Um abrangenteGuia para Rigid-FPCBs Lex

A miniaturização de dispositivos eletrônicos está avançando rapidamente. A integridade do sinal, o custo do sistema e a confiabilidade estão se tornando grandes desafios para os engenheiros. Para atender aos crescentes requisitos de miniaturização de dispositivos eletrônicos, a solução de PCB rígido-flexível está se tornando popular. 

Como o nome indica, placas de circuito flexíveis proporcionam flexibilidade e flexibilidade às placas eletrônicas. Os termos "rígido" e "flexível" implicam que a placa de circuito possui regiões rígidas e flexíveis, tornando-as adequadas para uma ampla gama de aplicações, particularmente em aplicações aeroespaciais e militares. O uso de placas de circuito flexíveis elimina as conexões de fiação tradicionais. A flexibilidade e a flexibilidade das placas de circuito são feitas principalmente com poliamida em vez de FR4, que é usado apenas em PCBs rígidos. A flexibilidade dessas placas de circuito permite que elas se encaixem em formatos e espaços complexos, tornando-as ideais para aplicações militares, aeroespaciais, eletrônicos vestíveis, câmeras e smartphones. 

Este artigo ajudará você a entender e aprender o processo de fabricação de PCBs rígido-flexíveis, seu design e considerações de custo. Seja você um especialista ou iniciante, este guia o preparará para dar o pontapé inicial na sua PCB rígido-flexível.

O que é uma PCB rígida-flexível?

PCBs rígido-flexíveis são um tipo de placa de circuito que combina as vantagens das placas de circuito rígido e flexível e oferece um alto nível de flexibilidade e resistência à tração. Isso as torna uma escolha popular em aplicações como dispositivos médicos, aplicações militares, aeroespacial, câmeras e smartphones. Sua flexibilidade dá ao usuário a liberdade de encaixá-las em geometrias complexas de encapsulamento com precisão e exatidão. 

Na maioria das vezes, o material de poliimida é usado para obter flexibilidade. pAs propriedades do material olyimide oferecem um maior grau de flexibilidade em comparação com o material FR4 padrão, usado em PCBs rígidos tradicionais. A constante dielétrica, ou simplesmente Dk valor, do material de poliimida, está entre 3.0 e 3.5, o que é melhor em comparação com o material FR4, que tem 3.5 e 4.0. Os materiais de poliimida comumente usados ​​para PCBs rígidos-flexíveis são Nelco e Rogers. Para PCBs flexíveis, Kapton é geralmente o preferido.  

Os PCBs rígidos-flexíveis são geralmente categorizados em PCBs rígidos-flexíveis de um lado, PCBs rígidos-flexíveis de dois lados e PCBs rígidos-flexíveis multicamadas.

1. PCB rígido-flexível de um lado: A placa de circuito impresso rígida-flexível de um lado é a mais básica entre todos os tipos. Essas placas de circuito consistem em uma única camada condutora sobre um substrato flexível. Furos são perfurados no substrato para permitir a passagem dos componentes durante o processo de soldagem. Uma camada de poliamida é comumente usada para proteger a placa de circuito das condições ambientais adversas.

2. PCB rígido-flexível de dupla face: Essas placas de circuito rígido-flexível consistem em duas camadas condutoras. Os furos passantes revestidos são perfurados para fazer a conexão elétrica entre as camadas.

3. PCB rígido-flexível multicamadas: Ao contrário de uma PCB rígida-flexível de dupla face, uma PCB rígida-flexível multicamadas consiste em mais de duas camadas condutoras. Os furos passantes revestidos (PTH) são perfurados para fazer as conexões elétricas entre as multicamadas. Essas placas de circuito têm um design complexo em comparação com outras PCB rígidas-flexíveis, mas são consideradas uma solução eficaz em situações em que se deseja evitar problemas de diafonia, alta densidade de componentes e requisitos de impedância.  

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Benefícios dos PCBs rígidos-flexíveis

Os PCBs rígidos-flexíveis apresentam muitas vantagens exclusivas em relação aos PCBs rígidos tradicionais. Essas placas de circuito são projetadas para se adaptarem a geometrias complexas e alcançarem um alto grau de confiabilidade.

