Een uitgebreideve Gids voor Rigid-Flex PCB's

De miniaturisatie van elektronische apparaten neemt snel toe. Signaalintegriteit, systeemkosten en betrouwbaarheid worden grote uitdagingen voor ingenieurs. Om te voldoen aan de steeds toenemende eisen van de miniaturisatie van elektronische apparaten, wint de rigid-flex PCB-oplossing aan populariteit. 

Zoals de naam al aangeeft, introduceren flexibele printplaten flexibiliteit en buigzaamheid in elektronische printplaten. De termen "rigide" en "flexibel" impliceren dat de printplaat stijve en flexibele delen heeft, waardoor ze geschikt zijn voor een breed scala aan toepassingen, met name in de lucht- en ruimtevaart en militaire toepassingen. Het gebruik van flexibele printplaten maakt de traditionele bedrading overbodig. De flexibiliteit en buigzaamheid van printplaten worden voornamelijk gemaakt met polyimidemateriaal in plaats van FR4, dat alleen in stijve PCB's wordt gebruikt. De flexibiliteit van deze printplaten zorgt ervoor dat ze in complexe vormen en ruimtes passen, waardoor ze ideaal zijn voor militaire toepassingen, de lucht- en ruimtevaart, draagbare elektronica, camera's en smartphones. 

Dit artikel helpt u het productieproces van rigid-flex PCB's, het ontwerp ervan en de kostenoverwegingen te begrijpen en te begrijpen. Of u nu een expert of een beginner bent, deze gids bereidt u voor op de start van uw rigid-flex PCB.

Wat is een rigide-flexibele PCB?

Rigid-flex PCB's zijn een type printplaat dat de voordelen van zowel rigide als flexibele printplaten combineert en een hoge mate van buigzaamheid en treksterkte biedt. Dit maakt ze een populaire keuze in toepassingen zoals medische apparatuur, militaire toepassingen, de lucht- en ruimtevaart, camera's en smartphones. Hun flexibiliteit geeft de gebruiker de vrijheid om ze met precisie en nauwkeurigheid in complexe behuizingsgeometrieën te plaatsen. 

Meestal wordt polyimidemateriaal gebruikt om flexibiliteit te bereiken. pDe materiaaleigenschappen van olyimide bieden een hogere mate van flexibiliteit in vergelijking met het standaard FR4-materiaal, dat wordt gebruikt in traditionele rigide PCB's. De diëlektrische constante, of kortweg Dk waarde van polyimidemateriaal ligt tussen 3.0 en 3.5, wat beter is vergeleken met FR4-materiaal, dat 3.5 heeft en 4.0. Veelgebruikte polyimidematerialen voor rigid-flex PCB's zijn Nelco en Rogers. Voor alleen flex PCB's wordt over het algemeen de voorkeur gegeven aan Kapton.  

De rigid-flex-PCB's worden over het algemeen gecategoriseerd in enkelzijdige rigid-flex-PCB's, dubbelzijdige rigid-flex-PCB's en meerlaagse rigid-flex-PCB's.

1. Enkelzijdige rigide-flex PCB: De enkelzijdige rigid-flex PCB is de basis van alle printplaten. Deze printplaten bestaan uit een enkele geleidende laag op een flexibel substraat. Er worden gaten in het substraat geboord zodat de componenten er tijdens het solderen doorheen kunnen. Een afdeklaag van polyimide wordt vaak gebruikt om de printplaat te beschermen tegen de zware omstandigheden.

2. Dubbelzijdige rigide-flex PCB: Deze rigid-flex printplaten bestaan uit twee geleidende lagen. De geplateerde doorlopende gaten worden geboord om de elektrische verbinding tussen de lagen te maken.

