Гнучкі друковані плати

Гнучка друкована плата: типи, конструкції та застосування

Гнучкі друковані плати (FPCB) можна згинати для встановлення в обмежені або рухливі простори. Вони виготовлені з мідного шару, нанесеного на гнучку плівкову основу, що дозволяє зменшити розмір пристрою. Їх часто використовують у камерах, смартфонах та медичних пристроях. Завдяки здатності згинатися забезпечується гнучкість у проектуванні та надійність передачі сигналів.

Гнучкі друковані плати дозволяють зменшити розмір і вагу пристроїв, роблячи продукти тоншими та легшими, а також підвищують комфорт і довговічність носимих пристроїв. Вони зменшують кількість кабелів і з’єднувачів, спрощують процес складання та підвищують ефективність виробництва. Гнучкі друковані плати стійкі до руху та механічних напружень, широко використовуються в електромобілях, дронів, розумних будинках та інших галузях, сприяючи розвитку виробничих технологій.

Наступний вміст охоплює основні типи, структури, переваги та недоліки гнучких друкованих плат, а також порівнює їх із жорсткими друкованими платами.

Що таке гнучка друкована плата?

Гнучка друкована плата — це тонка друкована плата з гнучкою плівкою як основою, що має мідні проводи для передачі електроживлення та сигналів. Основу можна згинати, формувати або обертати, щоб адаптуватися до обмежень простору. гнучкі друковані плати плата є ідеальним вибором, коли жорстка друкована плата не відповідає вимогам простору або динамічним характеристикам.

На відміну від жорсткої друкованої плати, яка використовує жорстку основу, гнучкі друковані плати можна згинати для адаптації до руху пристроїв або обмеженого простору, що зменшує потребу у з’єднувачах і кабелях, зменшує вагу та спрощує збірку.

Гнучка друкована плата часто використовує поліімід або поліефірну плівку як основу. Мідна фольга ламінована до основи за допомогою клею, а покривний шар захищає дроти і забезпечує здатність до згинання. Жорсткі вставки використовуються для локальної підтримки компонентів, а покривні шари використовуються для покращення ізоляції та міцності. Кількість шарів і товщина регулюються відповідно до вимог застосування, щоб збалансувати гнучкість і міцність. Вона має широкий спектр застосування, наприклад, камери, мобільні телефони, носимі пристрої, сенсори, медичні сканери, розумні окуляри та дрони. Автомобільна промисловість використовує її для приладових панелей і сенсорів; авіаційна та космічна галузі використовують її за рахунок малої ваги і здатності згинатися; також застосовується в роботах із рухомими частинами.

Специфікація гнучкої друкованої плати від LHD TECH

Типи гнучких друкованих плат

Гнучкі друковані плати бувають різних видів і широко використовуються в електронних компонентах та пристроях. Ось кілька конкретних прикладів:

Одностороння гнучка друкована плата

Мідні кола розташовані лише на одній стороні основи. Поліімідна плівка передає сигнал, а захисна плівка забезпечує захист і позначення вигину. Конструкція надзвичайно тонка і бюджетна, підходить для базових кіл. Типові застосування — це дроти для сенсорів, стрічки світлодіодних ламп і базові сигнальні з'єднання. Зазвичай потрібно зігнути лише один раз або залишити прямою, щоб зменшити кількість дротів і вагу. Просте виготовлення, підходить для малих партій. Недолік полягає в тому, що ємність дротів обмежена, складні розводки потребують перемичок або зовнішніх проводів, у одношарових розводках потрібно уникати перетинання, а підсилювальна пластина збільшує товщину.

Двошарова гнучка друкована плата

Мідні кола розташовані на обох сторонах основи, а міжшарове з'єднання здійснюється через наскрізні отвори або мікровиводи. Щільність розведення вища при однаковому розмірі, а двостороння плівка забезпечує захист. Зберігайте легкість і тонкість, а також обробку середньої складності сигналів. Типові застосування: сканери штрих-кодів, проводка камер та панелі підсвічування LED. Перевага: живильні та сигналізні лінії розділені, а розведення — більш гнучким. Недолік: виробничий процес (свердління, електропокриття) складніший, а вартість вища порівняно з односторонніми платами. Ключовий момент проектування: уникайте розташування наскрізних отворів у згинальній зоні; дотримуйтесь правил проектування зони згину, наданих виробником (наприклад, ширина та відстань проводів), щоб забезпечити тривалу надійність.

Багатошарові гнучкі друковані плати

Містить три або більше шарів мідних провідників, розділених гнучкими ізоляційними шарами. Внутрішній шар може бути організований з шарами живлення і заземлення для зменшення шуму. Взаємозв'язок через глухі або вховані отвори економить місце. Загальний захист здійснюється за допомогою плівкового покриття. Підходить для високошвидкісних схем, радіочастотних модулів та підключення мініатюрних модулів камер. Перевага полягає в тому, що живлення, заземлення та сигнали інтегровані в тонку структуру, забезпечуючи гарну цілісність сигналів і сильну завадостійкість. Недоліком є висока вартість виробництва та складність процесу. Ключовим моментом проектування є те, що кількість шарів визначає товщину та процес; ключові сигнали розташовуються у внутрішньому шарі; збільшення кількості шарів потребує збільшення мінімального радіуса вигину, а також необхідно збалансувати надійність і гнучкість.

