Fleksibilni PCB

Fleksibilna PCB: Tipovi, dizajni i primjene

Fleksibilne pločice s tiskanim krugovima (Flexible PCB) mogu se savijati kako bi pristale u uske ili dinamičke prostore. Napravljene su sa slojem bakra postavljenim na fleksibilnu filmsku podlogu kako bi se smanjila veličina uređaja. Često se koriste u kamerama, pametnim telefonima i medicinskim uređajima. Svojstva savijanja omogućavaju fleksibilnost u izradi, a istovremeno osiguravaju pouzdanost prijenosa signala.

Fleksibilne tiskane pločice mogu smanjiti veličinu i težinu uređaja, čime se postižu tanji i lakši proizvodi, poboljšavaju udobnost i izdržljivost nosivih uređaja. Smanjuju kabele i konektore, pojednostavljuju procese montaže i povećavaju proizvodnu učinkovitost. Fleksibilne PCB pločice otporne su na kretanje i stres i široko se koriste u električnim vozilima, dronovima, pametnim kućanstvima i drugim oblastima, potičući razvoj proizvodne tehnologije.

Slijedeći sadržaj pokriva glavne tipove, strukture, prednosti i nedostatke fleksibilnih PCB ploča i upoređuje ih sa krutim PCB pločama.

Šta je fleksibilna PCB ploča?

Fleksibilna štampana ploča je tanka ploča sa fleksibilnom folijom kao podlogom, koja nosi bakarne žice za prenos energije i signala. Podloga se može savijati, oblikovati ili presavijati kako bi se prilagodila ograničenim prostornim uslovima. fleksibilni PCB ploča je idealan izbor kada kruta ploča ne može zadovoljiti prostorne ili dinamičke zahtjeve.

U poređenju sa krutim PCB pločama, koje koriste čvrstu podlogu, fleksibilne PCB ploče se mogu savijati kako bi se prilagodile kretanju uređaja ili ograničenom prostoru, smanjiti broj konektora i kablova, smanjiti težinu i pojednostaviti montažu.

Fleksibilna PCB često koristi poliimid ili poliester foliju kao podlogu. Bakarne folije se laminiraju na podlogu uz pomoć ljepila, dok coverlay štiti žice i održava sposobnost savijanja. Ojačanja se koriste za lokalnu podršku komponentama, a coverlay se koristi za poboljšanje izolacije i čvrstoće. Broj slojeva i debljina se prilagođavaju prema zahtjevima primjene kako bi se postigla ravnoteža između fleksibilnosti i izdržljivosti. Ima širok spektar primjena, poput kamera, mobitela, nosivih uređaja, senzora, medicinskih skenera, pametnih naočara i dronova. Automobilka industrija je koristi za instrumente i senzore; aeronautika je koristi zbog male težine i savitljivosti; također se primjenjuje kod robota sa pokretnim dijelovima.

Fleksibilna PCB specifikacija u LHD TECH-u

Vrste fleksibilnih štampanih ploča

Fleksibilne štampane ploče dolaze u mnogim varijantama i široko se koriste u elektronskim komponentama i uređajima. Evo nekoliko konkretnih upoznavanja:

Fleksibilna štampana ploča sa jedne strane

Bakarne šine postavljene su samo na jednoj strani podloge. Poliimidna folija prenosi signal, dok folija za prekrivanje osigurava zaštitu i identifikaciju savijanja. Struktura je ultratanka i niskog troška, prikladna za osnovne kola. Tipične primjene su kablovi senzora, LED trake, i osnovne signalne veze. Obično se zahtijeva savijanje samo jednom ili održavanje ravnim radi smanjenja kablova i težine. Jednostavna proizvodnja, pogodna za manje serije. Nedostatak je ograničena mogućnost vođenja, složeno vođenje zahtijeva skakače ili vanjske kablove, jednostrano vođenje treba izbjegavati ukrštanje, dok ploča za ojačanje povećava debljinu.