3. Meerlaagse rigid-flex PCB: In tegenstelling tot een dubbelzijdige rigid-flex PCB bestaat een meerlaagse rigid-flex PCB uit meer dan twee geleidende lagen. De geplateerde doorgaande gaten (PTH) worden geboord om de elektrische verbindingen tussen de meerlagen te maken. Deze printplaten zijn complex van ontwerp vergeleken met andere rigid-flex PCB's, maar ze worden beschouwd als een effectieve oplossing in situaties waar overspraakproblemen, een hoge componentdichtheid en impedantie-eisen gewenst zijn.  

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 rigid-flex PCB's

Rigid-flex PCB's hebben veel unieke voordelen ten opzichte van traditionele rigide PCB's. Deze printplaten zijn ontworpen om in complexe geometrieën te passen en een hoge mate van betrouwbaarheid te bereiken.

1. Rigide-flexibele platen worden vaak gebruikt in militaire toepassingen waar dey moeten bestand zijn tegen zware omgevingsomstandigheden. Het polyimidemateriaal dat in rigid-flex-printplaten wordt gebruikt, bedekt de geleiders en beschermt de printplaat tegen zware omgevingsomstandigheden.

2. Ruimte wordt een cruciale factor in toepassingen zoals de lucht- en ruimtevaart en defensie, waar compactheid en lichtgewicht vereist zijn. De rigid-flex PCB's' Doordat ze in elke gewenste vorm passen, zijn ze ruimtebesparend en licht van gewicht.

3. In defensietoepassingen zijn printplaten gevoeliger voor schokken door hoge trillingen, zoals in vliegtuigen. Het buig- en buigvermogen van rigid-flex printplaten stelt ze in staat om schokken door hoge trillingen te absorberen.

4. In vergelijking met traditionele rigide PCB's kunnen rigide-flex PCB's opnieuw geïnstalleerd worden zonder beschadigd te raken. Een statische rigide-flex PCB kan doorgaans buigcycli of 100 keer gebogen worden.

5. De rigide flexprintplaten geven ontwerpers creatieve vrijheid om 3D-vormen en vele andere vormen te creëren. Deze verschillende en complexe vormen zijn vaak vereist in toepassingen zoals fitnessapparatuur en draagbare gezondheidsmonitoring. 

6. Doordat rigid-flex PCB's kunnen buigen en plooien zonder te breken, absorberen ze mechanische schokken en trillingen. Dit maakt ze betrouwbaarder en duurzamer dan traditionele rigide printplaten.

Rigid-flex PCB-toepassingen

Moderne elektronica vraagt om compacte en slimme apparaten die de rigid-flex PCB in het spel brengen. Deze rigid-flex PCB's werden oorspronkelijk gebruikt in de militaire industrie om betrouwbare en lichtgewicht producten te maken. Tegenwoordig worden rigid-flex PCB's in vrijwel elke industrie veelvuldig gebruikt.

1. Medische apparaten: Rigid-flex PCB's worden gebruikt in medische apparaten die compactheid en intelligentie vereisen, zoals flexibele sensoren en draagbare bewakingsapparatuur. Hartapparaten, zoals pacemakers, worden steeds geavanceerder en intelligenter. Deze apparaten bevatten een flexibel circuit voor compactheid, zijn licht van gewicht en betrouwbaar.    

2. Consumentenelektronica: Rigid-flexibele printplaten worden steeds vaker gebruikt in consumentenelektronica omdat ze in complexe ruimtes passen, zoals computers, laptops, smartphones en camera's.

3. Luchtvaartindustrie: De lucht- en ruimtevaartindustrie heeft behoefte aan robuuste, compacte en lichtgewicht apparaten die bestand zijn tegen de zware omstandigheden. Rigid-flex printplaten voldoen aan deze eisen en worden veel gebruikt in een breed scala aan lucht- en ruimtevaarttoepassingen, zoals vliegtuigen, drones, avionica en ruimtemissieapparatuur. De NASA Marsrover maakt ook gebruik van...ses de flexibele printplaten, die zich ongeveer 140 miljoen kilometer van de aarde bevinden.

