Flexibla PCB

Flexibel PCB: Typer, design och applikationer

Flexibla kretskort (Flexibel PCB) kan böjas för att passa in i smala eller dynamiska utrymmen. De är uppbyggda med ett kopparlager placerat på en flexibel substratfilm för att minska enhetens storlek. De används ofta i kameror, smartphones och medicinska apparater. Böjegenskaperna ger layoutflexibilitet samtidigt som de säkerställer tillförlitlig signalöverföring.

Flexibla kretskort kan minska storlek och vikt på enheter, vilket gör produkterna tunnare och lättare och förbättrar komfort och hållbarhet hos bärbara enheter. De minskar behovet av kablar och kontakter, förenklar monteringsprocesser och förbättrar produktionseffektiviteten. Flexibla PCB är motståndskraftiga mot rörelse och mekanisk påverkan och används flitigt inom elfordon, drönare, smarta hem och andra områden, vilket främjar utvecklingen inom tillverkningsteknik.

Följande innehåll behandlar de viktigaste typerna, strukturerna, fördelarna och nackdelarna med flexibla PCB-kort och jämför dem med stela PCB-kort.

Vad är ett flexibelt PCB-kort?

Flexkretskort är ett tunt kretskort med en flexibel film som underlag, som bär kopparledningar för ström- och signalöverföring. Underlaget kan vikas, formas eller böjas för att anpassa sig till rumsbegränsningar. flexibla PCB kortet är ett idealiskt val när ett stelt kretskort inte uppfyller kraven på plats eller rörelse.

I jämförelse med stela PCB-kort, som använder ett hårt substrat, kan flex-PCB-kort böjas för att anpassas till enhetsrörelser eller kompakta utrymmen, minska antalet kontakter och kablar, minska vikten och förenkla monteringen.

Flexibla PCB använder ofta polyimid eller polyesterfilm som substrat. Kopparfolie är laminat till substratet med lim, och täcklakan skyddar ledningarna och upprätthåller böjningsförmågan. Förstyvningsplattor används för att lokalt stödja komponenter, och täcklakan används för att förbättra isolering och hållfasthet. Antalet lager och tjocklek justeras enligt applikationskraven för att balansera flexibilitet och hållbarhet. Den har ett brett användningsområde, såsom kameror, mobiltelefoner, bärbara enheter, sensorer, medicinska skannrar, smarta glasögon och drönare. Fordonsindustrin använder den för instrumentpaneler och sensorer; luftfartsindustrin använder den för dess lätta vikt och böjbarhet; den är också lämplig för robotar med rörliga delar.

Flexibel PCB-specifikation hos LHD TECH

Typer av flexkretskort

Flexkretskort finns i många varianter och används ofta inom elektronikkomponenter och -enheter. Här är några specifika introduktioner:

Ensidig flexkretskort

Kopparledningar är ordnade endast på en sida av substratet. Polyimidfilmen överför signalen, och skyddslaget ger skydd och identifiering vid böjning. Konstruktionen är ultratunn och lågkostnad, lämplig för grundläggande kretsar. Typiska tillämpningar är sensorkablar, LED-belysningsstrimmor och grundläggande signalsamband. Vanligtvis krävs endast en engångsböjning eller att den behåller rak form för att minska kablage och vikt. Enkel tillverkning, lämplig för små serier. Nackdelen är att ledningskapaciteten är begränsad, komplexa ledningslösningar kräver jumper eller externa kablar, enlagskablage måste undvika korsningar, och förstyvningsplattan ökar tjockleken.

Dubbelsidig flexkretskort

Kopparlejda kretsar är ordnade på båda sidor av substratet, och mellanlagerförbindelse uppnås genom genomborrad hål eller mikrovia. Ledningstätheten är högre vid samma storlek, och dubbel sidas skyddsfilmen är skyddad. Håll den lätt och tunn och hantera medelkomplexa signaler. Typiska tillämpningar är streckkodsläsare, kamerakablage och LED-backlightpaneler. Fördelen är att ström- och signalledningarna är separerade och kablagen är mer flexibel. Nackdelen är att tillverkningsprocessen (borrning, elektroplätering) är mer komplicerad och kostnaden är högre än för en enkel-sidig krets. En nyckelpunkt i designen är att undvika att placera genomborrade hål i böjningsområdet; följ de böjningsregler som tillverkaren har angivit (t.ex. ledningsbredd och avstånd) för att säkerställa långsiktig pålitlighet.

Multilager flexibel PCB

Innehåller tre eller fler kopparledarlager, separerade av flexibla isoleringslager. Det inre lagret kan konfigureras med matningslager och jordlager för att minska brus. Anslutning genom blinda eller inbäddade hål sparar plats. Hela ytan är skyddad med en täckfilm. Lämplig för höghastighets-kretsar, RF-moduler och anslutningar för små kameramoduler. Fördelen är att matning, jord och signal är integrerade i en tunn struktur, med god signalintegritet och stark EMI-immunitet. Nackdelen är hög tillverkningskostnad och komplicerad process. En nyckelpunkt i designen är att antalet lager bestämmer tjocklek och process; de viktigaste signalerna placeras i det inre lagret; ökat antal lager kräver ökad minimal böjningsradie, och det är nödvändigt att balansera tillförlitlighet och flexibilitet.