1. As placas rígidas-flexíveis são frequentemente utilizadas em aplicações militares ondey devem suportar condições ambientais adversas. O material de poliamida usado em placas rígidas-flexíveis reveste os condutores e protege a placa de circuito de condições ambientais adversas.

2. O espaço torna-se um fator crucial em aplicações como aeroespacial e defesa, onde compacidade e leveza são necessárias. Os PCBs rígidos-flexíveis, a capacidade de se adaptar a qualquer formato permite economizar espaço e torná-los leves.

3. Em aplicações de defesa, placas de circuito são mais propensas a choques de alta vibração, como em aeronaves. A capacidade das placas de circuito rígido-flexíveis de se dobrar e flexionar permite que absorvam choques de alta vibração.

4. Em comparação com PCBs rígidos tradicionais, os PCBs rígidos-flexíveis podem ser reinstalados sem danos. Normalmente, um PCB rígido-flexível estático pode ser dobrado por ciclos ou 100 vezes.

5. As placas de circuito rígido-flexíveis oferecem aos designers liberdade criativa para criar formas tridimensionais e uma variedade de formatos diferentes. As formas diferentes e complexas são frequentemente necessárias em aplicações como equipamentos de ginástica e dispositivos vestíveis de monitoramento da saúde. 

6. A capacidade das PCBs rígidas-flexíveis de flexionar e dobrar sem quebrar permite que absorvam choques mecânicos e vibracionais. Isso as torna mais confiáveis ​​e duráveis ​​em comparação com as placas de circuito rígido tradicionais.

Aplicativos de PCB Rigid-flex

A eletrônica moderna exige dispositivos compactos e inteligentes que tragam as placas de circuito impresso rígidas e flexíveis para o mercado. As placas de circuito impresso rígidas e flexíveis foram inicialmente utilizadas pela indústria militar para fabricar produtos leves e confiáveis. Atualmente, as placas de circuito impresso rígidas e flexíveis são amplamente utilizadas em quase todos os setores.

1. Dispositivos médicos: PCBs rígido-flexíveis são utilizadas em dispositivos médicos que exigem compacidade e inteligência, como sensores flexíveis e dispositivos de monitoramento vestíveis. Dispositivos cardíacos estão se tornando sofisticados e inteligentes, como marca-passos. Esses dispositivos contêm um circuito flexível para obter compacidade, são leves e confiáveis.    

2. Eletrônicos de consumo: PCBs rígidos-flexíveis estão sendo cada vez mais usados ​​em eletrônicos de consumo devido à sua capacidade de se adaptarem a espaços complexos como computadores, laptops, smartphones e câmeras.

3. Indústria aeroespacial: A indústria aeroespacial exige dispositivos robustos, compactos e leves que possam sobreviver às duras condições ambientais. Placas de circuito rígido-flexíveis atendem a essas necessidades e são amplamente utilizadas em uma ampla gama de aplicações aeroespaciais, como aeronaves, drones, aviônicos e dispositivos de missão espacial. O rover da NASA em Marte também...sua as placas de circuito rígido-flexíveis, que estão a cerca de 140 milhões de quilômetros de distância da Terra.

4. Aplicações militares: Placas de circuito rígido-flexíveis são usadas em aplicações militares onde espaço, peso, confiabilidade do sistema e desempenho são parâmetros críticos, como mísseis, caças, rádios militares e cargas úteis de vigilância.

5. Indústria automotiva: Os avanços na indústria automotiva estão aumentando rapidamente, como a invenção dos carros com direção automática. Esses veículos avançados utilizam placas de circuito rígido-flexíveis para seus painéis de controle e sistemas de fiação interna.   

6. Robótica: A ascensão da IA ​​e o desenvolvimento de robôs autônomos e com capacidade de autodecisão exigem placas de circuito mais confiáveis. Os PCBs rígidos e flexíveis alcançam padrões de qualidade para se adaptarem a espaços complexos e estão sendo cada vez mais utilizados na área da robótica.

Considerações de projeto para PCBs rígidos-flexíveis

Ao projetar PCBs rígidos-flexíveis, é importante considerar cuidadosamente alguns parâmetros de projeto, como raio de curvatura, espessura do material, tensões mecânicas, etc.

