Гъвкава печатна платка

Гъвкава печатна платка: Типове, дизайн и приложения

Гъвкавите печатни платки (Flexible PCBs) могат да се огъват, за да се вписват в тесни или динамични пространства. Те се изработват чрез нанасяне на меден слой върху гъвкава подложка от фолио, което позволява миниатюризиране на устройствата. Често се използват в камери, смартфони и медицински устройства. Благодарение на свойствата си при огъване осигуряват гъвкавост при проектирането и в същото време гарантират надеждна предавателна функция на сигнала.

Гъвкавата печатна верига може да намали размера и теглото на устройствата, което прави продуктите по-тънки и по-леки и подобрява удобството и издръжливостта на носимите устройства. Намалява необходимостта от кабели и конектори, опростява процеса на сглобяване и подобрява производствената ефективност. Гъвкавите PCB са устойчиви на движение и напрежение и се използват широко в електрически превозни средства, дронове, интелигентни домакинства и други области, което допринася за напредъка на производствените технологии.

Следното съдържание включва основните типове, структури, предимства и недостатъци на гъвкавите печатни платки и ги сравнява с тези с жестка конструкция.

Какво е гъвкава печатна платка?

Гъвкавата платка е тънка платка с гъвкав филм като подложка, която носи медни проводници за предаване на електрозахранване и сигнали. Подложката може да се огъва, сгъва или изкривява, за да се адаптира към ограничения в пространството. гъвкава печатна платка платката е идеален избор, когато твърдата PCB не отговаря на изискванията за пространство или динамика.

В сравнение с жестката печатна платка, която използва твърда основа, гъвкавите печатни платки могат да се огъват, за да се адаптират към движението на устройството или компактното пространство, да намалят използването на конектори и кабели, да намалят теглото и да опростят процеса на монтиране.

Гъвкавата PCB често използва полимида или полиестерна пленка като субстрат. Медната фолия се ламинира към субстрата с адхезив, а защитният слой покрива проводниците и осигурява гъвкавост. Усилвателите се използват за локална подкрепа на компоненти, а защитните слоеве се използват за подобряване на изолацията и якостта. Броят на слоевете и дебелината се настройват според изискванията на приложението, за да се постигне баланс между гъвкавост и издръжливост. Използва се широко в камери, мобилни телефони, носими устройства, сензори, медицински скенери, интелектуални очила и дронове. Автомобилната индустрия я използва за табла с уреди и сензори; авиокосмическата индустрия я използва заради лекотата и възможността за огъване; подходяща е и за роботи с подвижни части.

Спецификация за гъвкава PCB в LHD TECH

Видове гъвкави печатни платки

Гъвкавите печатни платки се предлагат в различни видове и се използват широко в електронни компоненти и устройства. Ето няколко конкретни въведения:

Едностранна гъвкава печатаща платка

Медните вериги са подредени само от едната страна на основата. Полиимида пренася сигналите, а защитният слой осигурява защита и идентификация при огъване. Конструкцията е ултратънка и ниска цена, подходяща за основни вериги. Типични приложения са сензорни кабели, LED ленти и основни сигнали. Обикновено се изисква огъване само веднъж или да се запази правата форма, за да се намали тежестта и сложността на кабелите. Просто производство, подходящо за малки серии. Недостатък е, че капацитетът за окабеляване е ограничен, сложното окабеляване изисква скоби или външни кабели, а при едностранното окабеляване трябва да се избягва пресичането, като усилващата пластина увеличава дебелината.

Двустранична гъвкава печатаща платка

Медните вериги са разположени от двете страни на субстрата, а връзката между слоевете се осъществява чрез пасивни отвори или микровиите. Плътността на проводниците е по-висока при същия размер и двустранният защитен филм осигурява защита. Запазва лекота и тънкост и предава сигнали със средна сложност. Типични приложения са скенери на баркодове, кабели за камери и панели за подсветка с LED. Предимството е, че захранващите и сигнализационните линии са разделени, а кабелите са по-гъвкави. Недостатъкът е, че производственият процес (сверлене, галванопокритие) е по-сложен и цената е по-висока в сравнение с едностранната платка. Ключов момент при проектирането е да се избягва разполагането на пасивни отвори в огъваемата зона; трябва да се следват правилата за проектиране на огъваеми зони, предоставени от производителя (например широчина и разстояние на проводниците), за да се осигури дългосрочна надеждност.

Мултилистови гъвкави PCB

Съдържа три или повече медни проводящи слоя, разделени с гъвкави изолационни слоеве. Вътрешният слой може да бъде подреден с енергиен слой и слой за заземление, за да се намали шума. Свързването чрез слепи или вградени отвори икономисва място. Цялостна защита с покривна пленка. Подходящ за високочестотни вериги, RF модули и връзки на миниатюрни камерни модули. Предимството е, че захранването, заземяването и сигналите са интегрирани в тънка структура, осигуряваща добро качество на сигналите и силна защита от електромагнитни смущения. Недостатък е високата производствена цена и сложният процес. Ключов момент при проектирането е, че броят на слоевете определя дебелината и процеса; ключовите сигнали се подреждат във вътрешния слой; увеличаването на броя на слоевете изисква увеличаване на минималния радиус на огъване и е необходимо да се постигне балансиране между надеждността и гъвкавостта.

