Potřebujete flexibilní obvod. Ale máte zvolit čistě flexibilní DPS, nebo rigid-flex konstrukci? Špatná volba znamená buď zbytečně vysoké náklady za složitost, kterou nepotřebujete, nebo problémy se spolehlivostí, kterým by jiná architektura předešla.
Tento průvodce nabízí jasné, na datech založené srovnání flex DPS a rigid-flex DPS — pokrývá konstrukci, náklady, výkon a konkrétní scénáře, ve kterých má každý typ navrch.
V čem je skutečný rozdíl?
Flex DPS je obvod postavený výhradně na flexibilním polyimidovém substrátu. Ohýbá se, skládá a přizpůsobuje se těsným prostorům. Norma IPC je klasifikuje jako Type 1 (jednostranná), Type 2 (oboustranná) nebo Type 3 (vícevrstvá flex).
Rigid-flex DPS kombinuje tuhé sekce z FR-4 s flexibilními polyimidovými sekcemi v jedné ucelené desce. Tuhé oblasti nesou součástky; flexibilní oblasti nahrazují kabely a konektory mezi nimi. IPC je klasifikuje jako Type 4 dle IPC-2223.
Zásadní rozdíl: rigid-flex není jen flex deska s přišroubovanými výztuhami. Tuhé a flexibilní vrstvy jsou laminovány dohromady během výroby a tvoří jednu integrovanou strukturu se sdílenými měděnými vrstvami, které plynule přecházejí z tuhých do flexibilních zón.
"Nejčastější omyl, se kterým se setkávám, je, že inženýři vnímají rigid-flex jako 'flex DPS s nějakými tuhými díly.' Jsou to zásadně odlišné konstrukce. Rigid-flex deska se vyrábí jako jeden integrovaný celek — tuhé a flexibilní sekce sdílejí měděné vrstvy a jsou laminovány společně. To zajišťuje elektrickou kontinuitu a mechanickou spolehlivost, které žádné řešení s konektory nedokáže vyrovnat."
— Hommer Zhao, Engineering Director at FlexiPCB
Přímé srovnání
| Parametr | Flex DPS | Rigid-Flex DPS |
|---|---|---|
| Konstrukce | Celá z flexibilního polyimidu | FR-4 tuhé + polyimidové flex zóny |
| IPC typ | Type 1, 2 nebo 3 | Type 4 (IPC-2223) |
| Typický počet vrstev | 1–6 | 4–20+ |
| Osazování součástek | Omezené (vyžaduje výztuhy) | Plné možnosti na tuhých sekcích |
| Poloměr ohybu (statický) | 6× tloušťka desky | 12–24× tloušťka flex sekce |
| Poloměr ohybu (dynamický) | 100× tloušťka desky | Nedoporučuje se ve flex zónách |
| Potřeba konektorů | Ano, pro připojení k tuhým deskám | Ne — tuhé sekce nahrazují konektory |
| Úspora hmotnosti vs. tuhá DPS+kabel | 50–60 % | 60–75 % |
| Cena prototypu (10 ks) | 150–500 USD | 600–1 200+ USD |
| Výrobní cena (10 000 ks) | 1–10 USD/ks | 5–15 USD/ks |
| Dodací lhůta (prototyp) | 1–2 týdny | 2–4 týdny |
| Složitost návrhu | Střední | Vysoká |
| Nejvhodnější pro | Náhrada kabelů, dynamické ohýbání, jednoduché propojení | Integrace více desek, 3D pouzdření, vysoká spolehlivost |
Porovnání nákladů: Konkrétní čísla
Náklady bývají rozhodujícím faktorem. Takto se liší při různých objemech výroby:
| Objem | Flex DPS (2vrstvá) | Rigid-Flex (4vrstvá) | Tuhá DPS + kabely |
|---|---|---|---|
| Prototyp (10 ks) | 250–500 USD | 600–1 200 USD | 50–100 USD + kabely |
| Malá série (500 ks) | 5–15 USD/ks | 25–60 USD/ks | 8–20 USD/ks celkem |
| Střední série (5 000 ks) | 3–8 USD/ks | 12–30 USD/ks | 5–12 USD/ks celkem |
| Velká série (10 000+ ks) | 1–3 USD/ks | 5–15 USD/ks | 3–8 USD/ks celkem |
Výrobní náklady rigid-flex DPS jsou vždy vyšší. Ale samotná výrobní cena desky je zavádějící. Je třeba se dívat na celkové náklady systému.
