Гибкая печатная плата и ее материал, проектирование, производство, преимущества и применение FPCB

Что такое гибкая печатная плата?

Известно, что гибкая печатная плата или FPCB - это тип печатной платы со многими преимуществами. Большинство гибких печатных плат представляют собой многослойные печатные платы.

По сравнению с традиционными жесткими печатными платами конструкции гибких печатных плат обычно более сложны. Этот тип картона может быть сконструирован различными способами для достижения идеальной формы упаковки. Гибкая форма печатной платы может присутствовать в изделии при установке.

Гибкая печатная плата не похожа ни на один другой тип электронного устройства. Он отличается сочетанием тонких и гибких подложек и одного компонента, что делает дизайн невероятно сложным. При разработке первой платы жестко-гибкая большинство дизайнеров понятия не имели, чего ожидать, когда дело доходило до проектирования печатных плат.

Печатные платы, изготовленные из жестких гибких соединений, больше не являются двумерными коробками с плоским дном. Вместо этого они имеют трехмерную внутреннюю структуру, которая позволяет их сгибать и складывать. В результате этот новый тип электронного устройства обладает более высокой производительностью и более стабильен, чем традиционные печатные платы. Кроме того, разработчики этих плат используют один компонент, что устраняет необходимость в нескольких кабелях и разъемах.

Почему появились гибкие печатные платы?

Гибкие печатные платы появились в связи с растущей потребностью в более эффективных и экономичных электронных компонентах.

Гибкие печатные платы невероятно универсальны, поскольку их можно сгибать и разгибать, что позволяет вписывать их в узкие пространства, которые иначе были бы недоступны для традиционных жестких печатных плат.

Гибкие платы также обеспечивают повышенную защиту от вибрации, ударов и других факторов окружающей среды, которые могут привести к повреждению традиционных жестких печатных плат.

Кроме того, они зачастую более легкие, чем их жесткие аналоги, что объясняет их идеальное применение в авиационной и аэрокосмической промышленности, где вес является существенным фактором.

Гибкие печатные платы используются в различных областях, от медицинских приборов и автомобильных систем до бытовой электроники и военной техники.

Гибкие печатные платы становятся все более популярными, поскольку они способны обеспечить надежную работу в сложных условиях и при этом являются экономически эффективными решениями.

Кроме того, они предлагают всевозможные варианты настройки, обеспечивая более высокий уровень производительности и гибкости конструкции по сравнению с традиционными жесткими печатными платами. Несомненно, у гибких печатных плат большое будущее. Благодаря развитию технологий и материалов гибкие печатные платы становятся все более надежными и экономически эффективными. Неудивительно, что они считаются отличным выбором для многих отраслей промышленности.

Материалы гибкой печатной платы

Подложка и защитная пленка

Печатные платы, обычно используемые в электронных изделиях, изготавливаются из стекловолокна и эпоксидной смолы. Хотя для описания этих досок часто используется термин "жесткие", их эластичность ощущается даже при снятии одного слоя. Благодаря отвержденной эпоксидной смоле эти плиты могут быть более жесткими, но их нельзя использовать для конкретных изделий, поскольку они недостаточно гибкие. Тем не менее, некоторым продуктам требуется печатная плата с этим свойством. Именно поэтому он идеально подходит для тех изделий, которые только собираются.

Гибкая пластиковая пленка не только используется для изготовления электронных изделий, но и широко применяется в различных областях применения. Одним из наиболее распространенных видов пластиковой пленки является полиимид, который очень мягкий и прочный. Кроме того, благодаря своей термостойкости он может выдерживать перепады температур во время сварки оплавлением и противостоять воздействию деформации и расширения.

Другим типом гибкого материала является полиэстер, обычно используемый в электронном оборудовании. По сравнению с полиимидной пленкой ее температурная деформация и термостойкость хуже. Этот материал обычно заворачивается в мягкую пленку, идеально подходящую для печатных схем. Поскольку он не выдерживает высоких температур, холодное прессование делает эти контуры гибкими.

В дисплейной части радиочасов используется гибкая схема подключения, которая часто работает неправильно. Основной причиной этой проблемы является низкое качество разъема. Для решения этой проблемы мы рекомендуем использовать PI-пленку для гибко-жестких печатных плат.