4. Militaire toepassingen: Rigide-flexibele printplaten worden gebruikt in militaire toepassingen waarbij ruimte, gewicht, betrouwbaarheid van het systeem en prestaties belangrijke parameters zijn, zoals raketten, straaljagers, militaire radio's en bewakingsladingen.

5. Automobielindustrie: De ontwikkelingen in de auto-industrie nemen snel toe, zoals de uitvinding van zelfrijdende auto's. Deze geavanceerde voertuigen gebruiken rigide flexprintplaten voor hun bedieningspanelen en interne bedradingssystemen.   

6. Robotica: De opkomst van AI en de ontwikkeling van autonome en zelfbepalende robots vereisen een betrouwbaardere printplaat. De rigid-flex PCB's behalen toonaangevende prestaties voor complexe toepassingen en worden steeds vaker gebruikt in de robotica.

Ontwerpoverwegingen voor rigide-flexibele PCB's

Bij het ontwerpen van rigid-flex PCB's is het belangrijk om zorgvuldig rekening te houden met een aantal ontwerpparameters, zoals buigradius, materiaaldikte, mechanische spanningen, etc.

1. Bereken de buigradius: Het is belangrijk om de buigradius van uw rigid-flex PCB te berekenen om flexibiliteit zonder schade te garanderen. De buigradius is in principe de mate waarin een flexibel gedeelte van een printplaat gemakkelijk kan worden gebogen. Een correcte berekening van de buigradius van uw rigid-flex PCB zorgt ervoor dat de PCB het vereiste aantal buigingen kan doorstaan.

2. Aantal keren flexibiliteit: Voordat u met het PCB-ontwerp begint, bepaalt u hoe vaak een PCB gebogen zal worden. Dit geeft u een idee of u een statische, rigid-flex PCB of een dynamische, rigid-flex PCB ontwerpt.

3. Het wordt aanbevolen om polyimidemateriaal te kiezen voor het flexibele gedeelte van de PCB en FR4 voor het stijve gedeelte.

4. Het wordt aanbevolen om doorlopende gaten (PTH) altijd minimaal 0.5 mm van het buiggebied af te houden.

5. Vermijd altijd een buiging van 90°. De loodrechte buiging kan ervoor zorgen dat de plaat breekt.

6. Gebruik geen doorlopende gaten op het flexibele deel of in de buurt van het buiggebied van het flexibele gedeelte.

7. Rigid-flex PCB's zijn gevoeliger voor hitte, wat de PCB kan beschadigen. Goed thermisch beheer is daarom belangrijk om oververhitting van de PCB te voorkomen.

8. De PCB-stapeling speelt een belangrijke rol bij het bepalen van de nauwkeurigheid van de printplaat. Meerlaagse Rigid-Flex PCB's hebben meer dan twee geleidende lagen. De juiste uitlijning van de geleidende lagen garandeert de signaalintegriteit en verbetert de algehele prestaties.

9. Een goede uitlijning van de geleiders en een goede hechting tussen de lagen zijn essentieel om de integriteit en prestaties van het circuit te behouden en tegelijkertijd maximale flexibiliteit te behouden.

10. Bij het ontwerpen van rigid-flex PCB's moet u altijd de IPC 6013-norm voor rigid-flex PCB's aanhouden.

Productieproces van rigide-flexibele PCB's

In tegenstelling tot de productie van rigide PCB's zijn rigide-flex PCB's complex en vereisen ze zorgvuldige aandacht om fouten te voorkomen en nauwkeurige flexibiliteit te bereiken. De belangrijkste stappen voor de productie van rigide-flex PCB's zijn:

1. Schematisch ontwerp: In de eerste stap ontwerpt de PCB-ontwerper het schema van de rigid-flex PCB. De ontwerper specificeert alle rigide en flexibele onderdelen in het schema volgens de IPC 6013-norm.

2. Materiaalkeuze: In deze stap worden de materialen voor zowel de stijve als de flexibele onderdelen geselecteerd. Meestal wordt polyimide of Kapton gebruikt voor het flexibele onderdeel en FR4-materiaal voor het stijve onderdeel.