1. Calcular raio de curvatura: É importante calcular o raio de curvatura da sua placa de circuito impresso rígida-flexível para garantir flexibilidade sem danos. O raio de curvatura é basicamente a medida do grau em que uma área flexível de uma placa de circuito pode ser facilmente dobrada. O cálculo correto do raio de curvatura da sua placa de circuito impresso rígida-flexível garante que a placa de circuito impresso possa suportar o número necessário de dobras.

2. Número de Vezes de Flexibilidade: Antes de iniciar o projeto da placa de circuito impresso, determine o número de flexões que a placa de circuito impresso receberá. Isso lhe dará uma ideia se você está projetando uma placa de circuito impresso rígida-flexível estática ou uma placa de circuito impresso rígida-flexível dinâmica.

3. Recomenda-se escolher material de poliimida para a parte flexível do PCB e FR4 para a seção rígida.

4. É recomendável que os furos passantes revestidos (PTH) estejam sempre a pelo menos 0.5 mm de distância da área de curvatura.

5. Evite sempre dobrar a 90°. A inclinação perpendicular pode causar a quebra da placa.

6. Não utilize furos passantes revestidos na parte flexível ou perto da área de dobra da seção flexível.

7. PCBs rígidos-flexíveis são mais propensos ao calor, o que pode danificá-los. Portanto, o gerenciamento térmico adequado é importante para evitar o superaquecimento do PCB.

8. O empilhamento de PCBs desempenha um papel importante na determinação da precisão da placa de circuito. PCBs multicamadas rígido-flexíveis possuem mais de duas camadas condutoras. O alinhamento adequado das camadas condutoras garante a integridade do sinal e melhora o desempenho geral.

9. O alinhamento adequado dos condutores e a adesão entre as camadas são essenciais para manter a integridade e o desempenho do circuito, mantendo a máxima flexibilidade.

10. Ao projetar PCBs rígidos-flexíveis, sempre siga o padrão IPC 6013 para PCBs rígidos-flexíveis.

Processo de fabricação de PCBs rígidos-flexíveis

Ao contrário da fabricação de PCBs rígidos, os PCBs rígidos-flexíveis são complexos e exigem atenção especial para evitar erros e obter flexibilidade precisa. As principais etapas para a fabricação de PCBs rígidos-flexíveis são:

1. Projeto esquemático: Na primeira etapa, o engenheiro de projeto de PCB projeta o esquema da PCB rígida-flexível. O engenheiro de projeto especifica todas as peças rígidas e flexíveis no esquema seguindo o padrão IPC 6013.

2. Seleção de Material: Nesta etapa, são selecionados os materiais para as partes rígidas e flexíveis. Normalmente, utiliza-se poliamida ou Kapton para a parte flexível, e FR4 para a parte rígida.

3. Processo de laminação: Tanto as partes rígidas quanto as flexíveis do PCB são laminadas sob temperaturas extremas para que o PCB obtenha uma forte ligação mecânica.

4. Perfuração e galvanoplastia: Furos passantes são perfurados para criar conexões elétricas entre as camadas condutoras da placa rígida-flexível.

5. Posicionamento de componente: Os componentes são colocados nas almofadas. A pasta de solda é aplicada e a soldagem por refluxo é realizada para fixar os componentes à placa.

6. Teste e inspeção final: Por fim, utilizando diferentes máquinas de inspeção, são realizados testes para identificar quaisquer erros ou falhas, se houver.

Considerações de custo para PCBs rígidos-flexíveis

As PCBs rígidas e flexíveis são caras, e não há dúvidas sobre isso. O custo inicial das PCBs rígidas e flexíveis é mais alto devido ao uso de materiais especializados, um processo de fabricação exclusivo e considerações adicionais de design.

1. Eficiência de montagem rígida-flexível: O custo inicial dessas placas de circuito pode ser maior, mas elas reduzem a necessidade de conectores e cabos, o que facilita o processo de montagem. Isso aumenta a eficiência geral do processo, reduzindo custos de mão de obra e erros.

2. Economia de Custos: O custo inicial das placas de circuito rígido-flexível é mais alto, mas o custo a longo prazo é reduzido devido à confiabilidade.

3. Produção em alto volume e custo: Uma maneira de reduzir o custo inicial das placas rígidas-flexíveis é aumentar o volume de produção. À medida que a produção aumenta, o custo unitário de fabricação diminui.

