Гибкие печатные платы — это PCB с гибким материалом подложки и несколькими слоями меди, позволяющими изгиб. Эта гибкость приносит ряд преимуществ, таких как эффективное использование пространства и устойчивость к ударам/вибрациям, что критически важно для многих применений.

Давайте рассмотрим различные аспекты этих PCB, включая распространённые конструкционные материалы, производственный процесс, преимущества и многое другое!

Что такое Гибкая Печатная Плата?

Как упоминалось ранее, гибкая PCB — это печатная плата с изгибаемым базовым материалом, обычно изготовленным из полиимида.

Материалы, составляющие другие слои, также гибкие и могут выдерживать изгиб без разрушения или растрескивания.

Вы можете сгибать, складывать или скручивать flex PCB, чтобы разместить их в тесных пространствах, что важно, когда вы хотите, чтобы схема соответствовала форме упаковки конечного продукта, например, носимого устройства.

Другое ключевое преимущество Flex PCB — это устойчивость к вибрациям, что делает их подходящими для автомобильных, аэрокосмических и авиационных применений.

Типы Гибких Печатных Плат

Вот типы гибких PCB:

Односторонние Flex PCB

Это наиболее распространённые flex PCB. Они имеют один проводящий слой с гибкой диэлектрической плёнкой.

Также печатаются на одной стороне, что делает их дешевле в производстве.

Двусторонние Flex PCB

Они имеют печать на обеих сторонах диэлектрического материала. Следовательно, они вмещают больше компонентов и обеспечивают лучшую обработку мощности, чем другие платы.

Недостаток в том, что они дороже в производстве.

Многослойные Flex PCB

Они имеют более двух слоёв проводников, что делает их подходящими для военных и аэрокосмических применений.

Кроме того, они содержат плотную схемотехнику и дороже в производстве.

Многослойная гибкая печатная плата со сложными паттернами трассировки

Жёстко-гибкие PCB

Как следует из названия, это сочетание жёстких и гибких печатных плат. Более конкретно, это жёсткие печатные платы с гибкими соединительными подложками.

Благодаря своей конструкции, вы найдёте их в основном в умных устройствах и военных применениях.

HDI Flex PCB

HDI — это аббревиатура от High-Density Interconnect (высокоплотное соединение).

HDI flex PCB имеют множество микровиа и тонких структур, которые позволяют иметь более высокую плотность разводки на единицу площади по сравнению с традиционными печатными платами.

Высокая плотность разводки также повышает функциональность платы, потому что на неё можно установить больше компонентов.

Ещё одна отличительная особенность HDI flex PCB — они имеют более тонкие подложки, чем обычные гибкие печатные платы, что уменьшает их размер и повышает электрические характеристики.

Каковы Преимущества Flex Печатных Плат?

Гибкая PCB, демонстрирующая свои характеристики изгиба

Компактный и Лёгкий Корпус: Гибкие PCB имеют более тонкие подложки, слои меди и другие материалы, чем их жёсткие аналоги. Тонкие материалы также означают лёгкие платы, что приводит к меньшему размеру и весу корпуса конечного продукта.
Гибкость: Flex платы могут соединять несколько плоскостей во время установки и могут изгибаться много раз без отказа.
Высокая Надёжность: Точки соединения распространены при работе с жёсткими платами и подвержены отказам. Гибкие PCB уменьшают точки соединения в схемах, что повышает надёжность продукта. Кроме того, FPC платы могут выдерживать удары и вибрации, делая автомобильную электронику и другие продукты высоконадёжными.
Позволяют Высокоплотные Конфигурации: Поскольку они допускают чрезвычайно узкие пространства и линии, гибкие PCB освобождают место для высокоплотного размещения устройств для дополнительных функций продукта.
Свобода Проектирования: Проектирование гибких PCB не ограничено двумя слоями. Платы могут иметь несколько слоёв, некоторые даже объединяют жёсткие схемы в различных секциях. Поэтому эти PCB могут иметь сложные конфигурации для обработки сложной схемотехники.
Улучшенный Воздушный Поток: Обтекаемые конструкции этих PCB позволяют холодному воздуху легко проходить через продукт и быстрее рассеивать тепло.

Каковы Недостатки Гибких PCB?

Высокие Производственные Затраты: Материалы, используемые для изготовления гибких плат, дороже, чем используемые для жёстких PCB. Кроме того, производственный процесс сложнее, и существует высокая вероятность повреждения при обработке.
Сложность Переделки: Переделка гибких плат (ремонт или модификации) сложна, потому что нужно удалить защитную плёнку, устранить проблему, а затем восстановить эту плёнку.
Ограниченная Плотность Компонентов: Тонкая и гибкая природа этих плат ограничивает количество и типы компонентов, которые можно установить на борту. Высокая плотность или большие, тяжёлые компоненты могут утяжелить подложку или даже вызвать её разрушение.
Множество Сложностей Проектирования: Некоторые правила проектирования, такие как отсутствие переходных отверстий в зонах изгиба, ступенчатое расположение проводников на многослойных платах, использование специфических покрытий и т.д., делают проектирование гибких PCB сложным.
Восприимчивость к Вредным Условиям Окружающей Среды: Гибкие платы более восприимчивы к химикатам, теплу, влаге и другим факторам окружающей среды, чем жёсткие платы. Поэтому они могут быть не лучшим вариантом для некоторых применений.