Fleksibilna PCB ploča s dvostranim stranama

Bakarne štampane ploče su postavljene na obje strane supstrata, a povezivanje između slojeva ostvaruje se kroz provrtine ili mikrozavore. Gustina žica je veća iste veličine, a dvostrani sloj zaštitne folije čuva ploču. Održavajte je lagano i tanko, pogodno za prenošenje signala srednje složenosti. Tipične primjene uključuju skener štrih kodova, kablove za kameru i LED panel za pozadinsko osvjetljenje. Prednost je odvajanje linija napajanja i signala, te veća fleksibilnost u izvedbi. Nedostatak je složeniji proizvodni proces (bušenje, galvanizacija) i viša cijena u poređenju s jednostranim pločama. Ključna tačka dizajna je izbjegavanje postavljanja provrtina u savitljivom području; pratite pravila dizajna savitljivog područja koja daje proizvođač (kao što su širina i razmak žica) kako biste osigurali dugoročnu pouzdanost.

Multislojna fleksibilna PCB ploča

Sadrži tri ili više slojeva bakarnih vodiča, odvojenih fleksibilnim izolacionim slojevima. Unutrašnji sloj može biti poredan sa slojem napajanja i uzemljenja kako bi se smanjio šum. Povezivanje putem slepih ili ukopanih rupa štedi prostor. Opšta zaštita pomoću zaštitne folije. Pogodan za visokofrekventne kola, RF module i povezivanje malih kamera. Prednost je da napajanje, uzemljenje i signali čine tanku strukturu, sa dobrim integritetom signala i jakom zaštitom od elektromagnetnih smetnji. Nedostatak je visoka proizvodna cijena i kompleksan proces. Ključna tačka dizajna je da broj slojeva određuje debljinu i proces; ključni signali su poredani u unutrašnjem sloju; povećanje broja slojeva zahtijeva povećanje minimalnog radijusa savijanja, a potrebno je izbalansirati pouzdanost i fleksibilnost.

Dinamička i statička fleksibilna štampana ploča

Svi fleksibilni dizajni su bazirani na fleksibilnim podlogama. Statike fleksibilne ploče se koriste u scenarijima gdje je potrebna samo jedna instalacija i savijanje (kao kod kamera i mobitela) uz nisku cijenu. Dinamičke fleksibilne ploče koriste se na mjestima gdje je potrebno ponovno savijanje (kao kod zglobova i savijajućih zaslona). Ovo zahtijeva poseban dizajn koji izdržava hiljade ciklusa savijanja: smanjenje napona u bakarnom žicu i postavljanje neutralne linije savijanja. Izbor materijala (podloga, zaštitna folija, debljina bakra) zavisi od zahtjeva savijanja i cijenskog budžeta.

Fleksibilna PCB ploča s pločom za ojačanje

Fleksibilna PCB ploča s pločom za ojačanje, ploča za ojačanje (materijal: FR4, poliimid, lim) pričvršćena je na određenu površinu fleksibilne ploče pomoću ljepila. Funkcija je da podrži teže komponente (kao što su konektori, čipovi), pojača lokalnu ravnotežu i čvrstoću te spriječi pucanje lemnih spojeva uslijed savijanja. Mjesta primjene su kontaktne površine konektora, ispod komponenti, rub ploče i tačke testiranja. Ključne tačke njenog dizajna su da površina ploče za ojačanje treba biti rezervisana kako ne bi uticala na susednu savojnu zonu, veza mora biti čvrsta i otporna na toplotu, pokrivač filma u prelaznoj zoni mora biti glatki, a lokalno zadebljanje mora uzimati u obzir prilagodbe u sklopu i procesu lemljenja.

Rigid-Flex PCB

Integrišite krut pločasti dio i fleksibilni dio u jednu strukturu. Fleksibilni sloj se tiskne u kruti dio tokom proizvodnje. Prednost je što nema potrebe za dodatnim kablovima za povezivanje krutog dijela; lokalna kruta podrška je obezbjeđena, zadržane su fleksibilne veze, smanjena je težina, ušteđeno je prostora i pojednostavila se montaža. Prvenstveno se koristi u vazduhoplovstvu, medicinskim implantatima i vojnoj opremi. Konkretni zahtjevi su precizna laminacija i tehnologija poravnavanja. Ključne tačke dizajna su definiranje mehaničkog fita i puteva savijanja u ranim fazama; CAD alati moraju podržavati dizajn hibridnih struktura.