3. Lamineringsproces: Zowel de stijve als de flexibele onderdelen van de PCB worden onder extreme temperaturen gelamineerd, zodat de PCB een sterke mechanische verbinding krijgt.

4. Boren en plateren: Er worden doorgeboorde gaten geboord om de elektrische verbindingen tussen de geleidende lagen van de rigide-flexplaat te maken.

5. Componentplaatsing: Componenten worden op de pads geplaatst. Soldeerpasta wordt aangebracht en reflow-soldeerwerk wordt uitgevoerd om de componenten op de printplaat te bevestigen.

6. Eindtest en inspectie: Tot slot worden er met behulp van verschillende inspectiemachines testen uitgevoerd om eventuele fouten of gebreken te identificeren.

Kostenoverwegingen voor rigide-flexibele PCB's

De rigid-flex PCB's zijn duur, daar bestaat geen twijfel over. De initiële kosten van de rigid-flex PCB's zijn hoger vanwege het gebruik van speciale materialen, een uniek productieproces en aanvullende ontwerpoverwegingen.

1. Rigide-flexibele montage-efficiëntie: De initiële kosten van deze printplaten zijn misschien hoger, maar ze beperken het aantal connectoren en kabels, wat het assemblageproces vereenvoudigt. Dit verhoogt de algehele efficiëntie van het assemblageproces, wat arbeidskosten en fouten vermindert.

2. Kostenbesparingen: De initiële kosten van rigide-flexprintplaten zijn hoger, maar op de lange termijn zijn de kosten lager vanwege de betrouwbaarheid.

3. Productie en kosten van grote volumes: Een manier om de initiële kosten van rigid-flex-platen te verlagen, is door het productievolume te verhogen. Naarmate de productie toeneemt, dalen de productiekosten per eenheid.

4. Prototype-ontwikkeling en kosten: Ontwikkeling is een iteratief proces. In de prototypefase kunnen ontwerpwijzigingen en -aanpassingen het totale budget van het product aantasten. Het is belangrijk om al tijdens de planningsfase rekening te houden met deze factoren om een kosteneffectieve productontwikkeling te garanderen. 

Waarin verschillen rigid-flex PCB's van traditionele rigide PCB's?

De rigid-flex PCB is een printplaat die buigzaam en flexibel is. Door hun flexibiliteit zijn ze ideaal voor toepassingen waar grootte, ruimte en vorm cruciaal zijn. Zoals de naam al aangeeft, heeft de rigid-flex printplaat zowel stijve als flexibele onderdelen. Het stijve onderdeel is gemaakt van FR4-materiaal, terwijl het flexibele onderdeel polyimide of Kapton-materiaal gebruikt om de flexibiliteit te verhogen. De diëlektrische constante van polyimide is veel beter dan die van FR4, waardoor het ideaal is voor het flexibele onderdeel van de PCB. Afhankelijk van de mate en het gebruik van flexibiliteit worden rigid-flex printplaten geclassificeerd als enkelzijdige, dubbelzijdige en meerlaagse rigid-flex printplaten. Deze printplaten worden vooral gebruikt in high-density interconnects, militaire toepassingen en draagbare elektronica.

Traditionele rigide PCB's daarentegen hebben geen flexibele onderdelen. Ze zijn voornamelijk gemaakt van FR4-materiaal. In tegenstelling tot rigide-flexibele PCB's kunnen rigide PCB's geen sterke trillingen absorberen en kunnen ze gemakkelijk beschadigd raken. Door hun stijfheid zijn ze niet geschikt voor complexe geometrieën.

Overzicht van flex en rigid-flex

Flex en rigid-flex zijn beide typen printplaten en worden voor unieke doeleinden gebruikt. Flexprintplaten kunnen worden gebogen en geplooid zonder beschadigd te raken. Flexprintplaten worden gebruikt waar lichtgewicht, compactheid en een kleiner aantal connectoren vereist zijn. In flexprintplaten wordt meestal polyimide of Kapton gebruikt om flexibiliteit te bereiken. De verbeterde DK-waarde van deze printplaten zorgt voor flexibiliteit en buigbaarheid. Afhankelijk van de mate van flexibiliteit en buigbaarheid worden flexprintplaten in twee typen ingedeeld.

