteit in onderdeelplaatsing en kritische netwerkroutering biedt voordelen voor ontwerpers.

Het frezen in buigzones vereist een grondige planning om scheuren in de via's te voorkomen. Tijdens het fabricageproces plaatst u via's op plaatsen die geen gebogen delen vormen, terwijl u versterkte openingen in de coverlay gebruikt. De regels van de fabrikant bepalen de spoorafmetingen om de betrouwbaarheid tijdens het buigen te behouden. Deze regels stellen u in staat een hoge dichtheid te bereiken en tegelijkertijd de betrouwbaarheid op lange termijn te behouden in draagbare en vouwbare systemen.

Meerlaagse flexibele PCB

De meerlaagse flex-PCB combineert drie of meer koperlagen in flexibele folies. De interne koperlagen bevatten voedings- en aardvlakken die ruis verminderen. De verbinding van de lagen vindt plaats via blinde of begraven microvia's om de benodigde ruimte te minimaliseren. Een laag coverlay hecht over de stack en beschermt alle koperlagen tegen flexslijtage.

High-speed circuitontwerpen, RF-modules en compacte camera-aansluitingen profiteren van dit specifieke type flexibele PCB. Een dunne, flexibele behuizing bevat lagen voor voeding en aarding tijdens de signaaloverdracht. Betere signaalintegriteit en EMI-controle worden bereikt door ontwerpcompromissen met hogere kosten. Het fabricageproces vereist een exacte uitlijning, specifieke lamineringsdrukken en een gecontroleerde warmtebehandeling voor elke lijmlaag.

Vroegtijdige bepaling van het aantal lagen is essentieel, omdat extra lagen zowel dikte als extra etsproces creëren. Kritische netten moeten op de binnenlagen worden afgebeeld om bescherming tijdens beweging te bieden. Het aantal lagen in de stack-up bepaalt de beperkingen van de buigradius, waarmee ontwerpers rekening moeten houden bij het afstemmen van hun ontwerpvereisten op deze beperkingen. De balans tussen betrouwbaarheid en flexibiliteit kan over het hele bord behouden blijven.

Flex printplaat

Elk elektronisch circuit dat gebruikmaakt van flexibele substraatfolie voor de constructie, kwalificeert als een flex-printplaat (PCB). Een flex-printplaatontwerp omvat eenvoudige enkellaagse configuraties en complexe meerlaagse constructies. De materiaalkeuze en koperdikte hangt af van het verwachte aantal buigingen. Statische flex-printplaten ondergaan een enkele buiging, terwijl dynamische flex-printplaten continue buigbewegingen moeten kunnen verwerken.

Statische flexborden dienen specifiek ter ondersteuning van camera- en telefoonmontages. Het proces vereist dat u ze buigt en vervolgens in hun nieuwe positie houdt. Bewegende verbindingen en vouwschermen vereisen dynamische flexborden om erin te functioneren. Speciale ontwerpen vereisen koperspanningsverlichting en neutrale buiglijnen. Uw bordontwerp kan duizenden buigcycli doorstaan zonder schade op te lopen.

De keuze voor flexibele PCB's stelt u in staat een balans te vinden tussen bewegingsvereisten en productkosten. De kosten van eenmalige buigingen blijven lager dan de kosten van dynamische constructies gedurende het hele ontwerp- en productieproces. De keuze van de juiste folie- en coverlaystijl en tracevorm hangt af van uw bewegingsprofiel en budgetvereisten. U werkt samen met uw fabrikant om deze keuzes te maken.

Flexibel met versteviging(en)

Stijve pads die aan flexibele PCB's zijn bevestigd, fungeren als verstevigingen die zware onderdelen en connectoren ondersteunen. De verstevigingsmaterialen bestaan uit FR4 en polyimide en dunne metalen platen. Verbindingen worden gebruikt om verstevigingen te bevestigen op plaatsen die een vlakke montage of extra stevigheid vereisen. Een combinatie van flexibele en stijve zones in het folieontwerp maakt het mogelijk om connectoren te bevestigen zonder het foliemateriaal te beschadigen.

Tijdens het ontwerpproces moeten ontwerpers verstevigingen onder de randen van de plaat aanbrengen en deze ook onder de verbindingspads en testpunten plaatsen. De plaat wordt in vorm gesneden met kleine openingen om te zorgen dat buigen in de buurt mogelijk blijft. De lijmlagen zorgen voor een stevige bevestiging van de verstevigingen en voorkomen de vorming van delaminatie of oneffenheden. Overgangen tussen de verstevigingen worden afgedekt met een afdeklaag voor een soepele buiging.

Het aanbrengen van verstevigingen heeft invloed op de dikte van de printplaat op specifieke plaatsen. Controleer daarom de toegankelijkheid van het montagegereedschap. U moet zowel de soldeerpastasjablonen als de instellingen van de pick-and-place-apparatuur aanpassen. Het extra instelproces garandeert dat onderdelen goed uitgelijnd blijven en dat de soldeerverbindingen hun sterkte behouden, ondanks bewegingen in de omringende flexfolie.