Динамична и статична гъвкава печатна платка

Всички гъвкави дизайните се базират на гъвкави субстрати. Статични гъвкави платки се използват в сценарии, при които е необходима само еднократна инсталация и огъване (като при камери и мобилни телефони) с ниска цена. Динамични гъвкави платки се използват на места, които изискват многократно огъване (като панти и гъвкави екрани). Това изисква специфично проектиране, за да може да издържи хиляди цикъла на огъване: намаляване на напрежението в медните проводници и задаване на неутрална линия на огъване. Изборът на материали (субстрат, защитна пленка, дебелина на медта) зависи от изискванията за огъване и бюджета за цена.

Гъвкава печатна платка с усилваща плоча

Гъвкава печатна платка с усилваща пластина, като усилващата пластина (материал: FR4, полиимид, метален лист) се фиксира към определена област на гъвкавата платка чрез лепило. Функцията ѝ е да поддържа по-тежки компоненти (като конектори, чипове), да подобри локалната равнинност и якост и да предотврати пукване на ламинатните връзки вследствие на огъване. Прилага се на контактните площи на конекторите, под компонентите, по ръба на платката и в точките за тестване. Основни проектируеми параметри: областта за усилване трябва да бъде предварително заделена, за да не повлияе на съседните огъваеми зони, залепването трябва да е здраво и термостойко, зоната на прехода на покритието трябва да е гладка, а локалното уплътняване трябва да отчита корекциите в процеса на монтаж и заварка.

Твърдо-гъвкава ПЛС

Интегриране на твърдата платка и гъвкливата част в една конструкция. Гъвкливият слой се пресува в твърдата част по време на производството. Предимството е, че няма нужда от допълнителни кабели за свързване на твърдата зона; осигурява се локална твърда подкрепа, запазват се гъвкливите връзки, намалява теглото, спестява се пространство и се опростява монтажът. Използва се предимно в авиокосмическата промишленост, медицински импланти и военна техника. Конкретните изисквания са прецизна технология за слоестост и подреждане. Основни точки в дизайна са определянето на механичното съчетаване и пътя на огъване на ранен етап; CAD инструменти трябва да поддържат дизайна на хибридни структури.

Конструкция на гъвклив PCB

Основата е гъвклив субстратен филм (например полиимид). Медна фолия се нанася върху него, за да се създаде електрическата верига. Лепилото осигурява залепването на медния слой към субстрата. Покривният филм се използва като външен слой, за да осигури защита от влага и износване и да удължи гъвкливия живот.

Максимален ъгъл на огъване на гъвкава печатна платка

Радиусът на огъване е мярка за максималната огъваща способност на гъвкавите платки. Често използваното правило е "радиус на огъване ≈ дебелина на платката × 10". Например: платка с дебелина 0.1 мм има минимален радиус на огъване от 1 мм.

За еднократно огъване е позволен по-малък радиус (например дебелина × 5).

Ако огъването се повтаря, минималният радиус трябва стриктно да се спазва, в противен случай е възможно материалът да се умори и да се счупи. Материалът влияе на характеристиките: полиимидът е термостоен и устойчив на повтарящо се огъване, полиестерът е с ниска цена и подходящ за статични приложения. Колкото по-тънка е медната фолия, толкова по-добра е гъвкавостта.

Ролята на усилвателя в гъвкавите печатни платки

Основната функция е да осигури локална равнинност и механична подкрепа за контактните площи (конектори, компоненти, тестови точки). Предпазва спояването от пукване вследствие на огъващо напрежение. За здраво залепване се изискват термостойки адхезиви.
Използвани материали: FR4 (ниска цена), полиимид (добро термично съответствие), алуминиев лист (висока якост). Усилвателите изискват прецизно изрязване и обработка на ръбовете (като например усукване с лента/покривна пленка), за да се предотврати надвиване.

Препоръки за дизайн на гъвкави платки

Планиране на проводници: Определете ширината на проводниците (влияе на токоносимостта и твърдостта) и разстоянието между тях (избягвайте късо съединение при огъване). Проводниците в огъваемата зона трябва да са с гладки извивки.

Обработка на огъваемата зона: Избягвайте ключови сигнали и метални отвори. Ключовите мрежи се разполагат в стабилни зони.

Поставяне на компоненти: Поставяйте ги първо в неогъваеми зони. Ако са близо до огъваема зона, помислете за използване на гъвкави конектори или ZIF панти.

Дизайн инструменти: Използвайте CAD инструменти, които поддържат гъвкав дизайн, с функции за моделиране на слоеве, анализ на напрежение и симулация на огъване, за да се улесни сътрудничеството с механичния дизайн.

Предимства на гъвкавите PCB-та

• Приспособява се към огъвания и тесни пространства, спестява обем
  
• Тънка пленка като основа намалява теглото
  
• Намалява кабелите и конекторите, опростява свързването
  
• Издръжлив на многократно огъване (динамично проектиране), подходящ за подвижни части
  
• Леки готови продукти намаляват транспортните разходи
  

Гъвкавата PCB технология разширява възможностите за дизайн чрез икономия на пространство, намаляване на теглото и опростяване на монтажа. Изберете едностранни, двустранни, многослойни или комбинирани твърдо-гъвкави платки според вашите нужди. Гарантирайте надеждността ѝ в динамични приложения чрез подходящ избор на материали, планиране на окабеляването и дизайн на огъването.

Производители като PCBasic предлагат експертност, бързо прототипиране и подкрепа за масово производство. Изборът на правилния тип гъвкава платка помага за ефективно и надеждно разработване на тънки и леки електронни устройства с подвижни части.