Dynamisk och statisk flexibel PCB

Alla flexibla konstruktioner baseras på flexibla substrat. Statiska flexibla kort används i scenarier där endast en engångsinstallation och böjning krävs (t.ex. kameror och mobiltelefoner) och där kostnaden är låg. Dynamiska flexibla kort används på platser som kräver upprepade böjningar (t.ex. gångjärn och vikbara skärmar). Detta måste konstrueras specifikt för att tåla tusentals böjningscykler: minska spänningar i koppartråden och sätt en neutral böjningslinje. Materialval (substrat, skyddsfilm, koppartjocklek) beror på böjningskrav och kostnadsbudget.

Flexibel PCB med förstyvningsplatta

Flexibel PCB med förstyvningsplatta, förstyvningsplattan (material: FR4, polyimid, metallplåt) är fäst vid ett specifikt område på den flexibla kretskortet med lim. Funktionen är att bära tyngre komponenter (såsom kontaktdon, kretsar), förbättra lokal platthet och hållfasthet samt förhindra att lödfogar spricker på grund av böjning. Användningsområdena är kontaktpad, under komponenten, korts kant och testpunkt. Dess konstruktionsaspekter är att området för förstyvningsplattan måste reserveras för att undvika påverkan på den intilliggande böjningszonen, limningen måste vara stark och värmetålig, övergångszonens skyddshölje måste vara jämnt och lokal tjocknadsökning måste ta hänsyn till monterings- och lödprocessjusteringar.

Rigid-Flex PCB

Integrera det stela kretskortsområdet och det flexibla området i en enda struktur. Det flexibla lagret pressas in i den stela delen under tillverkningen. Fördelen är att inga ytterligare kablar krävs för att ansluta det stela området; lokal stel support tillhandahålls, flexibla anslutningar behålls, vikten minskas, plats sparas och monteringen förenklas. Används huvudsakligen inom luftfart, medicinska implanter och militär utrustning. Specifika krav är högprecisionslaminerings- och justeringsteknik. De viktigaste designaspekterna är att definiera mekanisk passform och böjningsvägar i ett tidigt skede; CAD-verktyg krävs för att stödja hybridstrukturdesign.

Strukturen för flexibla PCB

Kärnan är en flexibel substratfilm (t.ex. polyimid). Kopparfolie laminerats på den för att bilda kretsen. Lim garanterar att kopparlagret fästs vid substraten. Överlagsfilm används som yttersta lager för att ge skydd mot fukt och slitage och förlänga böjlivslängden.

Maximal böjningsgrad för flexibla PCB

Böjningsradien är ett mått på den maximala böjningskapaciteten hos flexibla kretskort. En vanlig regel är "böjningsradie ≈ kortets tjocklek × 10". Till exempel: ett kort med en tjocklek på 0,1 mm har en minimal böjningsradie på 1 mm.

En mindre radie (t.ex. tjocklek × 5) är tillåten för enstaka böjningar.

Vid upprepade böjningar måste den minimala radien följas strikt, annars kan det lätt leda till materialutmattning och brott. Materialet påverkar prestandan. Polyimid är värmetålig och tål upprepade böjningar, medan polyester är lågkostnads och lämplig för statiska applikationer. Ju tunnare kopparfolie, desto bättre flexibilitet.

Stiffeners roll i flexibla PCB

Huvudfunktionen är att ge lokal plathet och mekanisk support för lödpunkter (kontakter, komponenter, testpunkter). Förhindrar att lödfogar spricker på grund av böjspänningar. Värmetålig lim är nödvändigt för stark förbindelse.
Materialer använda: FR4 (låg kostnad), polyimid (god termisk matchning), aluminiumplåt (hög styrka). Styrförband kräver exakt skärning och kantrådgivning (såsom tejp/hölje hylsa) för att förhindra lossning.

Förslag på flexibla PCB-design

Planering av vattenlås: Bestäm trådbredden (påverkar strömförmåga och styvhet) och avståndet (undvik kortslutning vid böjning) så tidigt som möjligt. Ledningarna i böjningsområdet bör vara släta kurvor.

Bearbetning av böjningsområden: Undvik viktiga signalledningar och genomborrade hål. Viktiga nätverk placeras i stabila områden.

Placering av komponenter: Placera dem först i områden som inte böjs. Om de ligger nära böjningsområden bör överväga att använda flexibla anslutningar eller ZIF-socklar.

Designtekniker: Använd CAD-verktyg som stöder flexibelt design, med lagermodellering, spänningsanalys och simulering av böjning, för att underlätta samarbete med mekanisk design.

Fördelar med flexibla PCB:er

• Anpassar sig till böjningar och trånga utrymmen, spar volym
  
• Tunnfilmsbas minskar vikten
  
• Minskar kablar och kontakter, förenklar interkonnektering
  
• Tål upprepade böjningar (dynamisk design), lämplig för rörliga delar
  
• Lätta färdiga produkter minskar transportkostnader
  

Flexibel PCB-teknik utökar designmöjligheter genom platsbesparing, viktminskning och förenklad montering. Välj enkel- eller dubbelsidiga, flerskiktiga eller rigid-flexa kort beroende på dina behov. Säkerställ dess tillförlitlighet i dynamiska applikationer genom rimlig materialval, ledningsplanering och böjdesign.

Tillverkare som PCBasic erbjuder kompetens, snabb prototypframställning och stöd för massproduktion. Att välja rätt typ av flexkort hjälper till att effektivt och tillförlitligt utveckla tunna och lätta elektronikapparater med rörliga delar.