Rigid-flex deska, která nahradí 3 tuhé DPS, 2 flex kabely a 4 konektory, eliminuje:
- 2–20 USD za konektory
- 1–10 USD za kabely
- 5–15 minut montážní práce na kus
- Řadu pájených spojů, které představují potenciální místa poruch
Při objemech nad 2 000 kusů rigid-flex často přináší 15–25% úsporu celkových nákladů oproti vícedeskové alternativě. Podrobnější analýzu nákladů najdete v našem Průvodci cenami flex DPS.
"Inženýři často rigid-flex zamítnou hned po přečtení cenové nabídky za desku. Ale když spočítáme celkové náklady — včetně ušetřených konektorů, sníženého času montáže, méně testovacích bodů a nižší míry poruch v provozu — rigid-flex vychází u sériové výroby lépe. Bod zvratu je obvykle kolem 2 000 kusů."
— Hommer Zhao, Engineering Director at FlexiPCB
Kdy zvolit Flex DPS
Čistě flexibilní DPS je správná volba, když:
Váš obvod vyžaduje dynamické ohýbání. Pokud se flex zóna bude opakovaně ohýbat při používání výrobku — představte si panty notebooku, tiskové hlavy nebo nositelná zařízení — čistě flex konstrukce s válcovanou žíhanou mědí zvládne miliony ohybových cyklů. Rigid-flex desky nejsou dimenzovány na dynamické ohýbání ve flex zónách.
Nahrazujete plochý kabel nebo konektory. Jednoduchý 1–2vrstvý flex obvod spojující dvě tuhé desky je levnější a spolehlivější než FFC/FPC konektory a zároveň stojí výrazně méně než rigid-flex.
Prostor a hmotnost jsou vaší hlavní prioritou. Flex DPS mohou být tenké až 0,1 mm. Pro aplikace jako skládací telefony nebo naslouchátka, kde záleží na každé desetině milimetru, flex nabízí nejtenčí možný profil.
Rozpočet je omezený a objem malý. Pro prototypy nebo malosériovou výrobu pod 1 000 kusů jsou flex DPS o 50–70 % levnější než rigid-flex.
Váš návrh má 1–2 vrstvy. Pokud lze obvod rozvést na 1–2 vrstvách, je rigid-flex zbytečný. Jednovrstvá nebo dvouvrstvá flex DPS splní požadavky za zlomek ceny.
Kdy zvolit Rigid-Flex DPS
Rigid-flex je správná volba, když:
Propojujete 3 a více tuhých sekcí. Jakmile váš návrh zahrnuje více desek propojených kabely, rigid-flex začíná šetřit celkové náklady a zvyšovat spolehlivost. Služba rigid-flex eliminuje každý konektor a kabel mezi deskami.
Potřebujete hustě osazené tuhé oblasti a zároveň flexibilní propojení. Pouzdra BGA, QFP s jemnou roztečí a konektory s vysokým počtem pinů vyžadují tuhý montážní povrch. Rigid-flex vám umožní plné osazení na tuhých sekcích s flexibilním propojením mezi nimi.
Odolnost proti vibracím a rázům je kritická. V automobilovém, leteckém a průmyslovém/vojenském sektoru jsou konektory příčinou č. 1 poruch při vibracích. Rigid-flex je zcela eliminuje.
Váš návrh potřebuje 4 a více vrstev. Vícevrstvá flex nad 4 vrstvy je extrémně drahá a obtížně vyrobitelná. Rigid-flex zvládne složité vícevrstvé routování na tuhých sekcích a flex zóny ponechá na 1–2 vrstvách.
Potřebujete 3D pouzdření. Když se musí obvod složit do konkrétního trojrozměrného tvaru, aby se vešel do krytu, rigid-flex je k tomu přímo navržen. Tuhé sekce si zachovávají tvar, zatímco flex zóny se skládají pod přesnými úhly.
Vyžadujete řízenou impedanci v celé sestavě. U rigid-flex probíhají impedančně řízené spoje plynule z tuhých do flex zón bez diskontinuit, které způsobují konektory. To je důležité pro vysokorychlostní digitální a RF aplikace.
