Flexibla kretskort: Types, design och tillämpningar

Flexibla kretskort böjs för att passa i kurviga och trånga utrymmen. De använder tunna lager koppar på en flexibel film som låter ingenjörer bygga mindre enheter. Du hittar dem inuti kameror, smartphones och medicinska verktyg. Böjningen och vikningen ger nya layoutalternativ och gör att de kan bära signaler med hög tillförlitlighet.

Flexibla kretskort hjälper till att minska utrymme och vikt i enheter. Designers kan skapa utrustning som ser smal och lätt ut medan bärbara prylar blir bekväma och starka. Tillverkare kan minska monteringsstegen och därmed spara tid i produktionslinjerna. Flexibla kort tål också rörelse och stress i daglig användning. En mängd olika prylar, inklusive elbilar, drönare och smarta hem, använder denna teknik. Denna tillväxt formar många nya verktyg för dig.

Läs vidare när vi tittar på huvudtyperna av flexibla kretskort, strukturen och deras för- och nackdelar. Vi kommer också att jämföra dem med de mer populära styva kretskorten och varför du bör överväga de flexibla kretskorten. 

Vad är en flexibel PCB?

Ett flexibelt kretskort (PCB) är ett tunt elektroniskt kort byggt på en böjbar film. Det innehåller koppartrådar som transporterar ström och signaler över kortet. Basfilmen kan vridas eller lindas runt delar. Du kan också forma det för att passa i trånga eller böjda utrymmen. Denna frihet gör det idealiskt när ett platt kort inte fungerar.

Stela kretskort sitter på ett hårt, platt substrat som motstår böjning och håller formen under belastning. Flexibla kretskort å andra sidan böjs och flexas med rörelse eller täta passningar. Du kan vika dem inuti kompakta enheter, vilket sparar kontakter och kablar. Det minskar också vikt och monteringssteg. Denna designförändring möjliggör många nya layouter för dig.

Flexibla kort använder filmer som polyimid eller polyester som substrat. Kopparfolie fäster vid filmen med ett speciellt lim och ett täckskikt skyddar spår samtidigt som det bibehåller flexibiliteten. Du kan se förstyvningar tillagda för att hålla delar på plats och även täckfilmer för isolering och styrka. Antal lager och tjocklek varierar beroende på användning för att balansera flexibilitet och hållbarhet.

Flexibla kretskort hittar du i kameror, telefoner, bärbara enheter och sensorer. De passar inuti medicinska skannrar, smarta glasögon och drönare. Biltillverkare använder dem i instrumentpaneler och sensorer medan rymdfarkoster och satelliter förlitar sig på deras låga vikt och böjbarhet. Flexibla kretskort är också mycket viktiga i robotar som rör sig.

Typer av flexibla kretskort

Det finns många typer av flexibla kretskort som används för olika elektriska komponenter och enheter. Här är en närmare titt på några av dem.

Enkelsidigt flex-kretskort

Ett enkelsidigt flex-kretskort placerar kopparspår på ena sidan av en tunn film. Polyimidfilmen fungerar som en signalbärare när den böjs genom små utrymmen. Ett täckskikt skyddar spåren och märken som fungerar som vikpunkter. Denna layoutdesign producerar ett tunt kort med överkomliga kostnader för enkla elektroniska banor.

Ingenjörer använder vanligtvis enkelsidiga flexkort för sensorband och LED-remsor samt enkla signallänkar. Kortet böjs antingen en gång under tillverkningen eller förblir plant. Ett enda snitt i kablarna och kablarna minskar både utrymmesbehovet och systemvikten. Det enda kopparlagret gör det också möjligt för tillverkningsföretag att bibehålla låga produktionskostnader samtidigt som tillverkningsprocesserna hålls enkla för korta produktionsserier.

Designen kan inte stödja komplex kabeldragning utan ytterligare jumpers. Hela spårningsvägen genomgår din noggranna planering, vilket eliminerar alla möjligheter till korsningar. Ytterligare anslutningar kräver antingen jumpers eller externa kablar. Tillägg av förstyvningar leder till ökad korttjocklek eftersom de fungerar som kontakter eller monteringselement för delar.

Dubbelsidigt flex-kretskort

Ett dubbelsidigt flex-kretskort håller koppar på båda sidor av sin film. Genomgående hål och mikrovior förbinder kortets olika lager. De extra routingmöjligheterna ökar inom samma dimensionella område. Varje sida av det flexibla kretskortet har skyddande täckskikt som också förstärker områden som är benägna att böjas. Kortet bibehåller sin tunna profil vid hantering av genomsnittliga komplexitetsnivåer och signaltätheter.

