Joustava PCB

Joustavat piirilevyt: Tyypit, suunnittelut ja käyttökohteet

Joustavat piirilevyt (Flexible PCB:t) voidaan taivuttaa sopimaan kapeisiin tai dynaamisiin tiloihin. Ne on valmistettu siten, että kuparikerros on asetettu joustavaan substraattikalvoon laitteen miniatyrisoimiseksi. Niitä käytetään yleisesti kameroissa, älypuhelimissa ja lääketieteellisissä laitteissa. Taivutusominaisuudet tarjoavat asettelun joustavuutta ja varmistavat signaalin siirron luotettavuuden.

Joustavat piirilevyt voivat vähentää laitteiden kokoa ja painoa, tehdä tuotteista ohuemmat ja kevyemmät, ja parantaa kulutuselektroniikan mukavuutta ja kestävyyttä. Ne vähentävät kaapeleita ja liitännäisiä, yksinkertaistavat kokoonpanoprosesseja ja parantavat tuotantotehokkuutta. Joustavat PCB:t ovat liikkeelle ja rasituksille kestäviä ja niitä käytetään laajasti sähköajoneuvoissa, droneissa, älykodissa ja muilla sovellusalueilla, mikä edistää valmistusteknologian kehittymistä.

Seuraava sisältö käsittelee joustavien PCB-levyjen päätyyppejä, rakenteita, etuja ja haittoja sekä niiden vertailua jäykkiin PCB-levyihin.

Mikä on joustava PCB?

Joustava piirilevy on ohut piirilevy, jossa on joustavaa kalvoa substraattina, ja siinä on kupariliitäntöjä virta- ja signaalien siirtoon. Substraattia voidaan taivuttaa, muovata tai taitella tilarajoitusten mukaisesti. joustava PCB piirilevy on ideaalinen valinta, kun kovaa PCB:ta ei voida käyttää tilallisten tai dynaamisten vaatimusten vuoksi.

Jäykkään PCB:n kanssa vertailtaessa, jossa käytetään kovaa pohjaa, joustavat PCB:t voidaan taivuttaa mukautumaan laitteen liikkeeseen tai tiukkaan tilaan, vähentämään liitännöksiä ja kaapeleita, kevennettäessä sekä asennuksen yksinkertaistamiseksi.

Joustava PCB käyttää usein polyimidia tai polyelesterikalvoa substraattina. Pehmeä kuperho liitetään substraattiin liimaamalla ja kanttaava suojaus suojaan johtimia ja ylläpitää taivutuskykyä. Jäykisteitä käytetään paikalliseen komponenttien tukemiseen ja kanttaavia käytetään parantamaan eristystä ja lujuutta. Kerrosten lukumäärää ja paksuutta säädellään sovellusten vaatimusten mukaan saavuttamaan tasapaino joustavuuden ja kestävyyden välille. Se soveltuu laajaan käyttöön, kuten kamerat, matkapuhelimet, kannettavat laitteet, anturit, lääketieteelliset skannerit, älylasit ja lennokit. Autoala käyttää sitä mittaristojen ja antureiden yhteydessä; ilmailussa sitä käytetään keveyden ja taivuteltavuuden vuoksi; se soveltuu myös roboteille, joissa on liikkuvia osia.

Joustavan PCB:n eritelmät LHD TECH:issä

Joustavien piirilevyjen tyypit

Joustavat piirilevyt ovat saatavilla monina eri variaatioina ja niitä käytetään laajasti elektronisissa komponenteissa ja laitteissa. Tässä on joitain tietoja:

Yksipuolinen taivutuspiirilevy

Kuparipiirit on järjestetty vain yhdelle puolelle substraattia. Polyimidikalvo kuljettaa signaalin, ja kantokalvo tarjoaa suojauksen ja taivutustiedon. Rakenne on erittäin ohut ja kustannustehokas, sopii peruspiireihin. Tyypillisiä sovelluksia ovat anturiliitännät, LED-valokoot ja perussignaaliliitännät. Yleensä vaaditaan vain kerran taivuttaminen tai pitäminen suorassa, jotta johtojen määrä ja paino saadaan vähennettyä. Yksinkertainen valmistus, sopii pienille erille. Haittapuoli on, että johdotuskapasiteetti on rajallinen, monimutkainen johdotus vaatii hyppylankaa tai ulkoisia johtoja, yksikerroksisessa johdotuksessa tulee välttää risteytyksiä, ja vahvistuslevy lisää rakenteen paksuutta.