Střední cesta: Flex DPS s výztuhami
Existuje varianta, kterou řada inženýrů přehlíží: flex DPS s lokalizovanými výztuhami. Získáte tím tuhé montážní plochy pro součástky (pomocí výztuh z FR-4 nebo nerezové oceli nalepených na flex) a zároveň zachováte jednoduchost a nižší náklady čistě flex konstrukce.
| Vlastnost | Flex + výztuhy | Rigid-Flex |
|---|---|---|
| Osazování součástek | Dobré (na vyztužených oblastech) | Vynikající (skutečné tuhé sekce) |
| Počet vrstev v tuhé oblasti | Stejný jako ve flex zóně | Může být vyšší než ve flex zóně |
| Výrobní náklady | O 30–50 % méně než rigid-flex | Základ |
| Spolehlivost přechodové zóny | Dobrá (výztuha nalepena) | Vynikající (laminováno dohromady) |
| Řízení impedance | Omezené stackupem flex | Plná kontrola pro každou sekci |
| Hustota prokovů v tuhých oblastech | Omezená | Vysoká (microvias možné) |
Zvolte flex s výztuhami, když: potřebujete osazování součástek na určitých místech, ale nevyžadujete odlišný počet vrstev mezi tuhými a flex zónami a cena je hlavním kritériem. Tento přístup funguje dobře pro středně složité návrhy a často dosáhne 80 % funkcionality rigid-flex za 50–60 % ceny.
Použijte náš konfigurátor stackupu pro prozkoumání různých konfigurací, nebo si ověřte návrh flex zóny pomocí kalkulačky poloměru ohybu.
5 chyb, které vedou ke špatnému rozhodnutí
1. Volba rigid-flex pro jediné flexibilní propojení. Pokud potřebujete jen jednu flex zónu mezi dvěma tuhými deskami, jednoduchý flex kabel je téměř vždy lepší varianta. Rigid-flex má ekonomický smysl při eliminaci 3 a více konektorů nebo kabelů.
2. Použití flex pro návrhy s velkým množstvím součástek bez výztuh. Součástky pro povrchovou montáž potřebují tuhý montážní povrch. Pájení BGA nebo součástek s jemnou roztečí přímo na nepodepřený flex vede k poruchám pájených spojů. Vždy přidejte výztuhy, nebo použijte rigid-flex.
3. Specifikace dynamického ohybu u rigid-flex návrhu. Flex zóny rigid-flex jsou navrženy pro statické ohýbání — jednou složit při montáži a pak ponechat fixně. Pokud se bude flex zóna opakovaně ohýbat, použijte čistě flex kabel.
4. Ignorování pravidel návrhu přechodové zóny. Přechod rigid-flex je místo, kde dochází k většině poruch. Dodržujte směrnice IPC-2223: zachovejte alespoň 0,5 mm (20 mil) vzdálenost prokovů od hranice přechodu, používejte kapkovité pádové plochy a neumísťujte součástky blíže než 2,5 mm od přechodu.
5. Srovnávání ceny desky místo ceny celého systému. Rigid-flex deska stojí vždy více než flex kabel. Ale jakmile připočtete náklady na konektory, montážní práci, testování a míru poruch v provozu, výpočet se u sériové výroby často obrátí.
"Nejčastější konstrukční chyba, kterou u rigid-flex vidím, je, že inženýři aplikují na flex zóny pravidla pro tuhé DPS. Flex sekce potřebují spoje vedené kolmo k linii ohybu, křížově šrafované zemní plochy místo plné mědi a střídavé — nikoli naskládané — prokovy. Při nedodržení těchto pravidel dochází k praskání mědi a provozním poruchám, které jsou prakticky neopravitelné."
— Hommer Zhao, Engineering Director at FlexiPCB
Rozhodovací rámec: Rychlý kontrolní seznam
Odpovězte na tyto otázky a identifikujte správnou architekturu:
- Kolik rigid-to-rigid propojení existuje? 1 = flex kabel. 2+ = zvažte rigid-flex.
- Ohýbá se flex zóna během používání výrobku? Ano = čistě flex s válcovanou žíhanou mědí. Ne = obě varianty fungují.
- Potřebujete odlišný počet vrstev v tuhých a flex oblastech? Ano = rigid-flex. Ne = flex s výztuhami je schůdný.
- Je váš objem výroby nad 2 000 kusů? Ano = výhoda TCO rigid-flex roste. Ne = flex je pravděpodobně levnější.
