Vloeiende PCB

Flexibele PCB: typen, ontwerpen en toepassingen

Flexibele printplaten (flexibele PCB's) kunnen gebogen worden om in smalle of dynamische ruimtes te passen. Ze zijn opgebouwd uit een koperlaag op een flexibel substraatfilm om het apparaat te miniaturiseren. Ze worden vaak gebruikt in camera's, smartphones en medische apparatuur. De buigeigenschappen bieden lay-outflexibiliteit en waarborgen betrouwbare signaaloverdracht.

Flexibele printplaten kunnen de grootte en het gewicht van apparaten verkleinen, waardoor producten dunner en lichter worden en de comfort en duurzaamheid van draagbare apparaten verbeteren. Ze verminderen kabels en connectoren, vereenvoudigen montageprocessen en verhogen de productie-efficiëntie. Flexibele PCB's zijn bestand tegen beweging en spanning en worden breed toegepast in elektrische voertuigen, drones, slimme huizen en andere gebieden, en bevorderen de vooruitgang van productietechnologie.

De volgende inhoud behandelt de belangrijkste typen, structuren, voordelen en nadelen van flexibele PCB's, en vergelijkt deze met stijve PCB's.

Wat is een flexibele PCB?

Flexibele printplaat is een dunne printplaat met een flexibele film als substraat, voorzien van koperen draden voor stroom- en signaaloverdracht. Het substraat kan worden gebogen, gevormd of rondgevouwen om te passen bij ruimtelijke beperkingen. vloeiende PCB printplaat is een ideale keuze wanneer een starre PCB niet kan voldoen aan ruimtelijke of dynamische eisen.

In vergelijking met stijve PCB's, die gebruikmaken van een hard substraat, kunnen flex-PCB's gebogen worden om zich aan te passen aan bewegingen van het apparaat of beperkte ruimte, waardoor minder connectoren en kabels nodig zijn, het gewicht wordt verlaagd en de montage wordt vereenvoudigd.

Flexibele PCB's gebruiken vaak polyimide of polyesterfolie als substraat. Koperfolie is gelamineerd op het substraat met lijm, en de coverlay beschermt de draden en behoudt de buigbaarheid. Verstevigers worden gebruikt om componenten lokaal te ondersteunen, en coverlays worden gebruikt om de isolatie en sterkte te verbeteren. Het aantal lagen en de dikte worden afgestemd op de toepassingsvereisten om flexibiliteit en duurzaamheid in balans te brengen. Het heeft een breed toepassingsgebied, zoals camera's, mobiele telefoons, draagbare apparaten, sensoren, medische scanners, smart glasses en drones. De automotive-industrie gebruikt het voor instrumentenpanelen en sensoren; de lucht- en ruimtevaart gebruikt het vanwege het lichte gewicht en de buigzaamheid; het is ook toepasbaar op robots met bewegende onderdelen.

Flexibele PCB-specificatie bij LHD TECH

Soorten flexibele printplaten

Flexibele printplaten zijn er in veel variaties en worden breed toegepast in elektronische componenten en apparaten. Hieronder volgt een aantal specifieke introducties:

Enkelzijdige flex printplaat

Koperen circuits zijn aan slechts één zijde van het substraat aangebracht. De polyimide film draagt het signaal en de deklaag biedt bescherming en buigidentificatie. De structuur is ultradun en kostenefficiënt, geschikt voor basisschakelingen. Typische toepassingen zijn sensordraden, LED-lichtlinten en basissignaalverbindingen. Meestal is slechts één keer buigen of rechthouden vereist om kabelbomen en gewicht te verminderen. Eenvoudige productie, geschikt voor kleine series. Het nadeel is dat de bedradingcapaciteit beperkt is, complexe bedrading vereist jumpers of externe draden, enkellaags bedrading moet kruisingen vermijden, en de verstevigende plaat verhoogt de dikte.