Dubbelsidiga flexibla kretskort förekommer i streckkodsläsare och kamerakablar, såväl som i LED-bakgrundsbelysning. Det extra lagret möjliggör bättre prestanda genom att dela ström från dataledningar. Tillverkningsprocesser som inkluderar borrning och plätering driver tillverkningskostnaderna utöver nivåerna för enkelsidig konstruktion. Flexibiliteten i delplacering och kritisk nätrouting visar fördelar för konstruktörer.

Processen att fräsa vid böjningszoner kräver noggrann planering för att förhindra att vias spricker. Tillverkningsprocessen kräver att du placerar vias i områden som undviker böjda sektioner samtidigt som du använder förstärkta öppningar i täckskiktet. Tillverkarens regler fastställer spårdimensioner för att bibehålla tillförlitlighet under bockningsoperationer. De etablerade reglerna gör det möjligt att uppnå hög densitet samtidigt som långsiktig tillförlitlighet bibehålls i bärbara och vikbara system.

Flerskiktad Flex PCB

Det flerskiktade flex-kretskortet kombinerar tre eller flera kopparlager inuti flexibla filmer. De interna kopparlagren innehåller kraftplan och jordplan som fungerar för att minska brus. Anslutning av lager sker genom blinda eller nedgrävda mikrovias för att minimera utrymmesbehovet. Ett lager av täckskikt binder över stacken och skyddar alla kopparlager från flexslitage.

Höghastighetskretsdesignerna, tillsammans med RF-moduler och kompaktkameraanslutningar, drar nytta av denna specifika typ av flex-kretskort. Ett tunt, flexibelt paket innehåller lager för strömförsörjning och jordning vid överföring av signaler. Bättre signalintegritet och EMI-kontroll erhålls genom designkompromisser med ökade kostnader. Tillverkningsprocessen kräver exakt uppriktning, specifika lamineringstryck och kontrollerad värmebehandling för varje självhäftande lager.

Tidig bestämning av lagerantal visar sig vara avgörande eftersom ytterligare lager skapar både tjocklek och ytterligare etsningsprocesser. Kritiska nät måste kartläggas på inre lager för att uppnå skydd under rörelse. Antalet lager i stapeln avgör begränsningarna för böjningsradien, vilket konstruktörer måste beakta när de matchar sina designkrav med dessa begränsningar. Balansen mellan tillförlitlighet och flexibilitet kan bibehållas genom hela kortet.

Flex PCB

Alla elektroniska kretsar som använder flexibel substratfilm för att konstruera sin design kvalificerar som ett flex-PCB. Ett flex-PCB-design inkluderar grundläggande enskiktskonfigurationer tillsammans med invecklade flerskiktskonstruktioner. Valet av material och koppartjocklek beror på det förväntade antalet böjningar. Statiska flexkort utsätts för en enda böjning, medan dynamiska flexkort behöver hantera kontinuerliga böjningsrörelser.

Statiska flexkort används specifikt för att stödja vikningar av kamera- och telefonmonteringar. Processen kräver att du böjer dem och sedan håller dem i sin nya position. Rörliga leder och vikbara skärmar kräver dynamiska flexkort för att fungera inuti dem. Speciella designer måste implementeras för kopparspänningsavlastning och neutrala böjningslinjer. Din kortdesign kommer att klara flera tusen böjningscykler utan att skadas.

Valet av flexibla kretskort låter dig hitta en balans mellan rörelsekrav och produktkostnader. Kostnaden för engångsböjningar förblir lägre än kostnaden för dynamiska byggen under hela design och produktion. Valet av lämplig film- och täckskiktsstil och spårform beror på din rörelseprofil och budgetkrav och du samarbetar med din tillverkare för att göra dessa val.

Böj med förstyvningselement

Stela kuddar fästa vid flexibla kretskort fungerar som förstyvningselement som stöder tunga delar och kontakter. Förstyvningsmaterialen består av FR4 och polyimid samt tunna metallplåtar. Bindningar används för att fästa förstyvningselement på platser som kräver plan montering eller extra styrka. En kombination av flexibla och styva zoner i filmdesignen möjliggör montering av kontakter utan att skada filmmaterialet.

Designprocessen kräver att konstruktörerna installerar förstyvningar under kortets kanter samtidigt som de placeras under kontaktplattor och testpunkter. Kortet skärs till i form med små öppningar för att säkerställa att böjning i närheten fortfarande är möjlig. De självhäftande lagren ger säker fastsättning av förstyvningarna samtidigt som de förhindrar uppbyggnad av delaminering eller gupp. Övergångarna mellan förstyvningarna täcks med täckskikt för att uppnå jämn böjning.