Kaksipuolinen taivutuspiirilevy

Kuparipiirit on järjestetty substraatin molemmin puolin, ja kerrosten välinen yhteys toteutetaan rei'illä tai mikroviaholeilla. Jälkimmäisessä kohdassa johdotustiheys on suurempi samassa koossa, ja kaksipuolinen peitekalvo suojaa sitä. Pidä se kevyenä ja ohutena, ja käsittele keskikertaisen monimutkaisia signaaleja. Tyypillisiä sovelluksia ovat viivakoodilukijat, kameran johdotus ja LED-taustavalaiseen paneeliin. Etuna on, että virta- ja signaalijohtimet ovat erillään, ja johdotus on joustavampaa. Haittapuolena on valmistusprosessin (poraaminen, galvanointi) monimutkaisuus ja kustannukset, jotka ovat korkeammat kuin yksipuolisen levyn kohdalla. Suunnittelun avainkohta on välttää reikien sijoittamista taivutusalueelle; noudata valmistajan tarjoamia taivutusalueen suunnittelusääntöjä (kuten johdinleveys ja etäisyys) varmistaaksesi pitkän aikavälin luotettavuuden.

Monikerroksinen joustava PCB

Sisältää kolme tai useampaa kuparivoimajohtokerrosta, jotka on erotettu joustavilla eristekerroksilla. Sisäkerroksen voi järjestää virta- ja maakerroksen kanssa melun vähentämiseksi. Yhteyden muodostaminen sokeilla tai piilotetuilla rei'illä säästää tilaa. Koko rakenteen suojaus pehmeällä pinnoitteella. Soveltuu korkean nopeuden piireihin, RF-moduuleihin ja pienten kameramoduulien liitännöissä. Hyöty on, että virta-, maa- ja signaalijohdot on integroitu ohueen rakenteeseen, jolloin saavutetaan hyvä signaalin eheys ja vahva EMI-kyky. Haittapuoli on korkea valmistuskustannus ja monimutkainen valmistusprosessi. Suunnittelun keskeinen kohta on, että kerrosten lukumäärä määrittää paksuuden ja prosessin; keskeiset signaalit sijoitetaan sisäkerrokseen; kerrosten lukumäärän kasvattaminen vaatii taivutussäteen kasvattamista, ja on tärkeää tasapainottaa luotettavuutta ja joustavuutta.

Dynaaminen ja staattinen taivutettava PCB

Kaikki joustavat suunnittelut perustuvat joustaviin pohjoihin. Staattisia joustavia kuitulevyjä käytetään skenaarioissa, joissa vaaditaan vain kertakäyttöinen asennus ja taivutus (kuten kameroissa ja matkapuhelimissa) ja joiden kustannukset ovat matalat. Dynaamisia joustavia kuitulevyjä käytetään paikoissa, joissa vaaditaan toistuvaa taivutusta (kuten saranoiden ja taittuvien näyttöjen yhteydessä). Tämä täytyy suunnitella erityisesti kestämään tuhansia taivutussyklejä: vähentämään kuparilangan jännitystä ja asettamaan neutraali taivutusviiva. Materiaalien valinta (pohja, peittekangas, kuparin paksuus) riippuu taivutusvaatimuksista ja kustannusbudgetista.

Joustava PCB vahvistuslevyllä

Joustava PCB vahvistuslevyllä, vahvistuslevy (materiaali: FR4, polyimidikalvo, metallilevy) kiinnitetään tiettyyn kohtaan joustavasta korteista liimaamalla. Sen toiminta on tukea raskaampia komponentteja (kuten liitännät, piirit), parantaa paikallista tasaisuutta ja lujuutta sekä estää juotosliitosten halkeaminen taivutuksen vaikutuksesta. Sovelluskohteet ovat liitännän pinnat, komponentin alapuoli, kortin reuna ja testauspisteet. Sen suunnittelunäkökohdat ovat, että vahvistuslevyn alueelle tulee jättää tilaa, jotta se ei vaikuta viereiseen taivutusalueeseen, liimapinnan tulee olla vahva ja kuumen kestävä, siirtymävyön peittekalvon tulee olla sileä, ja paikallisen paksuuntumisen yhteydessä tulee ottaa huomioon asennus- ja juotostekniikan säädöt.

Sukelias-joustava PCB

Yhdistä jäykkä kanta-alue ja taivutusalue yhtenä rakenteena. Taivutuskerros puristetaan jäykkään osaan valmistuksen aikana. Sen etuna on, että jäykkään alueeseen ei tarvita lisäkaapeleita; paikallinen jäykkä tuki on saatavilla, taivutusyhteydet säilyvät, paino on kevennetty, tilaa säästyy ja asennusta helpotetaan. Sitä käytetään pääasiassa ilmailussa, lääketieteellisissä implantteihin ja sotilaalliseen varustukseen. Erityisvaatimuksina ovat tarkka kerrosten liimaus- ja kohdistusteknologia. Sen suunnittelun keskeiset seikat ovat mekaanisen istuvuuden ja taivutusreittien määrittely varhain; CAD-työkalujen on tuettava hybridirakenteen suunnittelua.