В гибких цепях, таких как те, что используются в электронных устройствах, для защиты проводника используются различные материалы, такие как ПЭТ, ПИ и сердцевина из стекловолокна. Кроме того, в цепи может также потребоваться использование других защитных пленок, например, предназначенных для защиты от коррозии и повреждений. Их можно использовать для маскировки стойких к припою чернил. Кроме того, изолирующая пленка может помочь предотвратить повреждение проводника или коррозию.

PET- и PI-пленки имеют толщину пленки примерно от 1/3 до 3 мил. Другими вариантами пленки являются стекловолокно или эпоксидная смола, обычно толщиной от 2 до 4 мил.

Несмотря на то, что материалы FR4 обычно используются для изготовления жестких плит, при сочетании с материалами rigid-flex необходимо учитывать многие требования.

Кто-то может возразить: “Для материалов гибкой печатной платы лучше выбрать подложку и покрывающую пленку с меньшим размером сжатия и расширения, не так ли?” Да, какой смысл!

Обладающий высокой гибкостью и термостойкостью полипропиленовый полиимид (PI) обычно используется в гибких подложках. Его преимущества включают хорошие механические и электрические свойства, хорошее влагопоглощение и хорошую устойчивость к атмосферным воздействиям. Но вы можете задаться вопросом: “Является ли полиэфиримид наиболее часто используемым типом?” Ответ - да.

Полиэфирный PET дешев и обладает хорошей стойкостью к разрыву, гибкостью и механическими свойствами. К сожалению, недостатки этого материала становятся очевидными при нагревании, а именно:

Значительная скорость усадки

Не идеален для высокотемпературной пайки из-за своей термостойкости

Покрывало

Читатели, знакомые с промышленностью печатных плат, могут задать вопрос: “Назначение защитной пленки толщиной от 1/2 до 5 мил заключается в защите схемы от влаги, загрязнения и пайки. Это правда?” Да, какая удачная догадка!

Покрывающая пленка на печатной плате часто состоит из полиимидов, полиэстера или полиэтилена. Пленка служит механическим барьером и барьером для окружающей среды, который защищает медные поверхности от повреждений во время сборки и эксплуатации. В зависимости от области применения толщина защитного слоя может варьироваться от 0,5 до 5 мил.Армирующая пленка используется для покрытия гибкой печатной платы, когда это необходимо для сварки или добавления армирования. Он может быть изготовлен из различных материалов, таких как алюминий, сталь и FR4.

Низкопоточный полипропилен обычно используется для покрытия печатных плат с гибким и жестким соединением, таких как Flex-Connect и Rigid. Обычно для этого материала существуют три спецификации: 106 (2 мил), 1080 (3 мил) и 2116 (5 мил).

Защитная пленка используется для обеспечения превосходной механической и электрической защиты. Обычно он изготавливается из полиимида или полиэстера, который обладает превосходной термостойкостью и высокими диэлектрическими свойствами по сравнению с полипропиленом. Толщина этого защитного слоя может варьироваться от 0,5 до 5 мил.Большинство электронных изделий, обычно используемых для экономии средств, таких как печатание проводов, по-прежнему изготавливаются из медной проволоки. Однако при замене проводов и разъемов медную фольгу можно использовать в различных формах. Например, медная фольга может быть лучшим выбором, хотя бы для замены разъемов и проводов.

Кроме того, когда дело доходит до повышения несущей способности устройства, такого как проводник, можно использовать медную фольгу, увеличив ее вес. Из этого материала также можно получить медный лист шириной в 1 раз больше.

Наконец, медная фольга часто используется для улучшения свойств изоляционного материала из-за ее высокочастотных характеристик. Это позволяет улучшить экранирование и уменьшить электростатические помехи. Медную фольгу также можно использовать в качестве защитного слоя между компонентами благодаря ее низкому сопротивлению и высоким диэлектрическим свойствам по сравнению с полипропиленом.К сожалению, известно, что медь плохо усваивается на работе и вызывает стресс и усталость. Если гибкую схему необходимо многократно перекладывать или сгибать для сохранения ее структурной целостности, то лучшим выбором может быть медная фольга. Однако из-за его ударной вязкости при прокатке его можно сгибать и разгибать чаще, прежде чем возникнут усталостные трещины.

Повышенная эластичность медной фольги при ее прокатке также может быть использована для улучшения ее механических свойств. Например, этот материал может продлить срок службы гибкой цепи за счет повышения ее прочности при качении.