Dubbelzijdige flexibele PCB

Koperen circuits zijn aan beide zijden van de substraat geplaatst, en interlaagverbindingen worden gerealiseerd via doorcontacten of microvia's. De bedradingdichtheid is hoger bij dezelfde afmeting, en het dubbelzijdige dekfolie biedt bescherming. Houd het licht en dun, en verwerk middelgrote complexe signalen. Typische toepassingen zijn streepjescodescanners, cameraberiding en LED-achtergrondverlichtingspanelen. Het voordeel is dat vermogen- en signaallijnen gescheiden zijn, waardoor de bedrading flexibeler is. Het nadeel is dat het productieproces (boren, galvaniseren) complexer is en de kosten hoger dan bij enkelzijdige platen. Het belangrijkste ontwerppunt is doorcontacten vermijden in de buigzone; volg de door de fabrikant verstrekte richtlijnen voor buigzoneontwerp (zoals draadbreedte en afstand) om langdurige betrouwbaarheid te garanderen.

Multilaag flexibele PCB

Bevat drie of meer koperen geleiderslagen, gescheiden door flexibele isolatielagen. De binnenste laag kan worden ingericht met een stroomvoorzieningslaag en aardlaag om het geluidsniveau te verlagen. Interconnectie via blinde of ingebedde gaten bespaart ruimte. Algehele bescherming met een dekfolie. Geschikt voor high-speed circuits, RF-modules en verbindingen van kleine camera modules. Het voordeel is dat stroomvoorziening, aarde en signaal zijn geïntegreerd in een dunne structuur, met goede signaalintegriteit en sterke anti-EMI-capaciteit. Het nadeel is de hoge productiekost en complexe productie. Het belangrijkste ontwerppunt is dat het aantal lagen de dikte en productie bepaalt; de belangrijkste signalen worden op de binnenste lagen geplaatst; een toename van het aantal lagen vereist een grotere minimale buigradius, waarbij betrouwbaarheid en flexibiliteit in balans moeten blijven.

Dynamische en statische flexibele PCB

Alle flexibele ontwerpen zijn gebaseerd op flexibele substraatmaterialen. Statische flexibele platen worden gebruikt in situaties waarbij slechts één installatie en buiging vereist zijn (zoals bij camera's en mobiele telefoons) en waarbij lage kosten belangrijk zijn. Dynamische flexibele platen worden gebruikt op plaatsen waar herhaalde buiging nodig is (zoals scharnieren en vouwschermen). Dit vereist een specifiek ontwerp om duizenden buigcycli te doorstaan: verminder de spanning op de koperdraden en stel een neutrale buiglijn in. De keuze van materialen (substraat, coverfilm, koperdikte) hangt af van de buigvereisten en het kostenbudget.

Flexibele PCB met versterkingsplaat

Flexibele PCB met versterkingsplaat, de versterkingsplaat (materiaal: FR4, polyimide, metalen plaat) is vastgemaakt aan een specifiek gebied van de flexibele printplaat met behulp van lijm. De functie is om zwaardere componenten (zoals connectoren, chips) te ondersteunen, de lokale platheid en sterkte te verhogen en te voorkomen dat soldeerverbindingen breken door buigen. De toepassingslocatie is de connectorpad, onder de component, aan de rand van de printplaat en het testpunt. De ontwerpkenmerken zijn dat het gebied van de versterkingsplaat gereserveerd moet worden om te voorkomen dat het aangrenzende buiggebied wordt beïnvloed, de verlijming moet sterk en hittebestendig zijn, de overgangszone van het bekleedfolie moet glad zijn, en de lokale verdikking moet rekening houden met de montage- en soldeertechnische aanpassingen.

Stijf-Vloei PCB

Combineer het stijve platengebied en het flexibele gebied in één enkele structuur. De flexibele laag wordt tijdens de productie in het stijve deel geperst. Het voordeel is dat er geen extra kabels nodig zijn om het stijve gebied te verbinden; lokaal stijve ondersteuning wordt geboden, flexibele verbindingen worden behouden, het gewicht wordt verminderd, ruimte wordt bespaard en de montage wordt vereenvoudigd. Wordt voornamelijk gebruikt in de lucht- en ruimtevaart, medische implantaten en militaire apparatuur. De specifieke eisen zijn precisie bij het lamineren en uitlijnen. De belangrijkste aandachtspunten in het ontwerp zijn het in een vroeg stadium definiëren van de mechanische pasvorm en buigpaden; CAD-tools zijn vereist om het ontwerp van hybride structuren te ondersteunen.