Införandet av förstyvningar påverkar kortets tjocklek på specifika områden, så du måste kontrollera åtkomst till monteringsverktyg. Du måste modifiera både lödpastastabloner och pick-and-place-utrustningens inställningar. Den extra installationsprocessen garanterar att delarna bibehåller korrekt uppriktning och att lödfogarna bibehåller sin styrka trots rörelser i den omgivande flexfilmen.

Rigid-flex PCB

Ett rigid-flex-kretskort kombinerar rigida kortsektioner och flexsektioner i en del. Tillverkningsprocessen innebär att flexibla filmer placeras mellan rigida lager innan alla lager limmas samman. Hybriddesignen eliminerar kabelkraven eftersom rigida öar använder flexbryggor för att ansluta till varandra. Kortet bibehåller sin styrka i specifika områden men utvecklar flexibilitet i andra sektioner.

Rigid-flex PCB-applikationer finns inom flyg- och rymdindustrin, medicinska implantat samt militär utrustning. Dessa kort fungerar effektivt i krävande miljöer som kräver olika nivåer av styvhet. Kortet innehåller styva delar som stöder tunga komponenter och flexibla sektioner som skapar kabelliknande strukturer eller vikningsmöjligheter. Tillverkningen kräver exakt lagerbindning och kontrollerad laminering och exakt uppriktning av kopparområden.

Designprocessen för rigid-flex börjar med att etablera mekaniska passningar och bestämma böjningsprofiler från början. Din design bestämmer de plana områdena och de områden som behöver vikas. Ditt CAD-verktyg måste stödja designen av både rigida och flexibla staplingsfunktioner. Processen med noggrann planering resulterar i en enda montering som minskar vikt- och utrymmeskrav och förenklar monteringsstegen.

Struktur av flexibla kretskort

Konstruktionen av ett flexibelt kort liknar en tunn sandwichstruktur med böjbara egenskaper. Huvudkomponenten i detta system är ett flexibelt substratmaterial. Filmer fungerar som en bas där kopparfolie fästs för att skapa nödvändiga kretsar.

De självhäftande lagren fungerar som bindemedel för att hålla kretskomponenterna på plats under böjningsoperationer. Kopparskenorna skyddas mot slitage och fukt genom applicering av ett toppskikt.

Hur mycket kan man böja ett kretskort?

Böjningsradien bestämmer den maximala krökningen för flexibla skivor. Standardmåttet för böjningsflexibilitet är lika med tio gånger skivans tjocklek. En radie på 1 mm fungerar som minimikravet för att böja en 0.1 mm tjock skiva utan att orsaka några skador. En enda böjning fungerar med fem gånger tjockleken, men detta kan leda till skivbrott.

Materialval påverkar flexibiliteten. Materialet polyimid bibehåller sina hållfasthetsegenskaper vid uppvärmning och stöder många flexibla cykler. Polyestermaterial fungerar bäst vid konstruktion av statiska böjningar. Koppartjockleken spelar också roll. Böjhållfastheten hos tunn koppar ökar medan den erforderliga spänningen minskar.

Förstyvningens roll i flex-kretskortsdesign

Förstyvningar tjänar till att bibehålla planhet och stabilitet hos komponentplattorna. Förstyvningarna hittar sin plats under kontakter, integrerade kretsar och testpunkter. Lödfogar tenderar att spricka när förstyvningar saknas under böjning. Du bör använda värmebeständigt lim för att ansluta förstyvningar. Komponenten förblir fixerad på plats medan kortet förblir blockerat.

De vanligaste förstyvningsmaterialen består av FR4, polyimid och aluminium. FR4 erbjuder en billig och styv bas. Polyimidförstyvningar matchar substratets flexibilitet. Aluminium fungerar som ett starkt material för kontakter som behöver ytterligare strukturellt stöd. Förstyvningar behöver formas innan de böjs medan de öppningsbara kanterna bibehålls under processens gång. Placeringen av förstyvningar sker antingen under komponenterna eller vid kortkanterna för att styra monteringsprocesserna.

Tillsatsen av förstyvningselement påverkar tjockleken på specifika skivområden. Före montering måste du ta hänsyn till både höjdkrav och monteringsutrymme. Miljöbelastning skyddas genom att applicera tejp eller täckskikt på kanterna på förstyvningselementen. Placeringen av förstyvningskanter under tejpen eller täckskiktet säkerställer både fräsningskvaliteten och skyddar filmen från att flagna vid förbindelserna mellan förstyvningselement och flexsektionen.

Designtips för flexibla kretskort

Planera spårbredd och avstånd tidigt i layouten. Bredare spår bär mer ström men ökar styvheten. Smala spår låter dig böja hårdare men begränsa strömmen. Använd konsekvent avstånd för att förhindra kortslutning under flex. Håll minimivärdena inom din tillverkares kapacitet.