Клейкий

В дополнение к медной фольге мы должны нанести клей на другие пленки, такие как PI-пленка. Из-за различных свойств медной фольги, таких как ее твердость, невозможно добиться хорошего склеивания при высоком давлении и температуре. Некоторые производители выпускают ламинаты с медным покрытием, которые бывают двусторонними и односторонними. В них используется эпоксидный или акриловый клей толщиной от одного до двух миллиметров или один миллиметр толщиной в миллиметр. Он специально разработан для FPC. В связи с растущей популярностью “бесклеевых” ламинатов потребность в более эффективных технологиях обработки привела к разработке новых материалов, таких как медная оболочка на PI-пленках. Эти материалы могут быть использованы в крупномасштабных печатных платах HDI. Для защиты гибких жестких соединений мы будем использовать термоплавкую, силиконовую или эпоксидную смолу. Эти два материала помогут повысить механическую прочность суставов и предотвратят их утомляемость при напряжении.

Структурная форма гибкой печатной платы

Гибкие печатные платы состоят из тонкого материала подложки с ламинированными слоями медных проводников. Гибкие печатные платы могут иметь различную конфигурацию, включая односторонние, двусторонние и многослойные платы.

Согласно опыту компании Hitechpcb, гибкие печатные платы обычно изготавливаются из трех слоев материала: верхний слой сердечника из полиимида или другого гибкого пластика, средний изолирующий слой из эпоксидной смолы или силикона и нижний проводниковый слой из меди. Слои ламинируются друг с другом под воздействием тепла и давления. Гибкие печатные платы также могут иметь дополнительные слои для придания им функциональности, например, специальное экранирование для защиты от электрических шумов или дополнительные проводящие цепи для более сложных приложений.

Производство гибких печатных плат

Процесс производства гибких печатных плат сложен и включает в себя несколько этапов. На первом этапе создается дизайн схемы, включая компоненты и трассы. Это может быть сделано как вручную, так и с помощью программ автоматизированного проектирования (CAD). После завершения проектирования схема должна быть напечатана на гибкой подложке, как правило, на полиимидной пленке или другом аналогичном материале. Гибкие подложки идеально подходят для производства гибких печатных плат, поскольку позволяют создавать изогнутые формы и уменьшать ширину трасс, что необходимо для миниатюризации. После того как схема напечатана на подложке, ее необходимо обрезать по размеру, а затем заламинировать медной фольгой. После этого гибкие печатные платы готовы к автоматизированной сборке, например, к пайке компонентов или установке разъемов.

Гибкие печатные платы - это универсальный и экономически эффективный способ производства малогабаритной, легкой электроники, повышающей гибкость и надежность. Следуя описанным выше шагам, производители гибких печатных плат могут быстро и эффективно создавать надежные гибкие схемы. Данное руководство позволит вам понять, как они работают и почему они необходимы для современного производства электроники.

Компоновка гибкой печатной платы

Конструкция гибких печатных плат сложна. Из-за различных сигналов и передачи энергии крайне важно учитывать различные факторы, влияющие на систему.

Следует соблюдать принцип компоновки гибких печатных плат, чтобы свести к минимуму сложность системы. Кроме того, расположение основных компонентов и схем основных блоков также должно быть приоритетным. Расположение также должно быть организовано в соответствии с направлением потока сигнала на плате.

Общая проводка платы должна быть как можно короче. Критические сигнальные линии также должны быть как можно короче. Разделительный конденсатор следует располагать как можно ближе к контакту источника питания. Шлейф, соединяющий землю и источник питания, также должен быть самым коротким. Сигнал должен подаваться в правильном направлении, чтобы предотвратить несчастные случаи.

Расположение компонентов также должно быть удобным для обслуживания и отладки. Например, важные компоненты следует размещать отдельно от мелких, чтобы избежать чрезмерного скопления. Кроме того, вокруг компонентов должно быть достаточно места для отладки.

Для цепей с одинаковой структурой следует, насколько это возможно, применять “симметричный” стандарт. Кроме того, планировка также должна быть оптимизирована в соответствии с гравитационным балансом и равномерным распределением. Основанная в Китае, компания Baineng является ведущей сервисной платформой для электронной промышленности.

