海角社区

Гибкие печатные платы: Типes, дизайн и приложения

Гибкие печатные платы изгибаются, чтобы соответствовать изогнутым и узким пространствам. Они используют тонкие слои меди на гибкой пленке, что позволяет инженерам создавать более мелкие устройства. Вы можете найти их внутри камер, смартфонов и медицинских инструментов. Изгиб и сгиб дают новые возможности компоновки и позволяют им передавать сигналы с высокой надежностью.

Гибкие печатные платы помогают сократить пространство и вес устройств. Дизайнеры могут создавать устройства, которые выглядят тонкими и легкими, в то время как носимые гаджеты становятся более удобными и прочными. Производители могут сократить этапы сборки, тем самым экономя время на производственных линиях. Гибкие платы также выдерживают движение и нагрузку при ежедневном использовании. Эту технологию используют самые разные гаджеты, включая электромобили, дроны и умные дома. Этот рост формирует для вас множество новых инструментов.

Продолжайте читать, поскольку мы рассмотрим основные типы гибких печатных плат, структуру, их плюсы и минусы. Мы также сравним их с более популярными жесткими печатными платами и объясним, почему вам следует рассмотреть гибкие печатные платы. 

  

Что такое гибкая печатная плата?

Гибкая печатная плата (ПП) — это тонкая электронная плата, построенная на гибкой пленке. Она удерживает медные дорожки, по которым подается питание и сигналы по всей плате. Базовая пленка может скручиваться или оборачиваться вокруг деталей. Вы также можете придать ей форму, подходящую для узких или изогнутых пространств. Эта свобода делает ее идеальной, когда плоская плата не подходит.

Жесткие печатные платы располагаются на твердой плоской подложке, которая устойчива к изгибу и сохраняет форму под нагрузкой. Гибкие печатные платы, с другой стороны, изгибаются и гнутся при движении или при плотной посадке. Вы можете сложить их внутри компактных устройств, тем самым экономя разъемы и кабели. Это также сокращает вес и этапы сборки. Это изменение конструкции делает возможными для вас множество новых макетов.

Гибкие платы используют пленки, такие как полиимид или полиэстер, в качестве подложек. Медная фольга приклеивается к этой пленке специальным клеем, а защитный слой защищает дорожки, сохраняя гибкость. Вы можете увидеть ребра жесткости, добавленные для удержания деталей, а также найти защитную пленку для изоляции и прочности. Количество слоев и толщина варьируются в зависимости от использования, чтобы сбалансировать гибкость и долговечность.

Гибкие печатные платы можно найти в камерах, телефонах, носимых устройствах и датчиках. Они помещаются внутри медицинских сканеров, умных очков и дронов. Автопроизводители используют их в приборных панелях и датчиках, а космические корабли и спутники полагаются на их легкий вес и изгиб. Гибкие платы также очень важны для роботов, которые двигаются.

Типы гибких печатных плат

Существует много типов гибких печатных плат, которые используются для различных электрических компонентов и устройств. Ниже приведен более подробный обзор некоторых из них.

Односторонняя гибкая печатная плата

Односторонняя гибкая печатная плата размещает медные дорожки на одной стороне тонкой пленки. Полиимидная пленка выполняет функцию носителя сигнала, когда она изгибается через небольшие пространства. Покровный слой обеспечивает защиту дорожек и меток, которые служат точками сгиба. Такая конструкция компоновки позволяет получить тонкую плату с доступной стоимостью для основных электронных путей.

Инженеры обычно применяют односторонние гибкие платы для сенсорных лент и светодиодных полос, а также для основных сигнальных линий. Плата будет испытывать одно изгибающее движение во время производства или останется плоской. Один разрез в жгутах и ??кабелях уменьшает как требуемое пространство, так и вес системы. Один медный слой также позволяет компаниям-изготовителям поддерживать низкие производственные затраты, сохраняя при этом простые производственные процессы для коротких производственных циклов.

Дизайн не может поддерживать сложную проводку без дополнительных перемычек. Весь путь трассировки получает ваше тщательное планирование, что исключает любую возможность перекрестков. Дополнительные соединения требуют либо перемычек, либо внешних проводов. Добавление ребер жесткости приводит к увеличению толщины платы, поскольку они служат соединителями или элементами крепления деталей.

Двусторонняя гибкая печатная плата

  

Двусторонняя гибкая печатная плата удерживает медь на обеих сторонах своей пленки. Сквозные отверстия и микропереходы соединяют различные слои платы. Дополнительные возможности маршрутизации увеличиваются в пределах той же размерной области. Каждая сторона гибкой печатной платы имеет защитные покрытия, которые также укрепляют области, склонные к изгибу. Плата сохраняет свой тонкий профиль при работе со средними уровнями сложности и плотности сигнала.