Какие Материалы Используются в Гибких PCB?

Различные материалы гибких PCB и готовые продукты

Проводники: Наиболее распространённый проводящий материал, используемый в PCB, — это медь, но тот, что используется в гибких платах, должен быть тоньше. Поэтому это либо отожжённая катаная медь, либо электроосаждённая медь. Другие материалы, которые могут использоваться в качестве проводников, включают алюминий, инконель, серебряные чернила, константан и медно-никелевый сплав.
Адгезивы: Эти материалы связывают слои вместе и включают эпоксидную смолу, акрил или PSA (адгезивы, чувствительные к давлению).
Изоляторы: Изоляторы разделяют проводящие слои и включают полиимид, полиэстер, PEN, PET, PEEK или LCP. Паяльная маска, эпоксидная жидкость, также является изолятором.
Покрытия: Поверхностные покрытия на открытых медных участках могут быть ENIG, ENEPIG, олово, OSP, твёрдое золото или твёрдый никель. Есть несколько других вариантов, но ENIG является наиболее популярным.

Зачем Использовать Рёбра Жёсткости на Flex и Жёстко-Flex PCB Платах?

Рёбра жёсткости обеспечивают механическую прочность PCB, что повышает долговечность и надёжность. Рёбра жёсткости PCB могут быть добавлены с любой стороны платы, и их требования относятся к этим категориям использования:

Укрепление секций разъёмов для улучшения снятия напряжения при повторных вставках или при переносе больших, тяжёлых разъёмов
Для соответствия требованиям толщины ZIF (нулевое усилие вставки)
Создание плоской поверхности для размещения SMT площадок и компонентов
Для помощи с локализованными ограничениями изгиба
Снижение напряжения компонентов
Для улучшения отвода тепла (металлические рёбра жёсткости)
Снижение шансов отказа при автоматизированной сборке

Есть ли Особенности При Проектировании Гибких Печатных Плат?

Перед началом производственного процесса гибкая PCB должна быть правильно спроектирована, и важно помнить об этих особенностях проектирования.

Рабочая Среда

Учитывайте конечную рабочую среду платы, которая определит, нужны ли ей защитные слои от химикатов, высоких температур или влажности.

Коэффициент Изгиба

Этот термин относится к соотношению между радиусом изгиба и толщиной платы. Коэффициент важно учитывать, потому что платы с разным количеством слоёв имеют разные коэффициенты изгиба, и чем меньше радиус изгиба, тем выше вероятность отказа при изгибе.

Проводники и Трассировка

Медные дорожки и их пути передачи должны быть тщательно проанализированы, чтобы определить, будут ли они затронуты при изгибе. Проводники должны быть проложены перпендикулярно зонам изгиба, чтобы избежать разрыва.

Скругления Площадок

Эти дополнения необходимы, когда диаметр площадки превышает ширину соединительной дорожки, потому что они улучшают выход травления и прочность материала.

Снятие Разрыва

Учитывайте большой радиус угла, рёбра жёсткости и разгрузочные прорези, чтобы избежать разрыва PCB.

Переходные Отверстия

Глухие и скрытые переходные отверстия следует использовать только при необходимости для многослойных PCB, потому что они значительно увеличивают стоимость изготовления.

Слои Плоскости и Экранирование

Слои земли или опорной плоскости критически важны для экранирования, контроля импеданса и целостности сигнала. Однако эти сплошные медные слои делают плату более жёсткой, поэтому они должны быть включены в расчёт коэффициента изгиба.

Целостность Сигнала и Контролируемый Импеданс

Такие факторы, как диэлектрическая постоянная изоляционных материалов, ширина дорожки и расстояние сигнальной дорожки от опорной плоскости, определяют целостность сигнала и импеданс.

Как Производить Гибкие Печатные Платы: Пошаговый Производственный Процесс

Этот процесс имеет нюансы в зависимости от того, имеет ли гибкая плата один или несколько (2 и более) слоёв, но обычно следует приведённым ниже шагам после выбора материала и нанесения меди.

Производственный процесс гибких PCB и контроль качества

Резка Ламината с Медным Покрытием

Гибкая PCB начинается как рулон ламината с медным покрытием, который разрезается на полуфабрикатный лист медной фольги требуемого размера обработки.

Сверление

В зависимости от файлов проекта, отверстия просверливаются через ламинат с определёнными диаметрами с использованием механического или лазерного сверления. Последнее предпочтительнее, потому что не оказывает давления на PCB. Затем эти отверстия очищаются и покрываются.

Ламинирование Сухой Плёнки

Сухие плёнки — это светочувствительные резисты, которые помогают переносить изображение схемы на медный слой. Этот фоторезистивный материал наносится с помощью нагретого валика с соответствующим давлением, чтобы расплавить и равномерно сформировать его поверх меди.