Planera ut böjningsområden och håll känsliga nät borta. Placera böjningslinjer där brädan böjer sig försiktigt. Undvik att placera vias på vikzoner. Lägg till reliefmönster som hundbensformer vid spårändarna. Det sprider spänningar och förhindrar sprickor när brädan böjs.

Placera komponenter utanför böjningszonerna när det är möjligt. Använd ytmonterade delar med låg profil. Om du måste placera delar på en böjningszon, använd flexibla kontakter eller hylsor utan insättningskraft. Dra höghastighets- eller högprecisionsnät på stabila sektioner för att minska signalförvrängning från böjningsrörelser.

Välj CAD-verktyg som hanterar flexibilitet och böjsimulering. Många PCB-verktyg låter dig rita neutrala böjlinjer och visualisera kopparspänningar. Definiera lageruppbyggnad med substrat, lim, koppar och täckskikt. Exportera böjdata till mekanisk CAD för kapslingsdesign. Det arbetsflödet säkerställer att du upptäcker passforms- eller kollisionsproblem tidigt.

Om PCBasic

Tid är pengar i dina projekt – och PCBasic får det. PCGrundläggande är en PCB monteringsföretag som ger snabba, felfria resultat varje gång. Vår omfattande PCB monteringstjänster inkludera expertkunskapsstöd i varje steg, vilket säkerställer högsta kvalitet på varje kretskort. Som en ledande Tillverkare av PCB-montage, Vi erbjuder en komplett lösning som effektiviserar din leveranskedja. Samarbeta med våra avancerade PCB-prototypfabrik för snabba leveranser och överlägsna resultat du kan lita på.

Fördelar med flexibla PCB

Flexibla kretskort har många fördelar som låter dig designa täta layouter med få delar. Här är de viktigaste fördelarna.

•  Det sparar utrymme genom att fälla in brädan i trånga utrymmen.

•  De minskar vikten på din enhet genom att använda tunna filmer.

•  Du tar bort extra kablar och kontakter från din design.

•  De minskar monteringsstegen och snabbar upp produktionen.

•  De håller längre i rörliga delar med brädor som böjer sig.

•  Du minskar fraktkostnaderna med en lättare slutprodukt.

Brister hos flexibla kretskort

Även om flexibla kretskort har många fördelar, finns det några nackdelar. Här är några.

•  Du kan komma att betala mer i material- och specialavgifter.

•  De behöver noggrann hantering och anpassade monteringsdetaljer.

•  De begränsar hur mycket belastning du lägger på böjda områden.

•  Du måste lägga till förstyvningar för tunga kontakter eller delar.

•  De kräver testning och inspektion för att upptäcka flexskador tidigt.

Flexibelt kretskort kontra styvt flexibelt kretskort

Tillverkningsmetoderna för flexibla och styva flexibla kretskort skiljer sig åt även om de uppfyller samma funktionella krav. Följande tabell illustrerar de viktigaste skillnaderna mellan flexibla och styva flexibla kretskort.

Flex PCB-prototyptillverkningstjänster från PCBasic

PCBasics snabbvridna flexibla prototyptillverkningstjänst för kretskort hanterar alla nivåer av prototypkomplexitet. Du kan skicka dina Gerber-filer och specifikationer för stapling via vår onlineplattform. Våra ingenjörer ger råd om böjningsradie och spårbredd samt dimensioner för täckskiktspassager. Kommunikationen mellan dig och tillverkaren sker via e-post och chatt i realtid.

PCBasic använder precisionslaserskärare för att fräsa din prototyp innan kopparfolie läggs till polyimidfilmer genom plottprocesser. Vi följer dina krav för att limma täckmaterial och förstyvningar. Monteringsanläggningen inom vårt företag utför lödning av delar samtidigt som de utför funktionstester genom flexcykelprocedurer. Rapporten innehåller foton tillsammans med testloggar och fullständig dokumentation.

Slutsats

Flexibel kretskortsteknik avslöjar nya produktdesigner genom minimerad utrymmesanvändning, minskade viktkrav och förenklade monteringsprocedurer. Urvalet inkluderar enkelsidiga kort, flerskiktade och styva flexibla designer beroende på dina projektkrav. Tillförlitlighet under rörelse blir möjlig genom noggrann planering av material, banor och böjningsöverväganden.

Expertisen och den snabba prototypskapande och produktionsprocess som tillverkare som PCBasic erbjuder sina kunder. Genom att använda rätt flexkortstyp kan du utveckla smala, dynamiska enheter effektivt och med säkerhet.