Двусторонние гибкие печатные платы появляются внутри сканеров штрих-кодов и кабелей камер, а также светодиодных подсветок. Дополнительный слой обеспечивает лучшую производительность за счет разделения питания от линий передачи данных. Процессы изготовления, включающие операции сверления и гальванизации, увеличивают производственные расходы по сравнению с односторонними конструкциями. Гибкость в размещении деталей и критически важной сетевой трассировке дает преимущества проектировщикам.

Процесс трассировки в зонах изгиба требует тщательного планирования, чтобы предотвратить растрескивание переходных отверстий. Процесс изготовления требует, чтобы вы размещали переходные отверстия в областях, которые избегают изогнутых участков, используя усиленные отверстия в покровном слое. Правила изготовителя определяют размеры трасс для поддержания надежности во время операций изгиба. Установленные правила позволяют вам достичь высокой плотности, сохраняя при этом долгосрочную надежность в носимых и складных системах.

Многослойная гибкая печатная плата

Многослойная гибкая печатная плата объединяет три или более медных слоев внутри гибких пленок. Внутренние медные слои включают силовые плоскости и плоскости заземления, которые выполняют функцию снижения шума. Соединение слоев происходит через глухие или скрытые микроотверстия для минимизации требований к пространству. Слой покрытия связывает стек, защищая все медные слои от износа при изгибе.

Высокоскоростные схемы, а также радиочастотные модули и компактные соединения камер выигрывают от этого конкретного типа гибкой печатной платы. Тонкий, гибкий корпус содержит слои для питания и заземления при передаче сигналов. Лучшая целостность сигнала и контроль электромагнитных помех достигаются за счет компромиссов в конструкции с повышенными затратами. Процесс изготовления требует точного выравнивания, определенных давлений ламинирования и контролируемой термообработки для каждого слоя клея.

Раннее определение количества слоев оказывается жизненно важным, поскольку дополнительные слои создают как толщину, так и дополнительные процессы травления. Критические сети должны быть отображены на внутренних слоях для обеспечения защиты во время движения. Количество слоев в стеке определяет ограничения радиуса изгиба, которые проектировщики должны учитывать при сопоставлении своих требований к проектированию с этими ограничениями. Баланс между надежностью и гибкостью может поддерживаться на всей плате.

Гибкая печатная плата

Любая электронная схема, которая использует гибкую пленочную подложку для создания своей конструкции, квалифицируется как гибкая печатная плата. Конструкция гибкой печатной платы включает в себя базовые однослойные конфигурации наряду со сложными многослойными типами конструкции. Выбор материалов и толщины меди зависит от ожидаемого количества изгибов. Статические гибкие платы испытывают одиночный изгиб, в то время как динамические гибкие платы должны обрабатывать непрерывные изгибающие движения.

Статические гибкие платы специально служат для поддержки складок камеры и телефона. Процесс требует, чтобы вы согнули их, а затем удерживали в новом положении. Подвижные соединения и складные дисплеи требуют, чтобы динамические гибкие платы работали внутри них. Специальные конструкции должны быть реализованы для снятия напряжения меди и нейтральных линий изгиба. Ваша конструкция платы выдержит несколько тысяч циклов изгиба без получения каких-либо повреждений.

Выбор гибкой печатной платы позволяет найти баланс между требованиями к движению и расходами на продукцию. Стоимость одноразовых изгибов остается ниже, чем стоимость динамических сборок на протяжении всего проектирования и производства. Выбор подходящего стиля пленки и покрытия, а также формы трассы зависит от вашего профиля движения и требований бюджета, и вы работаете с вашим изготовителем, чтобы сделать этот выбор.

Гибкость с ребрами жесткости

Жесткие площадки, прикрепленные к гибким печатным платам, выполняют функцию ребер жесткости, которые поддерживают тяжелые детали и разъемы. Материалы ребер жесткости состоят из FR4 и полиимида и тонких металлических листов. Связи используются для крепления ребер жесткости в местах, требующих плоского монтажа или дополнительной прочности. Сочетание гибких и жестких зон в конструкции пленки позволяет крепить разъем, не повреждая материал пленки.

Процесс проектирования требует от проектировщиков установки ребер жесткости под краями платы, а также их размещения под контактными площадками и контрольными точками. Плата разрезается по форме с небольшими отверстиями, сохраняющимися для обеспечения возможности изгиба поблизости. Клеевые слои обеспечивают надежное крепление ребер жесткости, предотвращая образование расслоений или неровностей. Переходы между ребрами жесткости закрываются защитным слоем для достижения плавного изгиба.

Введение ребер жесткости влияет на толщину платы в определенных областях, поэтому вам необходимо проверить доступность инструмента для сборки. Вам необходимо изменить как трафареты для паяльной пасты, так и настройки оборудования Pick-and-Place. Дополнительный процесс настройки гарантирует, что детали сохранят правильное выравнивание, а паяные соединения сохранят свою прочность, несмотря на движения в окружающей гибкой пленке.