Рухома і статична гнучка друкована плата

Всі гнучкі конструкції базуються на гнучких основах. Статичні гнучкі плати використовуються в сценаріях, де потрібна лише одноразова установка та згинання (наприклад, у камерах та мобільних телефонах) з низькими витратами. Динамічні гнучкі плати застосовуються в місцях, де потрібне багаторазове згинання (наприклад, у петлях та складних екранах). Це потребує спеціального проектування для витривалості тисяч циклів згинання: зменшення напруження мідного дроту та встановлення нейтральної лінії згинання. Вибір матеріалу (основа, плівка, товщина міді) залежить від вимог згинання та бюджету витрат.

Гнучка плата з підсилювальною пластиною

Гнучка плата з підсилювальною пластиною, підсилювальна пластина (матеріал: FR4, поліімід, металева пластина) прикріплюється до певної ділянки гнучкої плати за допомогою клею. Функція: підтримка важких компонентів (наприклад, з'єднувачів, мікросхем), підвищення локальної плоскості та міцності, запобігання тріщинам у паюних з'єднаннях через вигинання. Місце застосування: контактний майданчик з'єднувача, під компонентом, на краю плати та контрольній точці. Особливості проектування: зону під підсилювальну пластину потрібно резервувати, щоб не впливати на суміжну зону вигину, зчеплення має бути міцним і термостійким, зона переходу має бути гладкою, а локальне збільшення товщини має враховувати регулювання процесів складання та пайки.

Рідно-гнучка плата

Інтегрувати жорстку та гнучку ділянки в єдину конструкцію. Під час виготовлення гнучкий шар втискається в жорстку частину. Перевага полягає в тому, що не потрібні додаткові кабелі для з'єднання жорсткої ділянки; забезпечується локальна жорстка підтримка, зберігаються гнучкі з'єднання, зменшується вага, економиться простір і спрощується збірка. Основна сфера застосування — авіація та космонавтика, медичні імплантати, військове обладнання. Конкретні вимоги — прецизійна технологія шаруваття та вирівнювання. Ключові моменти проектування: на ранніх етапах визначаються механічні посадки та шляху згинання; потрібні CAD-інструменти, які підтримують проектування гібридних конструкцій.

Конструкція гнучкої друкованої плати

Основою є гнучка плівка-основа (наприклад, поліімідна). Мідна фольга ламінується на основу, утворюючи електричне коло. Клей забезпечує зчеплення мідного шару з основою. Зовнішній шар — це покривна плівка, яка забезпечує захист від вологи та зношення, а також збільшує термін служби при згинанні.

Максимальний кут вигину гнучкої друкованої плати

Радіус вигину є мірою максимальної здатності гнучких плат до вигину. Загальне правило: «радіус вигину ≈ товщина плати × 10». Наприклад: плата товщиною 0,1 мм має мінімальний радіус вигину 1 мм.

Для одноразового вигину допускається менший радіус (наприклад, товщина × 5).

У разі багаторазового вигину необхідно суворо дотримуватися мінімального радіусу, інакше існує ризик втомного руйнування матеріалу. Матеріал впливає на експлуатаційні характеристики. Поліімід витримує високу температуру та багаторазовий вигин, полиестер має низьку вартість і підходить для статичних застосувань. Чим тонше фольга, тим краща гнучкість.

Роль підсилювача в гнучких друкованих платах

Основна функція полягає у забезпеченні локальної плоскості та механічної підтримки контактних майданчиків (з’єднувачів, компонентів, точок тестування). Запобігає утворенню тріщин у паяних з’єднань внаслідок згинальних напружень. Для міцного зчеплення потрібні термостійкі клеї.
Матеріали, що використовуються: FR4 (низька вартість), поліімід (гарна теплова відповідність), алюмінієвий лист (висока міцність). Для підсилювачів потрібна точна обробка різанням та обробка країв (наприклад, обмотка стрічкою/плівкою) для запобігання відшаруванню.

Рекомендації щодо проектування гнучких друкованих плат

Планування розводки: Якомога раніше визначте ширину провідників (впливає на струмопровідність і жорсткість) і відстань між ними (уникайте короткого замикання при згинанні). Провідники у зоні згину мають бути плавними кривими.

Обробка зони згину: Уникайте розташування ключових сигналів та металізованих отворів. Ключові мережі розташовуйте в стабільних зонах.

Розміщення компонентів: Спочатку розміщуйте їх у незгинальних зонах. Якщо вони розташовані близько до зони згину, розгляньте можливість використання гнучких з'єднувачів або розеток ZIF.

Інструменти проектування: Використовуйте CAD-інструменти, що підтримують гнучке проектування, з функціями стекової моделі, аналізу напружень і моделювання згину, що сприяє співпраці з механічним проектуванням.

Переваги гнучких друкованих плат

• Адаптується до згинів і вузьких просторів, економить об'єм
  
• Субстрат у вигляді тонкої плівки зменшує вагу
  
• Зменшує кількість кабелів та з'єднувачів, спрощує монтаж
  
• Витримує багаторазове згинання (динамічний дизайн), підходить для рухомих частин
  
• Легкі готові вироби зменшують витрати на транспортування
  

Гнучка технологія друкованих плат розширює можливості дизайну за рахунок економії простору, зменшення ваги та спрощення складання. Виберіть одношарову, двошарову, багатошарову або жорстко-гнучку плату залежно від ваших потреб. Забезпечте її надійність у динамічних застосуваннях шляхом правильного вибору матеріалів, планування трасування та дизайну згинів.

Виробники, такі як PCBasic, надають експертність, швидке створення прототипів та підтримку масового виробництва. Вибір правильного типу гнучкої плати допомагає ефективно та надійно розробляти тонкі й легкі електронні пристрої з рухомими частинами.