I circuiti stampati flessibili sono PCB con un materiale di substrato flessibile e alcuni strati di rame che consentono la piegatura. Questa flessibilità offre diversi vantaggi, come l'uso efficiente dello spazio e la resistenza agli urti/vibrazioni, che sono critici in diverse applicazioni.

Esaminiamo vari aspetti di questo PCB, inclusi i materiali di costruzione comuni, il processo di produzione, i vantaggi e altro ancora!

Cos'è un Circuito Stampato Flessibile?

Come menzionato in precedenza, un PCB flessibile è una scheda a circuito con un materiale di base piegabile che è comunemente composto da poliimmide.

I materiali che compongono gli altri strati sono anch'essi flessibili e possono resistere alla piegatura senza rompersi o incrinarsi.

Puoi piegare, ripiegare o torcere i PCB flex per adattarli in spazi ristretti, il che è importante quando vuoi che il circuito si conformi alla forma del pacchetto del prodotto finale, come un dispositivo indossabile.

Un altro vantaggio chiave del PCB Flex è la sua resistenza alle vibrazioni, che lo rende adatto per applicazioni automobilistiche, aerospaziali e dell'aviazione.

Tipi di Circuiti Stampati Flessibili

Ecco i tipi di PCB flessibili:

PCB Flex a Singola Faccia

Sono i PCB flex più comuni che puoi trovare. Hanno uno strato conduttore con un film dielettrico flessibile.

Stampati anche su un solo lato, il che li rende più economici da produrre.

PCB Flex a Doppia Faccia

Hanno stampe su entrambi i lati del materiale dielettrico. Di conseguenza, contengono più componenti e offrono una migliore gestione della potenza rispetto ad altre schede.

Come svantaggio, sono più costosi da produrre.

PCB Flex Multistrato

Hanno più di due strati di conduttori, il che li rende adatti per applicazioni militari e aerospaziali.

Inoltre, contengono circuiti densi e sono più costosi da produrre.

Scheda a circuito flessibile multistrato con pattern di routing complessi

PCB Rigido-Flessibili

Come suggerisce il nome, sono una combinazione di schede a circuito rigide e flessibili. Più specificamente, sono schede a circuito rigide con substrati di connessione flessibili.

A causa della loro costruzione, li troverai principalmente in dispositivi intelligenti e applicazioni militari.

PCB Flex HDI

HDI è l'acronimo di High-Density Interconnect (Interconnessione ad Alta Densità).

I PCB flex HDI hanno multipli microvia e strutture fini che rendono possibile avere una maggiore densità di cablaggio per unità di area rispetto alle schede a circuito tradizionali.

L'alta densità di cablaggio aumenta anche la funzionalità della scheda perché puoi montare più componenti su di essa.

Un'altra caratteristica distintiva dei PCB flex HDI è che presentano substrati più sottili rispetto alle schede a circuito flessibili normali, il che riduce le loro dimensioni e aumenta le loro prestazioni elettriche.

Quali Sono i Vantaggi delle Schede a Circuito Flex?

PCB flessibile che dimostra le sue caratteristiche di flessibilità

Pacchetto Compatto e Leggero: I PCB flessibili hanno substrati, strati di rame e altri materiali più sottili rispetto alle loro controparti rigide. I materiali sottili significano anche schede leggere, il che si traduce in dimensioni del pacchetto e peso più piccoli per il prodotto finale.
Flessibilità: Le schede flex possono collegare più piani durante l'installazione e possono essere flesse più volte senza subire guasti.
Alta Affidabilità: I punti di interconnessione sono comuni quando si lavora con schede rigide e sono soggetti a guasti. I PCB flessibili riducono i punti di interconnessione nei circuiti, il che aumenta l'affidabilità del prodotto. Inoltre, le schede FPC possono resistere a urti e vibrazioni, rendendo l'elettronica automobilistica e altri prodotti altamente affidabili.
Consente Configurazioni ad Alta Densità: Poiché consentono spazi e linee estremamente stretti, i PCB flessibili liberano spazio per popolazioni di dispositivi ad alta densità per consentire funzionalità aggiuntive del prodotto.
Libertà di Progettazione: La progettazione di PCB flessibili non è limitata a due strati. Le schede possono avere più strati, alcune combinando anche circuiti rigidi in varie sezioni. Pertanto, questi PCB possono avere configurazioni complesse per gestire circuiti sofisticati.
Flusso d'Aria Migliorato: I design ottimizzati di questi PCB consentono all'aria fredda di fluire facilmente attraverso il prodotto e dissipare il calore più velocemente.