Жесткая гибкая печатная плата

Жестко-гибкая печатная плата объединяет жесткие секции платы и гибкие секции в одной детали. Процесс изготовления включает размещение гибких пленок между жесткими слоями перед склеиванием всех слоев вместе. Гибридная конструкция устраняет необходимость в кабелях, поскольку жесткие островки используют гибкие мосты для соединения друг с другом. Плата сохраняет свою прочность в определенных областях, но развивает гибкость в других секциях.

Жестко-гибкие печатные платы применяются в аэрокосмической и медицинской имплантатах, а также в военном оборудовании. Эти платы эффективно работают в сложных условиях, требующих различных уровней жесткости. Плата содержит жесткие части, которые поддерживают тяжелые компоненты, и гибкие секции, которые создают структуры, подобные кабелю, или возможности складывания. Изготовление требует точного соединения слоев, контролируемого ламинирования и точного выравнивания медных областей.

Процесс проектирования жестко-гибких конструкций начинается с установления механических посадок и определения профилей изгиба с самого начала. Ваш проект определяет плоские области и области, которые необходимо сложить. Ваш инструмент САПР должен поддерживать проектирование как жестких, так и гибких элементов наложения. Процесс тщательного планирования приводит к единой сборке, которая снижает вес и требования к пространству, а также упрощает этапы сборки.

Структура гибких печатных плат

Конструкция гибкой платы напоминает тонкую сэндвич-структуру с гибкими свойствами. Основным компонентом этой системы является гибкий материал-подложка. Пленки выступают в качестве основы, к которой крепится медная фольга для создания необходимых схем.

Клеевые слои выполняют функцию связующих материалов для удержания компонентов схемы на месте во время операций гибки. Медные дорожки получают защиту от износа и влаги посредством нанесения верхнего слоя покрытия.

   

Насколько можно согнуть печатную плату?

Радиус изгиба определяет максимальную кривизну гибких плат. Стандартное измерение гибкости изгиба равно десятикратной толщине платы. Радиус в 1 мм служит минимальным требованием для изгиба платы толщиной 0.1 мм без повреждения. Один изгиб работает с пятикратной толщиной, однако это может привести к трещинам платы.

Выбор материала влияет на гибкость. Материал полиимид сохраняет свои прочностные свойства при нагревании и выдерживает множество циклов гибкости. Полиэстерный материал лучше всего подходит для проектирования статических изгибов. Толщина меди также имеет значение. Прочность на изгиб тонкой меди увеличивается, а требуемое напряжение уменьшается.

Роль ребер жесткости в проектировании гибких печатных плат

Ребра жесткости служат для поддержания плоскостности и стабильности контактных площадок компонентов. Ребра жесткости располагаются под разъемами, микросхемами и контрольными точками. Паяные соединения имеют тенденцию трескаться, если ребра жесткости отсутствуют во время изгиба. Для соединения ребер жесткости следует использовать термостойкий клей. Компонент остается зафиксированным на месте, в то время как движение платы остается заблокированным.

Наиболее часто используемые материалы для ребер жесткости включают FR4, полиимид и алюминий. FR4 обеспечивает недорогую жесткую основу. Ребра жесткости из полиимида соответствуют гибкости подложки. Алюминий служит прочным материалом для разъемов, которым требуется дополнительная структурная поддержка. Ребра жесткости необходимо формовать перед изгибом, при этом вы сохраняете открытые края для процесса. Размещение ребер жесткости происходит либо под компонентами, либо на краях платы для управления процессами сборки.

Добавление ребер жесткости влияет на толщину определенных участков платы. Перед сборкой необходимо учесть как требования по высоте, так и допуски зазоров при сборке. Защита от воздействия окружающей среды достигается путем нанесения ленты или покрытия на края ребер жесткости. Размещение краев ребер жесткости под лентой или покрытием обеспечивает как качество маршрутизации, так и защиту пленки от отслаивания на стыках ребер жесткости и гибкой секции.

Советы по проектированию гибких печатных плат

Планируйте ширину и расстояние между дорожками на ранней стадии компоновки. Более широкие дорожки пропускают больше тока, но добавляют жесткости. Более узкие дорожки позволяют изгибаться плотнее, но ограничивают ток. Используйте постоянный интервал, чтобы предотвратить замыкание при изгибе. Соблюдайте минимальные значения в пределах возможностей вашего изготовителя.

Разметьте области изгиба и держите чувствительные сети подальше. Размещайте линии изгиба там, где плата будет плавно изгибаться. Избегайте размещения переходных отверстий в зонах сгиба. Добавьте рельефные узоры, например, формы собачьей кости, на концах дорожек. Это распределит напряжение и предотвратит появление трещин при изгибе платы.

По возможности размещайте компоненты вне зон изгиба. Используйте детали поверхностного монтажа с низким профилем. Если вам необходимо разместить детали в зоне изгиба, используйте гибкие соединители или гнезда с нулевым усилием вставки. