Fleksibilni PCB koriste tragove bakra na tankom plastičnom filmu, omogućavajući kola da se savijaju, saviti, i prate zakrivljene puteve dok nose signale i snagu. Oni mogu biti jednostruki, dvostruki, ili višeslojni, i mogu zameniti kablove i konektore u uskim ili pokretnim područjima. Ovaj članak pokriva vrste, stackups, materijali, bakar i prolazi, pravila savijanja, rutiranje, montaža, i aplikacije.
Fleksibilan PCB Pregled
Fleksibilne štampane ploče, ili flek PCB, koriste tragove bakra na tankom, savitljiva plastična folija umesto krutog fiberglasa ploče. Pošto se osnovni materijal može saviti, kolo može saviti, uviti i pratiti zakrivljene puteve dok još uvek nosi signale i snagu.
Obrazac kola se formira na fleksibilnom polimernom filmu, obično poliimid. Flek PCB mogu biti izgrađeni kao jedno-, dvostruko-, ili višeslojne strukture, u zavisnosti od broja potrebnih slojeva rutiranja i složenosti veza.
Ove ploče se često nazivaju fleksibilna kola, fleksibilna štampana kola (FPC) ili fleksibilna elektronika. Oni se široko koriste tamo gde je prostor ograničen, ukupna težina mora biti niska, ili kolo treba da prođe kroz pokretne ili zakrivljene oblasti, a oni mogu da zamene odvojene kablove, snopove žice i konektore unutar sistema.
Fleksibilan vs. Kruta vs. Kruti-Flek PCB
| Tip | Šta je to | Najbolje uklapanje |
|---|---|---|
| Kruta PCB | Čvrsta, nesavitljiva ploča napravljena od krutog materijala | Ravni rasporedi gde tabla ne treba da se pomera ili menja oblik |
| Fleksibilan PCB | Potpuno savitljivo kolo izgrađeno na tankom plastičnom filmu | Područja u kojima se kolo mora saviti, preklopiti ili proći kroz uske prostore |
| Kruti-Flek PCB | Kruti odeljci povezani jednim ili više fleksibilnih odeljka | Kompaktni rasporedi kojima su potrebna i stabilna područja i kontrolisane zone savijanja |
Flek PCB Stackup i Core slojevi
• Fleksibilan dielektrični osnovni film koji podržava bakar i omogućava savijanje
• Lepljivi ili lepljivi slojevi koji drže bakarnu foliju i sve dodate filmove zajedno
• Bakarni provodnički sloj ili slojevi urezani u tragove i jastučiće koji prenose signale i snagu
• Zaštitni pokrovni sloj koji štiti tragove i ostavlja otvore za jastučiće
• Opcioni ukrućenja ili dodatni filmovi u odabranim oblastima koje ograničavaju savijanje i dodaju mehaničku podršku
Zajednički podloga Materijali za fleksibilne PCB
| Podloga | Tipičan razlog zbog kojeg se koristi |
|---|---|
| Poliimid (PI) | Dobra fleksibilnost, širok temperaturni opseg i čvrsta otpornost na uobičajene hemikalije |
| Poliester (PET) | Jeftinije gradi gde je flek jednostavniji, a temperature ostaju u umerenom opsegu |
| PEEK / ostali polimeri | Situacije koje zahtevaju veoma visoke temperaturne granice ili jaču otpornost na hemikalije |
Bakar i Vias u fleksibilnim PCB-ima
• Bakarna folija je vezana za fleksibilnu podlogu, a zatim šarenim u tragove i jastučiće.
• Obložene prolazne rupe i mikrovije stvaraju veze između slojeva u dvoslojnim i višeslojnim fleksibilnim krugovima.
• Debljina bakra, struktura zrna i tip folije imaju snažan uticaj na to koliko dobro kolo preživljava savijanje.
• U aktivnim područjima savijanja, tanji i duktilniji bakar može poboljšati život savijanja i smanjiti mogućnost oštećenja od zamora.
• Valjani-žareni (RA) bakar često drži bolje pod ponovljenim savijanjem od elektrodeponovanog (ED) bakra.
• Glatko rutiranje sa blagim prelazima umesto oštrih uglova pomaže u širenju stresa i smanjenju pukotina u bakru.
• Preko postavljanje može biti ograničeno ili izbegavano u uskim zonama savijanja, tako da je manje verovatno da će interfejs preko cevi i jastučića puknuti tokom savijanja.
Zajednički Flek PCB konstrukcije
Jednoslojni Flek
Jednoslojni flek ima bakar na jednoj strani fleksibilnog filma sa poklopcem na vrhu. Nudi visoku fleksibilnost i relativno nisku cenu, jer je stackup tanak i jednostavan.