Quali Sono gli Svantaggi dei PCB Flessibili?

Alti Costi di Produzione: I materiali utilizzati per produrre schede flessibili sono più costosi di quelli utilizzati per produrre PCB rigidi. Inoltre, il processo di produzione è più complesso e c'è un'alta probabilità di danni durante la manipolazione.
Difficile da Rilavorare: Rilavorare schede flessibili (riparazioni o modifiche) è complicato perché devi rimuovere il film protettivo, risolvere il problema e poi ripristinare questo film.
Densità di Componenti Limitata: La natura sottile e flessibile di queste schede limita il numero e i tipi di componenti che puoi montare a bordo. Le alte densità o componenti grandi e pesanti possono appesantire il substrato o addirittura farlo rompere.
Molteplici Complessità di Progettazione: Alcune regole di progettazione, come zero via nelle aree di piegatura, sfalsamento dei conduttori sulle schede multistrato, utilizzo di coperture specifiche, ecc., rendono complessa la progettazione di PCB flessibili.
Suscettibilità a Condizioni Ambientali Dannose: Le schede flessibili sono più suscettibili a sostanze chimiche, calore, umidità e altri fattori ambientali rispetto alle schede rigide. Pertanto, potrebbero non essere l'opzione migliore per alcune applicazioni.

Quali Sono i Materiali Comuni dei PCB Flessibili?

Vari materiali di PCB flessibili e prodotti finiti

Conduttori: Il materiale conduttore più comune utilizzato nei PCB è il rame, ma quello utilizzato nelle schede flessibili deve essere più sottile. Quindi, è rame ricotto laminato o rame elettrodepositato. Altri materiali che possono essere utilizzati come conduttori includono alluminio, Inconel, inchiostro d'argento, costantana e cupronichel.
Adesivi: Questi materiali legano gli strati insieme e includono epossidico, acrilico o PSA (Adesivi Sensibili alla Pressione).
Isolanti: Gli isolanti separano gli strati conduttivi e includono poliimmide, poliestere, PEN, PET, PEEK o LCP. La maschera di saldatura, un liquido epossidico, è anche un isolante.
Finiture: Le finiture superficiali sulle aree di rame esposte possono essere ENIG, ENEPIG, Stagno, OSP, oro duro o nichel duro. Ci sono diverse altre opzioni, ma ENIG è la più popolare.

Perché Usare Irrigiditori su Schede PCB Flex e Rigido-Flex?

Gli irrigiditori forniscono resistenza meccanica al PCB, il che migliora la durabilità e l'affidabilità. Gli irrigiditori PCB possono essere aggiunti su qualsiasi lato della scheda, e i loro requisiti rientrano in queste categorie di utilizzo:

Irrigidire le sezioni dei connettori per migliorare il sollievo dallo stress durante inserimenti ripetuti o quando si trasportano connettori grandi e pesanti
Per soddisfare i requisiti di spessore ZIF (Zero Insertion Force)
Creare una superficie piana per posizionare pad SMT e componenti
Per aiutare con vincoli di piegatura localizzati
Ridurre lo stress dei componenti
Per migliorare la dissipazione del calore (irrigiditori metallici)
Ridurre le possibilità di guasto durante l'assemblaggio automatizzato

Ci Sono Considerazioni Durante la Progettazione di Schede Stampate Flessibili?

Prima di entrare nel processo di produzione, il PCB flessibile deve essere progettato correttamente, ed è importante tenere a mente queste considerazioni di progettazione.

Ambiente Operativo

Considera l'ambiente operativo finale della scheda, che determinerà se ha bisogno di strati protettivi per sostanze chimiche, alte temperature o umidità.