De structuur van een flexibele PCB

De kern is een flexibele substraatfolie (zoals poly-imide). Koperfolie wordt op de folie gelamineerd om de elektrische circuits te vormen. Lijm zorgt ervoor dat de koperlaag aan het substraat wordt bevestigd. Een dekfolie wordt als buitenste laag gebruikt om bescherming tegen vocht en slijtage te bieden en de flexlevensduur te verlengen.

Maximale buiggraad van flexibele PCB

De buigradius is een maat voor de maximale buigbaarheid van flexibele platinen. De gebruikelijke regel is "buigradius ≈ plaatdikte × 10". Bijvoorbeeld: een plaat met een dikte van 0,1 mm heeft een minimale buigradius van 1 mm.

Voor een enkele buiging is een kleinere radius toegestaan (zoals dikte × 5).

Bij herhaalde buiging moet strikt worden gehouden aan de minimale radius, anders kan dit gemakkelijk leiden tot materiaalvermoeidheid en breuk. Het materiaal beïnvloedt de prestaties. Poly-imide is hittebestendig en geschikt voor herhaald buigen, polyester is kostenefficiënt en geschikt voor statische toepassingen. Hoe dunner het koperfolie, hoe beter de flexibiliteit.

De rol van de versteviging bij flexibele PCB's

De hoofdfunctie is om lokale platheid en mechanische ondersteuning te bieden voor aansluitpads (connectoren, componenten, testpunten). Voorkomt dat soldeerverbindingen breken door buigspanningen. Voor een stevige verbinding zijn hittebestendige lijmstoffen vereist.
Gebruikte materialen: FR4 (lage kosten), polyimide (goede thermische aanpassing), aluminiumplaat (hoge sterkte). Verstevigers vereisen nauwkeurig snijden en randbehandeling (zoals tape/folie afdekken) om loslating te voorkomen.

Aanbevelingen voor flexibele PCB-ontwerp

Bedrading planning: Bepaal zo vroeg mogelijk de draadbreedte (beïnvloedt stroomvoer en stijfheid) en afstand (vermijd kortsluiting bij buigen). De draden in het buiggebied moeten gladde bochten hebben.

Verwerking van buiggebied: Vermijd belangrijke signaallijnen en doorverbindingen. Belangrijke netwerken worden in stabiele gebieden gelegd.

Componentplaatsing: Plaats deze eerst in niet-buigende gebieden. Als ze dicht bij het buiggebied liggen, overweeg dan het gebruik van flexibele connectoren of ZIF-sockels.

Ontwerptools: Gebruik CAD-tools die flexibel ontwerp ondersteunen, met stapeling, spanninganalyse en buigsimulatiefuncties, om samenwerking met mechanisch ontwerp te vergemakkelijken.

Voordelen van flexibele PCB's

• Past zich aan buigen en smalle ruimtes aan, bespaart volume
  
• Dunne foliesubstraat vermindert het gewicht
  
• Vermindert kabels en connectoren, vereenvoudigt interconnectie
  
• Bestand tegen herhaald buigen (dynamisch ontwerp), geschikt voor bewegende onderdelen
  
• Lichte eindproducten verlagen transportkosten
  

Flexibele PCB-technologie breidt de ontwerpmogelijkheden uit door ruimtebesparing, gewichtsreductie en vereenvoudigde montage. Kies tussen enkelzijdige, dubbelzijdige, multilaag of rigid-flex boards afhankelijk van uw behoeften. Zorg voor betrouwbaarheid in dynamische toepassingen door zorgvuldige materiaalkeuze, routingleiding en buigontwerp.

Fabrikanten zoals PCBasic bieden deskundigheid, snelle prototyping en massaproductie ondersteuning. Het kiezen van het juiste type flexibele printplaat draagt bij aan de efficiënte en betrouwbare ontwikkeling van dunne en lichte elektronische apparaten met bewegende onderdelen.