Ведущий онлайн-поставщик компонентов, датчиков и печатных плат (PCBS) для электронной промышленности может предоставить комплексное решение для удовлетворения потребностей цепочки поставок электронной промышленности. Кроме того, это позволяет клиентам управлять своими различными требованиями с помощью единой платформы.

В дополнение к обычному принципу компоновки, ориентация компонентов также должна быть изменена в зависимости от типа платы. Например, ориентация подключаемых компонентов должна быть в направлении X или Y.

Нагревательные компоненты должны быть равномерно распределены, чтобы свести к минимуму тепло, выделяемое машиной и одной платой. Кроме того, чувствительные к температуре компоненты следует размещать вдали от значительных источников тепла.

Сигналы от высокого, низкого и сильнодействующего токов полностью разделены. Кроме того, цифровые и аналоговые сигналы также разделены. Следовательно, высокочастотные и низкочастотные компоненты должны быть расположены на достаточном расстоянии друг от друга. Следует отметить, что для размещения всех компонентов вместе следует использовать один и тот же источник питания, чтобы облегчить разделение источника питания в будущем.

Принцип компоновки является наиболее важным аспектом проектирования схемы. Это включает в себя размещение различных компонентов и их соединение. Приоритет жизненно важной сигнальной линии должен быть отдан сигналам, которые наиболее важны для проекта, таким как слабый сигнал, высокоскоростной сигнал и сигнал синхронизации.

Принцип приоритета плотности также следует соблюдать, чтобы начинать подключение компонентов с наиболее сложных соединений на плате.

Рекомендации по правилам проектирования гибких печатных плат

По сравнению с традиционной конструкцией печатной платы, конструкция гибкой печатной платы является более сложной. Вот почему соответствующие правила должны соответствовать различным аспектам дизайна. Например, переходная зона и расположение платы должны соответствовать правилам соответствующих правил проектирования.

Положение сквозного отверстия

Когда гибкая печатная плата изгибается при динамическом использовании, следует по возможности избегать сквозных отверстий. Их легко взломать, и они часто являются причиной повреждений. Некоторые люди могут задаться вопросом: “Можем ли мы принять какие-то меры? Например, отверстия также могут быть пробиты в области усиления гибкой печатной платы и не пересекать линию края этой области, верно?” Да, вы правы. Это означает, что при проектировании гибких печатных плат следует избегать определенного расстояния от зоны соединения.

Конструктивные требования к зоне гибко-жесткого соединения и сквозному отверстию указаны таким образом, чтобы они соответствовали определенному расстоянию. Для высокопроизводительных приложений предел обычно устанавливается на уровне около 70 мил. Для производителей перерабатывающей промышленности ограничение на количество переходных отверстий должно составлять не менее 30 мкм. Следуйте этим правилам как для flex, так и для vias. Это самое важное правило, касающееся сочетания гибких досок.

Дизайн прокладок и переходных отверстий

Гибкие печатные платы требуют тщательного рассмотрения при проектировании прокладок и переходных отверстий. Гибкие печатные платы изготавливаются из нежесткого материала подложки, обычно полиимида или полиэстера, что позволяет им сгибаться и скручиваться без разрушения. Однако за такую гибкость приходится платить; поскольку материал не является жестким, как традиционные подложки FR4, прокладки и переходные отверстия требуют большей точности, чтобы гарантировать, что они выдержат изгиб.

Гибкие печатные платы часто требуют уникальных форм или размеров прокладок и специальных методов пайки для обеспечения максимальной долговечности и производительности. Также существует необходимость в дополнительном расстоянии между компонентами и схемами для предотвращения коротких замыканий из-за нагрузки на плату. Эти соображения необходимо учитывать при проектировании гибкой печатной платы, поскольку они будут определять успех конечного продукта. Инженеры могут создавать надежные и эффективные печатные платы, понимая дополнительные сложности, связанные с гибкими печатными платами, и предпринимая соответствующие шаги для обеспечения гибкости всех элементов конструкции.

Проектирование маршрута

Если в области изгиба имеется несколько линий, старайтесь избегать наложения контуров верхнего и нижнего слоев листа медной проволоки. Это может вызвать непостоянное напряжение на линии, что приведет к механическому повреждению. Вместо этого дорожки должны располагаться в шахматном порядке, а верхний и нижний слои должны располагаться по прямой линии.