Rapporto di Piegatura

Questo termine si riferisce alla relazione tra il raggio di piegatura e lo spessore della scheda. Il rapporto è importante da considerare perché le schede con un numero diverso di strati hanno rapporti di piegatura diversi, e più stretto è il raggio di piegatura, maggiore è la probabilità di guasto durante la flessione.

Conduttori e Routing

Le tracce di rame e i loro percorsi di trasmissione dovrebbero essere analizzati attentamente per determinare se saranno influenzati durante la flessione. I conduttori dovrebbero essere instradati perpendicolarmente alle aree di piegatura per evitare rotture.

Raccordi dei Pad

Queste aggiunte sono necessarie quando il diametro del pad supera la larghezza del filo di connessione perché migliorano la resa dell'incisione e la resistenza del materiale.

Sollievo dalla Lacerazione

Considera un grande raggio d'angolo, irrigiditori e fessure di sollievo per evitare la lacerazione del PCB.

Via

I via ciechi e sepolti dovrebbero essere utilizzati solo quando necessario per PCB multistrato perché aumentano significativamente il costo di fabbricazione.

Strati di Piano e Schermatura

Gli strati di piano di massa o di riferimento sono critici per la schermatura, il controllo dell'impedenza e l'integrità del segnale. Tuttavia, questi strati di rame solidi rendono la scheda più rigida, quindi dovrebbero essere inclusi nel calcolo del rapporto di piegatura.

Integrità del Segnale e Impedenza Controllata

Fattori come la costante dielettrica dei materiali isolanti, la larghezza della traccia e la distanza della traccia del segnale dal piano di riferimento determinano l'integrità del segnale e l'impedenza.

Come Produrre Schede a Circuito Flessibili: Processo di Produzione Passo-Passo

Questo processo è sfumato a seconda che la scheda flessibile abbia uno o più (2 o più) strati, ma generalmente segue i passaggi seguenti dopo la selezione dei materiali e il rivestimento di rame.

Processo di produzione di PCB flessibili e controllo qualità

Taglio del Laminato Rivestito di Rame

Il PCB flessibile inizia come un rotolo di laminato rivestito di rame che viene tagliato in un foglio di lamina di rame semifinito della dimensione di lavorazione richiesta.

Foratura

A seconda dei file di progettazione, vengono praticati fori attraverso il laminato con diametri specifici utilizzando la foratura meccanica o laser. Quest'ultima è preferita perché non esercita pressione sul PCB. Questi fori vengono poi puliti e placcati.

Laminazione del Film Secco

I film secchi sono resist fotosensibili che aiutano con il trasferimento dell'immagine del circuito allo strato di rame. Questo materiale fotoresist viene applicato utilizzando un rullo riscaldato con la pressione appropriata per fonderlo e formarlo uniformemente sopra il rame.

Placcatura del Pattern

La placcatura del pattern può essere eseguita utilizzando la luce UV (fotolitografia) o LDI.

Incisione

Questo processo richiede una soluzione chimica corrosiva per rimuovere il rame dalle aree di film secco non indurite. La placcatura del pattern crea un film positivo indurito sul materiale fotoresist per formare il circuito. L'incisione corrode le altre sezioni per lasciare il circuito.

Rimozione del Film Secco e Ispezione

Il film secco positivo indurito viene rimosso per lasciare il circuito di rame esposto, che subisce un'ispezione per cortocircuiti o circuiti aperti utilizzando AOI.

Laminazione del Coverlay

Un coverlay è un film applicato al PCB per proteggerlo dall'ossidazione e dai danni meccanici, come graffi. Dopo l'applicazione, la scheda subisce la laminazione utilizzando calore e pressione con parametri specifici di calore e pressione per evitare danni.

Finitura Superficiale

La finitura superficiale è importante sulle aree di rame esposte per proteggerle dall'ossidazione. Semplifica anche la saldatura.

Stampa Serigrafica

La serigrafia indica le informazioni rilevanti sulla superficie (punti di test, simboli di avvertimento, loghi, ecc.), ed è stampata con la maschera di saldatura per protezione.

Test Elettrici

I test elettrici richiedono tecniche come sonde volanti o letto di chiodi per verificare cortocircuiti o circuiti aperti nel PCB.