- Jsou požadavky na vibrace/rázy kritické? Ano = rigid-flex (žádné konektory, které by selhaly). Ne = obě varianty fungují.
- Vyžaduje váš návrh řízenou impedanci přes přechody rigid-flex? Ano = rigid-flex. Ne = obě varianty fungují.
Pokud jste na 3 a více otázek odpověděli „rigid-flex", je rigid-flex pravděpodobně optimální volbou. Jinak začněte s čistě flex — je jednodušší, levnější a rychlejší na prototypování.
Často kladené otázky
Může flex DPS s výztuhami nahradit rigid-flex?
V mnoha případech ano. Pokud vaše tuhé a flex zóny potřebují stejný počet vrstev a nevyžadujete vysokou hustotu prokovů nebo microvias v tuhých sekcích, flex deska s výztuhami z FR-4 nebo nerezové oceli může dosáhnout podobné funkcionality za o 30–50 % nižší cenu. Pro návrhy vyžadující odlišné počty vrstev mezi sekcemi nebo maximální spolehlivost v přechodové zóně je však skutečný rigid-flex lepší volba.
Je rigid-flex DPS spolehlivější než flex DPS?
Pro specifickou aplikaci propojení více tuhých sekcí ano. Rigid-flex eliminuje konektory — příčinu č. 1 provozních poruch v elektronice při vibracích nebo teplotních cyklech. Pro dynamické ohýbání je však čistě flex DPS se správným výběrem materiálů (válcovaná žíhaná měď, bezlepidlový polyimid) spolehlivější, protože flex zóny rigid-flex nejsou navrženy pro opakované ohýbání.
Jaký je minimální poloměr ohybu rigid-flex DPS?
Minimální statický poloměr ohybu flex zóny v rigid-flex desce je typicky 12–24× tloušťka flex sekce v závislosti na počtu flex vrstev (dle IPC-2223). Pro flex sekci o tloušťce 0,2 mm je minimální poloměr ohybu 2,4–4,8 mm. Vždy konzultujte s výrobcem a ověřte si výpočet pomocí naší kalkulačky poloměru ohybu.
Jak dlouho trvá výroba prototypů rigid-flex DPS?
Typická dodací lhůta prototypu rigid-flex je 2–4 týdny, oproti 1–2 týdnům u čistě flex a 3–5 dnům u tuhých DPS. Delší lhůta odráží složitější výrobní proces, který zahrnuje separátní zpracování tuhých a flex sekcí před finální laminací. Expresní služby mohou dodat za 5–7 pracovních dnů s příplatkem.
Mohu převést stávající vícedeskový návrh na rigid-flex?
Ano, a je to jedna z nejčastějších aplikací rigid-flex. Začněte identifikací desek, které se vzájemně propojují, a spojení, která způsobují problémy se spolehlivostí nebo zvyšují náklady na montáž. Revize rigid-flex návrhu s naším inženýrským týmem vyhodnotí váš konkrétní návrh a odhadne úspory a zlepšení spolehlivosti.
Jaké návrhové nástroje podporují layout rigid-flex DPS?
Altium Designer a Cadence Allegro nabízejí nejpropracovanější podporu rigid-flex, včetně 3D simulace ohybu a správy stackupu pro více zón. KiCad (v8+) má základní rigid-flex možnosti. EasyEDA má omezenou podporu. Při výběru návrhového nástroje se ujistěte, že umí definovat samostatné stackupy pro tuhé a flex zóny a generovat správné výrobní podklady se značením linií ohybu a přechodových zón.
Získejte odbornou pomoc při rozhodování
Stále si nejste jisti, který přístup je pro váš projekt nejvhodnější? Vyžádejte si bezplatnou revizi návrhu od našeho inženýrského týmu. Zašlete nám schéma nebo předběžný layout a my doporučíme optimální architekturu — flex, rigid-flex, nebo flex s výztuhami — na základě vašich konkrétních požadavků, objemu a rozpočtu.
Odkazy:
- IPC — Association Connecting Electronics Industries. IPC-2223 Sectional Design Standard for Flexible Printed Boards
- Altium. Rigid-Flex PCBs: Advantages and Challenges
- Epectec. Design Comparison: Flex Circuit with Stiffeners vs. Rigid-Flex PCB