1. Statische flexibele PCB's: Een flexibele printplaat is zo ontworpen dat deze minder dan 100 keer gebogen kan worden tijdens zijn levensduur. Dit type flexibele printplaat wordt een statische flexibele printplaat genoemd. Statische flexibele printplaten worden over het algemeen alleen gebogen tijdens het assemblageproces. Deze zijn niet ontworpen om na de assemblage te buigen. Zodra de printplaat in het eindproduct is geplaatst, blijft deze statisch.

2. Dynamische flexibele PCB's: Als een flexibele printplaat zo is ontworpen dat hij regelmatig kan worden gebogen, wordt dit een dynamische flexibele printplaat genoemd. Deze printplaten kunnen duizenden buigcycli doorstaan.

Aan de andere kant combineren rigid-flex PCB's de voordelen van zowel rigide als flexibele PCB's. Bij rigid-flex printplaten is één deel van de PCB stijf, met alle componenten, en het andere deel flexibel, wat zorgt voor de verbinding tussen de twee rigide delen. Afhankelijk van het type toepassing worden één of meerdere flexibele circuits op de rigide printplaten bevestigd. Rigid-flex PCB's bieden tal van voordelen, waaronder flexibiliteit, buigzaamheid, robuustheid, schokbestendigheid en ruimtebesparing, waardoor ze ideaal zijn voor toepassingen zoals medische apparatuur, defensie, wearables en consumentenelektronica.  

Verschil tussen FFC en FPC

De Flexible Flat Cable (FFC) is een eenvoudige kabel met draden aan beide uiteinden zonder extra circuits. Ze worden voornamelijk gebruikt voor de verbinding tussen modules. De Flexible Printed Circuit (FPC) daarentegen is een kabel met draden aan beide uiteinden en extra circuits. Deze kabel is complexer dan de FFC. Zowel de FFC als de FPC zijn ontworpen voor speciale toepassingen.

PCBasic: een leverancier van rigide en flexibele PCB's uit China

Het selecteren van de juiste man voor de juiste klus is altijd een cruciale taak. Als het gaat om de productie van rigid-flex PCB's, is PCBasic de vertrouwde en betrouwbare leverancier. Hier zijn de redenen waarom u PCBasic zou moeten overwegen voor uw rigid-flex ontwerp.

1. Hoogwaardige normen: Wij beschikken over uitgebreide test- en controleprocedures die ervoor zorgen kwaliteitscontroles bij elke stap van de productiecyclus. We zijn er trots op dat we een ISO9001  en  QS9000 kwaliteitssysteem dat voldoet aan de internationale normen.

2. Concurrerende prijzen: Rigid-flex PCB's zijn duur, en dat weten we. Daarom bieden we onze klanten zeer concurrerende prijzen om hun winstgevendheid te maximaliseren. Wij geloven in langdurige relaties. 

3. Betrouwbaarheid: Wij zijn een toonaangevende leverancier van rigid-flex PCB's in China en daarbuiten. Ons technische team volgt strikt de normen en procedures om te garanderen dat het product aan de hoogste eisen voldoet. Ons strikte beleid voorkomt het gebruik van onjuiste componenten of onderdelen, wat het eindproduct betrouwbaar en duurzaam maakt. We hebben meer dan 10 jaar ervaring in de productie van PCBA's. Wij leveren rigid-flex printplaten aan onze klanten die nauwkeurig en precies presteren.

4. Technische mogelijkheden: Ons technische team kan uw complexe rigid-flex PCB's met gemak verwerken. We beschikken over een deskundig team dat alle mogelijke problemen tijdens het productieproces kan oplossen.