Stijve flexibele printplaat

Een rigid-flex PCB combineert rigide printplaatdelen en flexibele delen in één onderdeel. Het productieproces omvat het plaatsen van flexibele folies tussen de rigide lagen voordat alle lagen aan elkaar worden gelijmd. Het hybride ontwerp elimineert de noodzaak voor kabels, omdat rigide eilanden flexibele bruggen gebruiken om met elkaar te verbinden. De printplaat behoudt zijn sterkte op specifieke plaatsen, maar ontwikkelt flexibiliteit in andere delen.

Toepassingen voor rigid-flex PCB's zijn te vinden in de lucht- en ruimtevaart, medische implantaten en militaire apparatuur. Deze printplaten functioneren effectief in veeleisende omgevingen die verschillende stijfheidsniveaus vereisen. De printplaat bevat stijve onderdelen die zware componenten ondersteunen en flexibele secties die kabelachtige structuren of vouwmogelijkheden creëren. De productie vereist exacte laagverbinding, gecontroleerd lamineren en een nauwkeurige uitlijning van de koperoppervlakken.

Het ontwerpproces van rigid-flex begint met het vaststellen van mechanische passingen en buigprofielen vanaf het begin. Uw ontwerp bepaalt de vlakke delen en de delen die gevouwen moeten worden. Uw CAD-tool moet het ontwerp van zowel rigide als flexibele stapelelementen ondersteunen. Het zorgvuldige planningsproces resulteert in één enkele assemblage die het gewicht en de benodigde ruimte vermindert en de montagestappen vereenvoudigt.

Structuur van flexibele printplaten

De constructie van een flexibele printplaat lijkt op een dunne sandwichstructuur met buigzame eigenschappen. Het hoofdbestanddeel van dit systeem is een flexibel substraat. Films fungeren als basis waar koperfolie zich aan hecht om de benodigde circuits te creëren.

De lijmlagen fungeren als bindmateriaal om de circuitcomponenten op hun plaats te houden tijdens buigbewerkingen. De kopersporen worden beschermd tegen slijtage en vocht door het aanbrengen van een afdeklaag.

Hoeveel kun je een printplaat buigen?

De buigradius bepaalt de maximale kromming van flexplaten. De standaardmaat voor buigflexibiliteit is tien keer de dikte van de plaat. Een radius van 1 mm is de minimale vereiste om een plaat van 0.1 mm dik te buigen zonder schade te veroorzaken. Een enkele buiging werkt met vijf keer de dikte, maar dit kan leiden tot breuken in de plaat.

Materiaalkeuzes beïnvloeden de flexibiliteit. Polyimide behoudt zijn sterkte-eigenschappen bij verhitting en is bestand tegen vele flexibele cycli. Polyester is het meest geschikt voor het ontwerpen van statische bochten. De dikte van koper is ook van belang. De buigsterkte van dun koper neemt toe, terwijl de benodigde spanning afneemt.

Rol van versteviging in flexibel PCB-ontwerp

Verstevigingen zorgen ervoor dat de componenten vlak en stabiel blijven. De verstevigingen bevinden zich onder connectoren, IC's en testpunten. Soldeerverbindingen kunnen barsten wanneer er geen verstevigingen aanwezig zijn tijdens het buigen. Gebruik hittebestendige lijm om de verstevigingen te verbinden. Het component blijft op zijn plaats terwijl de beweging van de printplaat geblokkeerd blijft.

De meest gebruikte verstevigingsmaterialen zijn FR4, polyimide en aluminium. FR4 biedt een voordelige, stijve basis. Polyimide verstevigingen passen bij de flexibiliteit van het substraat. Aluminium is een sterk materiaal voor connectoren die extra structurele ondersteuning nodig hebben. Verstevigingen moeten vóór het buigen worden gevormd, terwijl de zichtbare randen behouden blijven voor het proces. De verstevigingen worden onder de componenten of aan de randen van de printplaat geplaatst om de assemblage te sturen.

Het toevoegen van verstevigingen beïnvloedt de dikte van specifieke plaatdelen. Vóór de montage moet u rekening houden met zowel de hoogtevereisten als de montagespeling. Omgevingsbelasting wordt beschermd door tape of afdekfolie aan te brengen op de randen van de verstevigingen. Het plaatsen van de verstevigingsranden onder tape of afdekfolie garandeert zowel de freeskwaliteit als de bescherming van de folie tegen loskomen bij de verbindingen tussen de versteviging en de flexibele sectie.

Ontwerptips voor flexibele printplaten

Plan de spoorbreedte en -afstand al vroeg in de lay-out. Bredere sporen voeren meer stroom, maar zorgen voor meer stijfheid. Met smallere sporen kunt u strakker buigen, maar de stroomsterkte beperken. Gebruik een consistente afstand om kortsluiting tijdens het buigen te voorkomen. Zorg ervoor dat de minimumwaarden binnen de mogelijkheden van uw fabrikant liggen.