Punzonatura

La punzonatura si riferisce al taglio del foglio in PCB individuali che corrispondono ai requisiti del cliente (file di progettazione).

Ispezione

L'ispezione visiva è necessaria per assicurarsi che la scheda flessibile non abbia graffi o contaminazioni.

Imballaggio e Spedizione

I PCB completi vengono imballati secondo le esigenze del cliente prima della spedizione. Se il cliente richiede l'assemblaggio, le schede vanno in questi stabilimenti per formare PCBA prima della spedizione.

Come Scegliere il Giusto Produttore di Schede a Circuito Flessibili

Prodotti di circuiti flessibili di alta qualità di FlexiPCB

I PCB flessibili sono schede elettroniche delicate che necessitano di adeguate considerazioni di progettazione e manipolazione attenta durante la produzione. Pertanto, dovresti considerare le tre E quando scegli il tuo produttore di assemblaggio di schede flessibili. Queste sono esperienza, equipaggiamento ed expertise.

A FlexiPCB, abbiamo un team interno di ingegneri che utilizzano il nostro software e attrezzature all'avanguardia per aiutarti con quanto segue:

Sviluppo del concetto
Ottimizzazione del design
Selezione dei materiali
Progettazione dello stackup PCB
Analisi DFM
Analisi dell'integrità del segnale
Analisi dell'integrità di potenza
Analisi termica
Analisi meccanica

Poiché queste schede sono delicate da manipolare, possiamo gestire il processo di assemblaggio per te per eliminare qualsiasi complessità che potrebbe sorgere dalla tua parte.

La nostra soluzione di assemblaggio PCB chiavi in mano copre anche l'approvvigionamento e l'acquisizione di materiali, il controllo qualità, i test, l'imballaggio, la spedizione, il supporto post-vendita e la manutenzione, e raccomandiamo questo servizio perché ci permette di fare tutto il lavoro rischioso e difficile per te a costi ragionevoli.

Gamma di prodotti FlexiPCB che mostra varie soluzioni di circuiti flessibili

FAQ

I PCB flessibili sono affidabili?

Generalmente, la maggior parte delle schede a circuito stampato flessibili sono affidabili e durevoli. Questo perché i produttori realizzano questi PCB utilizzando materiali di substrato flessibili come la poliimmide.

Successivamente, li utilizzano in dispositivi che devono essere flessibili.

Ad esempio, utilizziamo PCB flessibili in dispositivi indossabili come orologi.

Come svantaggio, l'affidabilità del tuo PCB flessibile dipenderà dalla qualità della sua costruzione. Quelli mal fatti non saranno affidabili come i PCB di alta qualità.

Perché i circuiti PCB flessibili sono costosi?

Alcuni PCB flessibili sono più costosi dei PCB rigidi per diverse ragioni. Primo, sono più complessi da progettare e produrre.

Di conseguenza, i produttori allocano più risorse per produrre un PCB flessibile rispetto a quanto farebbero con le schede a circuito tradizionali.

Secondo, i substrati dei PCB flessibili sono più costosi dei materiali utilizzati per realizzare PCB rigidi.

Ad esempio, i substrati in poliimmide costano più dei materiali rigidi che i produttori utilizzano nei PCB tradizionali.

Terzo, la natura flessibile dei PCB rende il processo di produzione intensivo e dispendioso in termini di tempo.

Complessivamente, riduce il numero di schede che un produttore può realizzare in un dato tempo.

Di conseguenza, i costi di produzione aumentano, traducendosi in prezzi di vendita più elevati.

Conclusione

In conclusione, i PCB flessibili richiedono una pianificazione attenta, considerazione e cura durante la progettazione, la produzione e l'assemblaggio per raggiungere i benefici previsti.

Questi benefici sono critici per le generazioni attuali e future di elettronica, dove circuiti compatti, leggeri e affidabili saranno richiesti in varie applicazioni.

Con un partner di produzione affidabile come noi, possiamo assicurarti schede a circuito flex durevoli e di alta qualità perché il nostro impegno per l'eccellenza e il miglioramento continuo ci ha mantenuto all'avanguardia del settore.

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