Dvoslojni Flek
Dvoslojni flek koristi bakar sa obe strane filma i obložene rupe za povezivanje slojeva. Podržava veću gustinu rutiranja od jednoslojnog fleksa, ali je nešto tvrđi, posebno oko preko područja.
Višeslojni Flek
Višeslojni flek koristi nekoliko slojeva bakra i filma laminiranih zajedno, sa kroz, slepi, ili zakopani prolazi koji povezuju slojeve. Može da obradi složenije rutiranje i distribuciju energije, ali dolazi sa smanjenom fleksibilnošću i većim troškovima zbog veće debljine i dodatnih koraka obrade.
Zaštitni slojevi i površinske obrade u Flek PCB
Preklapanje i maska za lemljenje u fleksibilnim kolima
| Odlika | Preklapanje | Maska za lemljenje |
|---|---|---|
| Tipičan materijal | Poliimidni ili PET film sa lepkom | Polimerni premaz koji se može fotografirati |
| Način primene | Laminirano toplotom i pritiskom | Obložena, izložena svetlosti i razvijena |
| Najbolja lokacija | Fleksibilni ili bend regioni | Kruta ili polu-kruta područja i vrlo fine karakteristike |
| Snaga u savijanju | Ostaje stabilan pod ponovljenim savijanjem | Može da pukne ili ljušti ako se savija mnogo puta |
Završna obrada i zaštita jastučića
• ENIG (Electroless Nickel Immersion Gold) - Ravna, otporna na koroziju završna obrada koja dobro funkcioniše za fine jastučiće i guste rasporede.
• OSP (Organic Solderability Preservance) - Veoma tanak, jeftin premaz koji je pogodan za ograničen broj ciklusa lemljenja.
• Immersion silver - Obezbeđuje dobru lemljivost i ravnost, ali je osetljiviji na rukovanje i uslove skladištenja.
• Potopni kalaj - Radi sa lemljenjem bez olova i daje dobro vlaženje, ali je potrebna pažljiva kontrola skladištenja i roka trajanja.
• Tvrdo ili meko zlato - Izdržljiva završna obrada za kontaktna područja koja vide ponovljeni električni ili mehanički kontakt.
Mehanička podrška i smjernice za radijus savijanja
Ukrućenja i zone bez savijanja
• Ukrućenja su često napravljena od FR4, debljeg poliimida ili metala kako bi se dodala lokalna krutost fleksibilnom PCB-u.
• Postavljaju se ispod konektora, velikih IC-ova ili drugih gustih komponenti kojima je potrebna dodatna podrška.
• Ovi regioni su označeni kao zone bez savijanja, tako da se fleksibilni deo ne gužva ili savija direktno ispod kritičnih komponenti.
• Održavanje ukrućenih područja ravno pomaže u kontroli naprezanja i smanjenju mehaničkog naprezanja na tragovima bakra i lemljenim spojevima.
Bend Radijus Osnove: Statički vs. Dinamic Flek
| Tip savijanja | Tipično vođenje (u odnosu na debljinu t) |
|---|---|
| Statički krivina | Oko 2–3× ukupna debljina savijanja (t) |
| Dinamička krivina | Oko 10–20× ukupna debljina savijanja (t) |
Električne performanse u fleksibilnom PCB rutiranje
Fleksibilni PCB često koriste tanke izolacione slojeve i blizu razmak u tragovima. Ovo pomaže da rasporedi kompaktni, ali takođe može da podigne integritet signala i elektromagnetne smetnje pitanja. Kada se kolo savija, oblik tragova može se neznatno promeniti, što može uticati na impedansu na brzim ili RF stazama.
Da bi se održale stabilne električne performanse:
• Koristite čvrste ili dobro prošivene uzemljene ravnine gde god to slaganje dozvoljava.
• Dodajte šavne prolaze kako biste zadržali kratke puteve povratne struje i smanjili površinu petlje.
• Diferencijalni parovi rute sa stalnim razmakom i simetrijom, čak i preko krivina.
• Izbegavajte pokretanje većine signala direktno kroz oštre ili velike krivine kada postoji prostor za rutu oko njih.
Proizvodnja i Skupština razmatranja za Flek PCB
Rukovanje i dimenzionalna stabilnost
Tanki fleksibilni paneli mogu rastegnuti, iskriviti ili naborati lakše od krutih ploča. Nosači listovi, privremena ukrućenja ili potporni okviri često se koriste za održavanje stabilnosti fleka tokom izrade.