Taivutuskierolevyn rakenne

Ydinosana on taivutuksessa käytettävä substraattikalvo (esim. polyimidikalvo). Pinttaan liimapinnoitetaan kuparifoliota, joka muodostaa piirin. Liima pitää kuparikerroksen kiinni substraatissa. Suojakalvoa käytetään ulkoisena kerroksena kosteuden- ja kulumissuojaukseen sekä taivutusikäisen pidentämiseen.

Joustavan PCB:n maksimitaivutuskulma

Taivutussäde mittaa joustavien levyjen maksimitaivutuskapasiteettia. Yleinen sääntö on "taivutussäde ≈ levyn paksuus × 10". Esimerkiksi: 0,1 mm paksulla levyllä on vähintään 1 mm taivutussäde.

Pienempi säde (esim. paksuus × 5) sallitaan yksittäiselle taivutukselle.

Jos taivutusta toistetaan, on vähimmäissäteen noudatettava tiukasti, muuten materiaali voi helposti väsyä ja murtua. Materiaali vaikuttaa suorituskykyyn. Polyimidit ovat lämpökestoisia ja sopivat toistuvaan taivutteluun, polyesteri on edullinen ja soveltuu staattisiin sovelluksiin. Mitä ohuempi kuparifoli on, sitä parempi joustavuus.

Joustavan PCB:n jäykisteen tehtävä

Pääasiallinen tehtävä on tarjota paikallista tasaisuutta ja mekaanista tukea liitännäisille (koneille, komponenteille, testauspisteille). Estää juotosliitosten murtumista taivutusjännityksen vaikutuksesta. Lujaa liimaamista varten tarvitaan lämpökestävää liimaa.
Käytetyt materiaalit: FR4 (edullinen), polyimidikalvo (hyvä lämpölaajeneminen), alumiinilevy (korkea lujuus). Jäykistimet vaativat tarkan leikkauksen ja reunojen käsittelyn (esim. teipin/kansikalvon kääriminen) irtopalon estämiseksi.

Joustavan PCB-suunnittelun suositukset

Johdotuksen suunnittelu: Määritä johdonleveys (vaikuttaa sähkövirtakapasiteettiin ja jäykkyyteen) ja välimatka (vältä taivutuksen oikosulku). Taivutusalueen johdot tulee olla tasaisia kaaria.

Taivutusalueen käsittely: Vältä keskeisiä signaalilinjoja ja vierekkäisiä reiätiä. Tärkeät verkot sijoitetaan vakaamille alueille.

Komponenttien sijoittaminen: Sijoita ne ensin ei-taivutusalueille. Jos ne ovat lähellä taivutusaluetta, harkitse joustavien liitinten tai ZIF-pistorasioiden käyttöä.

Suunnittelutyökalut: Käytä CAD-työkaluja, jotka tukevat joustavaa suunnittelua, kerrostumismallinnuksella, jännitysanalyysillä ja taivutussimuloinnilla, jotta mekaaninen suunnittelu voidaan integroida.

Joustavien PCB-levyjen edut

• Sopii taivutuksiin ja kapeisiin tiloihin, säästää tilavuutta
  
• Ohutkalvopohja vähentää painoa
  
• Vähentää kaapeleita ja liitännäisiä, yksinkertaistaa yhteydenmuodostusta
  
• Kestää toistuvaa taivuttelua (dynaaminen suunnittelu), sopii liikkuvien osien yhteyteen
  
• Kevyet valmiit tuotteet vähentävät kuljetuskustannuksia
  

Joustavan PCB-tekniikan ansiosta suunnittelumahdollisuudet laajenevat tilan säästön, painon keventämisen ja asennuksen yksinkertaistamisen kautta. Valitse tarpeidesi mukaan yksipuolinen, kaksipuolinen, monikerroksinen tai jäykästi-joustava kanta. Varmista sen luotettavuus dynaamisissa sovelluksissa sopivien materiaalien valinnalla, johdotuksen suunnittelulla ja taivutussuunnittelulla.

Valmistajat kuten PCBasic tarjoavat asiantuntemusta, nopean prototyyppivaiheen ja sarjatuotantotuen. Oikean joustavan kannan tyypin valinta auttaa kehittämään ohuita ja kevyitä elektroniikkalaitteita tehokkaasti ja luotettavasti, joissa on liikkuvia osia.