Нанесение Рисунка

Нанесение рисунка может быть выполнено с использованием УФ-света (фотолитография) или LDI.

Травление

Этот процесс требует коррозионного химического раствора для удаления меди с незатвердевших участков сухой плёнки. Нанесение рисунка создаёт затвердевшую позитивную плёнку на фоторезистивном материале для формирования схемы. Травление разъедает другие участки, оставляя схему.

Снятие Сухой Плёнки и Инспекция

Затвердевшая позитивная сухая плёнка удаляется, оставляя открытую медную схему, которая проходит инспекцию на короткие замыкания или обрывы с помощью AOI.

Ламинирование Покрытия

Покрытие — это плёнка, наносимая на PCB для защиты от окисления и механических повреждений, таких как царапины. После нанесения плата проходит ламинирование с использованием тепла и давления с определёнными параметрами тепла и давления, чтобы избежать повреждений.

Финишная Обработка Поверхности

Финишная обработка поверхности важна для открытых медных участков, чтобы защитить их от окисления. Она также упрощает пайку.

Шелкография

Шелкография указывает соответствующую информацию на поверхности (тестовые точки, предупреждающие символы, логотипы и т.д.) и печатается с паяльной маской для защиты.

Электрические Испытания

Электрические испытания требуют таких методов, как летающие пробники или гвоздевое ложе, для проверки коротких замыканий или обрывов в PCB.

Вырубка

Вырубка относится к разрезанию листа на отдельные PCB, соответствующие требованиям заказчика (файлы проекта).

Инспекция

Визуальная инспекция необходима для обеспечения отсутствия царапин или загрязнений на гибкой плате.

Упаковка и Отгрузка

Готовые PCB упаковываются в соответствии с потребностями клиента перед отгрузкой. Если клиенту требуется сборка, платы отправляются на эти заводы для формирования PCBA перед отгрузкой.

Как Выбрать Правильного Производителя Гибких Печатных Плат

Высококачественные продукты гибких схем от FlexiPCB

Гибкие PCB — это деликатные электронные платы, которые нуждаются в правильных проектных соображениях и аккуратном обращении при производстве. Поэтому вам следует учитывать три Э при выборе производителя сборки гибких плат. Это экспертиза, экипировка и опыт.

В FlexiPCB у нас есть собственная команда инженеров, которые используют наше программное обеспечение и современное оборудование, чтобы помочь вам в следующем:

Разработка концепции
Оптимизация дизайна
Выбор материалов
Проектирование стека PCB
DFM анализ
Анализ целостности сигнала
Анализ целостности питания
Термический анализ
Механический анализ

Поскольку эти платы деликатны в обращении, мы можем взять на себя процесс сборки, чтобы устранить любые сложности, которые могут возникнуть с вашей стороны.

Наше комплексное решение по сборке PCB также охватывает поиск и закупку материалов, контроль качества, тестирование, упаковку, доставку, послепродажную поддержку и обслуживание, и мы рекомендуем этот сервис, потому что он позволяет нам делать всю рискованную и сложную работу за вас по разумным ценам.

Линейка продуктов FlexiPCB, демонстрирующая различные решения гибких схем

Часто Задаваемые Вопросы

Надёжны ли гибкие PCB?

Как правило, большинство гибких печатных плат надёжны и долговечны. Это потому, что производители делают эти PCB, используя гибкие материалы подложки, такие как полиимид.

После этого они используют их в устройствах, которые должны быть гибкими.

Например, мы используем гибкие PCB в носимых устройствах, таких как часы.

Недостаток в том, что надёжность вашей гибкой PCB будет зависеть от качества её изготовления. Плохо сделанные не будут такими надёжными, как высококачественные PCB.

Почему схемы на гибких PCB дорогие?

Некоторые гибкие PCB дороже жёстких PCB по нескольким причинам. Во-первых, они сложнее в проектировании и производстве.

Следовательно, производители выделяют больше ресурсов на производство гибкой PCB, чем на традиционные печатные платы.

Во-вторых, подложки гибких PCB дороже материалов, используемых для производства жёстких PCB.

Например, полиимидные подложки стоят дороже, чем жёсткие материалы, которые производители используют в традиционных PCB.

В-третьих, гибкая природа PCB делает производственный процесс интенсивным и трудоёмким.

В целом, это уменьшает количество плат, которые производитель может сделать за определённое время.

В результате производственные затраты увеличиваются, что приводит к более высоким ценам продажи.

Заключение

В заключение, гибкие PCB требуют тщательного планирования, внимания и заботы при проектировании, производстве и сборке для достижения их предполагаемых преимуществ.

Эти преимущества критически важны для нынешнего и будущих поколений электроники, где компактные, лёгкие и надёжные схемы будут требоваться в различных применениях.

С надёжным производственным партнёром, таким как мы, мы можем гарантировать вам долговечные и высококачественные flex печатные платы, потому что наша приверженность совершенству и постоянному улучшению позволила нам оставаться на передовой отрасли.

Свяжитесь с нами, чтобы узнать больше о наших решениях по проектированию и инжинирингу flex PCB, или запросите расценку сегодня!

Полное Руководство по Гибким Печатным Платам