Skupština alata i podrška
Pick-and-place i reflov procesi najbolje funkcionišu sa ravnim, stabilnim panelima. Nosači, palete ili privremeni kruti okviri podržavaju fleksibilno kolo tako da delovi ostanu poravnati, a lemljeni spojevi se pravilno formiraju.
Panelizacija i fiducijalno planiranje
Oblik panela, kartice za prekid i fiducijalne lokacije snažno utiču na prinos i poravnanje. Stabilan obris panela sa dobro postavljenim tačkama podrške pomaže u kontroli iskrivljenja i održavanju tačne registracije.
Feature Design za proizvodnost
Otvori za prekrivanje, oblici jastučića i reljefi savijanja moraju biti veličine i postavljeni za pouzdanu obradu i savijanje. Filetirani tragovi, jastučići u obliku suze i dovoljno klirensa oko krivina pomažu u upravljanju stresom i varijacijama nagrizanja.
Zajedničke aplikacije u fleksibilnim PCB-ima
Potrošačka elektronika i nosivi predmeti
Fleksibilni PCB se koriste u kompaktnim, prenosivim uređajima gde je prostor čvrsto i unutrašnji delovi treba da se povežu preko šarki ili zakrivljenih područja. Njihova tanka, savitljiva struktura podržava tanke oblike proizvoda i pomaže u usmeravanju signala između pokretnih sekcija.
Medicinski i zdravstveni uređaji
U medicinskoj i zdravstvenoj opremi, fleksibilni PCB-i podržavaju male faktore oblika i lagane dizajne. Oni omogućavaju kola da prate zakrivljene površine ili se uklapaju u uske kanale, a još uvek pružaju stabilne električne veze.
Automobilski sistemi
Fleksibilni PCB se koriste u unutrašnjosti vozila i elektronskih modula, gde vibracije, ograničen prostor, i složeni oblici su uobičajeni. Oni pomažu u povezivanju kontrola, displeja, osvetljenja i senzorskih elemenata bez oslanjanja na glomazne žičane snopove.
Industrijska i puno oprema
U industrijskim i IoT podešavanjima, fleksibilni PCB-i povezuju senzore, kontrolne ploče i komunikacione module na uskim ili pokretnim lokacijama. Njihova savitljivost podržava kompaktno pakovanje i pomaže u smanjenju broja tačaka povezivanja koje bi se vremenom mogle olabaviti.
Vazduhoplovna i odbrambena elektronika
Avio i odbrambeni sklopovi često trebaju malu težinu, visoku pouzdanost i precizno korišćenje prostora. Fleksibilni PCB pomoći da se zadovolje ove potrebe kombinovanjem laku konstrukciju sa rutiranje koje može da prati složene konture i izdrži vibracije.
Zaključak
Fleksibilni PCB najbolje funkcionišu kada se mehaničke i električne granice planiraju zajedno. Izbor slaganja, tip podloge, oblik i debljina bakra i upotreba utiču na život i pouzdanost savijanja, posebno u dinamičkom savijanju. Preklop, maska za lemljenje i površinske obrade štite jastučiće i tragove, ali moraju odgovarati fleksibilnim zonama. Ukrućenja i zone bez savijanja smanjuju naprezanje. Routing izbori, uzemljenje, i bend-svesni rasporedi pomažu u održavanju stabilnih performansi.
Često postavljana pitanja [FAK]
Šta debljina je tipična za fleksibilan PCB?
Većina fleksibilni PCB su oko 0.05–0.20 mm debljine, sa višeslojnim flek kola je deblji.
Koliko dugo može fleksibilan PCB preživi ponovljeno savijanje?
To može trajati mnogo ciklusa savijanja ako je radijus krivine je velika i bakar je duktilna; uske krivine skraćuju njegov život.
Kako su fleksibilni PCB testirani na pouzdanost?
Često se proveravaju testovima flek-ciklusa, termičkim ciklusom, izlaganjem vlažnosti i osnovnim električnim testovima.
Kako treba fleksibilne PCB da se čuvaju pre montaže?
Treba ih držati ravno ili na kolutovima, u suvoj zatvorenoj ambalaži i zaštititi od oštrih nabora i teških opterećenja.
Ono što najviše utiče na troškove fleksibilnog PCB?
Izbor materijala, broj slojeva, veličina karakteristika i dodavanje ukrućenja ili fleksibilnih krutih delova su glavni pokretači troškova.
Može li oštećeni fleksibilan PCB da se popravi?
Mali lokalni nedostaci mogu se preraditi, ali oštećenja u krivinama ili unutrašnjim slojevima zahteva potpunu zamenu.