Breng buigzones in kaart en houd gevoelige netten uit de buurt. Plaats buiglijnen waar het bord licht zal buigen. Vermijd het plaatsen van via's op vouwzones. Voeg reliëfpatronen toe, zoals een hondenbotvorm, aan de uiteinden van de sporen. Dit verdeelt de spanning en voorkomt scheuren wanneer het bord buigt.

Plaats componenten indien mogelijk buiten de buigzones. Gebruik opbouwonderdelen met een laag profiel. Als u onderdelen toch in een buigzone moet plaatsen, gebruik dan flexibele connectoren of sockets met een insteekkracht van nul. Leid snelle of zeer nauwkeurige netten op stabiele secties om signaalvervorming door buigbeweging te verminderen.

Kies CAD-tools die flex stack-up en buigsimulatie ondersteunen. Met veel PCB-tools kunt u neutrale buiglijnen tekenen en koperspanning visualiseren. Definieer de laagopbouw met substraat, lijm, koper en coverlay. Exporteer buiggegevens naar mechanische CAD voor het ontwerpen van behuizingen. Deze workflow zorgt ervoor dat u problemen met de pasvorm of botsing vroegtijdig opmerkt.

Over PCBasic

Tijd is geld in uw projecten – en PCB-basis begrijpt het. PCBasic is een PCB-assemblagebedrijf: die elke keer snelle, vlekkeloze resultaten levert. Onze uitgebreide PCB-assemblagediensten: bieden deskundige technische ondersteuning bij elke stap, waardoor topkwaliteit in elk bord wordt gegarandeerd. Als toonaangevend Fabrikant van PCB-assemblage:, Wij bieden een totaaloplossing die uw toeleveringsketen stroomlijnt. Werk samen met onze geavanceerde PCB-prototypefabriek voor snelle doorlooptijden en superieure resultaten waarop u kunt vertrouwen.

Voordelen van flexibele printplaten

Flexibele printplaten bieden vele voordelen waarmee u compacte lay-outs met weinig onderdelen kunt ontwerpen. Hier zijn de belangrijkste voordelen.

•  Het bespaart ruimte doordat het bord opvouwbaar is, ook als het krap is.

•  Ze verminderen het gewicht van uw apparaat door dunne films te gebruiken.

•  Je verwijdert overtollige kabels en connectoren uit je ontwerp.

•  Ze verlagen het aantal montagestappen en versnellen de productie.

•  Ze gaan langer mee in bewegende delen met platen die buigen.

•  U bespaart op verzendkosten doordat het eindproduct lichter is.

Tekortkomingen van flexibele printplaten

Hoewel flexibele printplaten veel voordelen bieden, hebben ze ook een aantal nadelen. Hier zijn er een paar.

•  Het kan zijn dat u meer betaalt aan materiaal- en speciale verwerkingskosten.

•  Ze vereisen een zorgvuldige behandeling en op maat gemaakte montage-apparatuur.

•  Ze beperken de belasting die u op bochtige plekken kunt plaatsen.

•  Voor zware connectoren of onderdelen moet u verstevigingen toevoegen.

•  Ze moeten worden getest en geïnspecteerd om schade door buiging vroegtijdig te ontdekken.

Flexibele PCB versus rigide flexibele PCB

De productiemethoden van flexibele en rigid-flex PCB's verschillen, hoewel ze dezelfde functionele eisen dienen. De volgende tabel illustreert de belangrijkste verschillen tussen flexibele en rigid-flex PCB's.

Fabricagediensten voor flexibele PCB-prototypen van PCBasic

De snelle productieservice voor flexibele PCB-prototypes van PCBasic kan elk niveau van prototypecomplexiteit aan. U kunt uw Gerber-bestanden en stack-up-specificaties via ons online platform versturen. Onze engineers beoordelen het ontwerp en geven advies over buigradius, spoorbreedte en de afmetingen van de coverlay-doorgang. De communicatie tussen u en de fabrikant verloopt via realtime e-mail en chat.

PCBasic gebruikt precisielasersnijders om uw prototype te frezen en vervolgens koperfolie aan polyimidefilms toe te voegen via plotprocessen. We volgen uw eisen om coverlay-materialen en verstevigingen te verlijmen. De assemblageafdeling binnen ons bedrijf voert soldeerbewerkingen uit en voert functionele tests uit met behulp van flexcyclusprocedures. Het rapport bevat foto's, testlogboeken en volledige documentatie.

Conclusie

Flexibele PCB-technologie biedt vernieuwende productontwerpen dankzij minimaal ruimtegebruik, lagere gewichtsvereisten en vereenvoudigde assemblageprocedures. De selectie omvat enkelzijdige printplaten en meerlaagse en rigide-flexibele ontwerpen, afhankelijk van uw projectvereisten. Betrouwbaarheid tijdens beweging wordt mogelijk gemaakt door zorgvuldige planning van materialen, sporen en buigoverwegingen.

De expertise en het snelle prototype-creatie- en productietraject dat fabrikanten zoals PCBasic hun klanten bieden. Door het juiste flexboardtype te gebruiken, kunt u efficiënt en met zekerheid slanke, dynamische apparaten ontwikkelen.