Struktura fleksibilne ploče (PCB)

Jezgro je fleksibilna podloga od filma (npr. poliimid). Bakarna folija se laminira na nju kako bi se formirao strujni krug. Ljepilo osigurava da sloj bakra bude pričvršćen za podlogu. Zaštitni film se koristi kao vanjski sloj za pružanje zaštite od vlage i habanja te za produljenje vijeka trajanja pri savijanju.

Maksimalni stepen savijanja fleksibilnih PCB ploča

Poluprečnik savijanja je mjerilo za maksimalnu sposobnost savijanja fleksibilnih ploča. Uobičajeno pravilo je "poluprečnik savijanja ≈ debljina ploče × 10". Na primjer: ploča debljine 0,1 mm ima minimalni poluprečnik savijanja od 1 mm.

Manji poluprečnik (npr. debljina × 5) je dozvoljen za jednokratno savijanje.

Ako se savijanje ponavlja, minimalni poluprečnik mora se strogo poštovati, inače postoji rizik od oštećenja materijala uslijed umora materijala. Materijal utiče na performanse. Poliimid izdržava visoke temperature i ponavljano savijanje, dok je poliester jeftiniji i prikladan za statičke primjene. Što je tanji bakarni list, veća je fleksibilnost.

Uloga krutog elementa u fleksibilnim PCB pločama

Osnovna funkcija je da obezbijedi lokalnu ravnotežu i mehaničku podršku za kontaktne površine (konektore, komponente, tačke testiranja). Sprječava pucanje lemnih spojeva uslijed savojnog naprezanja. Za čvrsto lijepljenje potrebni su toplotno otporni ljepila.
Korišteni materijali: FR4 (niska cijena), poliimid (dobar termalni matching), aluminijumska ploča (visoka čvrstoća). Krute podloge zahtijevaju precizno rezanje i obradu rubova (kao što je traka/zatvaranje folije) kako bi se spriječilo ljuštenje.

Sugestije za dizajn fleksibilnih PCB-a

Planiranje žica: Odrediti širinu žice (utječe na strujno opterećenje i krutost) i razmak (izbjeći kratki spoj pri savijanju) što je prije moguće. Žice u savijenom području trebaju biti glatke krivulje.

Obrada savijenog područja: Izbjegavajte ključne signale i krozotvore. Ključne mreže su smještene u stabilnim zonama.

Postavljanje komponenti: Postavite ih prvo u nepomična područja. Ako su blizu savijenog područja, razmislite o korištenju fleksibilnih konektora ili ZIF utičnica.

Alati za dizajn: Koristite CAD alate koji podržavaju fleksibilni dizajn, s modeliranjem slojeva, analizom naprezanja i simulacijom savijanja, kako bi se olakšala suradnja s mehaničkim dizajnom.

Prednosti fleksibilnih PCB-a

• Prilagođava se savijanju i uskim prostorima, ušteda u prostoru
  
• Substrat tankog filma smanjuje težinu
  
• Smanjuje kablove i konektore, pojednostavljuje međusobno povezivanje
  
• Izdržava ponovljeno savijanje (dinamički dizajn), prikladan za pokretne dijelove
  
• Lagani gotovi proizvodi smanjuju troškove transporta
  

Fleksibilna PCB tehnologija proširuje mogućnosti dizajna kroz uštedu prostora, smanjenje težine i pojednostavljenje montaže. Izaberite jednostrane, dvostrane, višeslojne ili rigid-flex ploče u skladu sa svojim potrebama. Osigurajte pouzdanost u dinamičkim aplikacijama kroz odabir odgovarajućih materijala, planiranje trase i dizajn savijanja.

Proizvođači poput PCBasic nude stručnost, brzo pravljenje prototipova i podršku za masovnu proizvodnju. Odabir pravog tipa fleksibilne ploče pomaže u efikasnom i pouzdanom razvoju tankih i laganih elektronskih uređaja sa pokretnim dijelovima.