4. Desenvolvimento e custo do protótipo: O desenvolvimento é um processo iterativo. Na fase de protótipo, alterações e modificações no design podem afetar o orçamento geral do produto. É importante considerar esses fatores durante a fase de planejamento para garantir um desenvolvimento econômico do produto. 

Como os PCBs rígidos-flexíveis diferem dos PCBs rígidos tradicionais?

A placa de circuito impresso rígida-flexível (PCB) é uma placa que possui a capacidade de flexionar e dobrar. Sua flexibilidade a torna ideal para aplicações onde tamanho, espaço e formato são críticos. Como o nome indica, a placa de circuito rígido-flexível possui partes rígidas e flexíveis. A parte rígida é feita de material FR4, e a parte flexível utiliza poliamida ou material Kapton para aumentar a flexibilidade. A constante dielétrica do material de poliamida é muito melhor que a do FR4, tornando-a ideal para a parte flexível da PCB. Dependendo do grau e do uso da flexibilidade, as PCBs rígidas-flexíveis são classificadas como placas rígidas-flexíveis de face única, dupla face e multicamadas. Essas placas de circuito são usadas principalmente em interconexões de alta densidade, aplicações militares e eletrônicos vestíveis.

Por outro lado, os PCBs rígidos tradicionais não possuem partes flexíveis. São feitos principalmente de material FR4. Ao contrário dos PCBs rígidos-flexíveis, os PCBs rígidos não absorvem choques de alta vibração e podem ser facilmente danificados. Sua rigidez os torna inadequados para geometrias complexas.

Visão geral do Flex e do Rigid-flex

As placas de circuito impresso flexíveis e rígidas-flexíveis são utilizadas para finalidades específicas. As placas de circuito impresso flexíveis podem ser flexionadas e dobradas sem serem danificadas. São utilizadas onde são necessários peso leve, compacidade e um número menor de conectores. Em placas de circuito impresso flexíveis, geralmente, utiliza-se poliamida ou Kapton para obter flexibilidade. O valor DK aprimorado dessas placas de circuito permite que elas alcancem flexibilidade e capacidade de flexão. Dependendo do grau de flexibilidade e capacidade de flexão, as placas de circuito impresso flexíveis são categorizadas em dois tipos.

1. PCBs flexíveis estáticos: Se uma PCB flexível for projetada de forma que só possa ser flexionada menos de 100 vezes durante sua vida útil, esse tipo de PCB flexível é chamado de PCB flexível estático. As PCBs flexíveis estáticas geralmente são dobradas apenas durante o processo de montagem. Elas não são projetadas para flexionar após o processo de montagem. Uma vez que a placa de circuito é encaixada no produto final, ela permanece estática.

2. PCBs Flexíveis Dinâmicos: Se uma PCB flexível for projetada de forma que possa ser flexionada regularmente, ela é chamada de PCB flexível dinâmica. Essas placas de circuito podem suportar milhares de ciclos de flexão.

Por outro lado, as placas de circuito impresso rígidas-flexíveis combinam as vantagens das placas de circuito impresso rígidas e flexíveis. Nas placas de circuito rígido-flexíveis, uma parte da placa de circuito impresso é rígida, contendo todos os componentes, e a outra parte é flexível, proporcionando a interconexão entre as duas áreas rígidas. Dependendo do tipo de aplicação, um ou mais circuitos flexíveis são acoplados às placas rígidas. As placas de circuito impresso rígidas-flexíveis oferecem inúmeras vantagens, incluindo flexibilidade, flexibilidade, robustez, capacidade de lidar com choques vibratórios e economia de espaço, tornando-as ideais para aplicações como dispositivos médicos, defesa, dispositivos vestíveis e eletrônicos de consumo.  

Diferença entre FFC e FPC

O Cabo Plano Flexível (FFC) é um cabo simples com fios em ambas as extremidades, sem circuitos adicionais conectados a ele. Ele é usado principalmente para interconexão entre módulos. Por outro lado, o Circuito Impresso Flexível (FPC) é um cabo com fios em ambas as extremidades e circuitos adicionais conectados a ele. É mais complexo que o FFC. Tanto o FFC quanto o FPC são projetados para aplicações especiais.

PCBasic: Um fornecedor de PCB rígido-flexível da China

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