Конструкция гибкой области аналогична конструкции жесткой области, за исключением того, что вместо того, чтобы следовать угловой линии, она должна следовать дуге окружности. Это может помочь защитить линии гибкой доски от повреждения при изгибе. Толстые и тонкие линии также следует соединить каплевидными дугами, чтобы избежать резкого сужения или расширения.

Конструкция для укладки меди

Некоторые могут задаться вопросом: “Для гибких изгибаемых армированных панелей, как правило, лучше использовать сетчатую конструкцию с медным плоским слоем или многослойную укладку. Это правда?” Ответ - да. Однако для таких применений, как контроль электрического сопротивления, электрическое качество сетчатой структуры должно быть лучше. Поэтому дизайнер должен принять обоснованное решение относительно использования сетчатого медного листа. Например, если пустырь покрыт сплошным медным покрытием, дизайнеру следует рассмотреть возможность создания более прочного медного покрытия.

Расстояние между сверлильным отверстием и медным листом

Согласно опыту Hitechpcb, гибкие печатные платы могут выдерживать большие расстояния между просверленными отверстиями и медной платой, чем обычные жесткие платы. Объяснение заключается в том, что гибкие материалы, используемые в их конструкции, позволяют создавать более сложные конструкции с большей детализацией. В результате может оказаться полезным создание конструкций, требующих большего зазора или пространства для компонентов.

Радиус изгиба области изгиба гибкой печатной платы

Как предполагают наши инженеры, радиус изгиба печатной платы влияет на общую производительность и надежность печатной платы, поскольку он определяет величину давления, которое прикладывается к компонентам на плате. Поэтому, основываясь на опыте, Viaison разработает гибкие печатные платы из подходящего материала и с правильным радиусом изгиба для сохранения их формы и эксплуатационных характеристик.

Плюсы и минусы гибкой печатной платы

Преимущества

Гибкие печатные платы обеспечивают большую гибкость конструкции, позволяя размещать компоненты в различных конфигурациях.

Гибкие печатные платы намного тоньше традиционных жестких плат и могут вписываться практически в любую форму или пространство.

Гибкие печатные платы легче, что облегчает их транспортировку или установку.

Они также могут сократить время и затраты, связанные со сборкой, благодаря их способности легко сгибаться на место, не требуя дополнительного оборудования или пайки.

Гибкие платы более устойчивы к ударам и вибрации, поскольку они лучше поглощают удары, чем другие платы.

Гибкие печатные платы потребляют меньше материала, что делает их дешевле, чем другие печатные платы. Это приводит к снижению общих затрат на производство, требующее одновременного использования многих установок.

Недостаток

Гибкие печатные платы имеют некоторые заметные недостатки по сравнению со стандартными жесткими платами. Hitechpcb суммирует следующие моменты.

Гибкие печатные платы стоят дороже жестких печатных плат из-за их конструкции и сложности изготовления.

Гибкие схемы могут быть более подвержены производственным дефектам из-за особенностей их конструкции. Гибкие платы требуют дополнительного тестирования и контроля качества, чтобы убедиться в правильности изготовления изделия.

Гибкие печатные платы требуют специальных материалов и опыта, что делает их менее доступными для малого бизнеса или любителей.

Гибкие печатные платы менее надежны, чем жесткие, из-за их склонности к изгибу и скручиванию под давлением или вибрацией. Такое же усилие может привести к повреждению гибкой доски, которое не повлияло бы на жесткую доску.

Гибкие печатные платы требуют более сложных методов пайки, что может привести к снижению выхода продукции и увеличению производственных затрат.

Применение гибкой печатной платы

Носимая электроника

Гибкие дисплеи

Применение в автомобилестроении

Гибкие световые решения

Гибкие нагревательные элементы

Медицинские приборы и робототехника

Аэрокосмическая промышленность и оборона

Приложения

Солнечные панели и ветряные турбины

Промышленные контроллеры и датчики

Гибкая имплантируемая электроника

Заключение

Гибкие печатные платы - отличный способ добавить функциональности и эффективности дизайну ваших изделий. Поэтому, независимо от того, ищете ли вы большую гибкость дизайна изделия или более надежные и эффективные решения, стоит рассмотреть возможность интеграции гибких печатных плат в ваш следующий проект. Hitechpcb является ведущим производителем гибких печатных плат, который может поставлять высококачественные гибкие печатные платы. Добро пожаловать к сотрудничеству с нами!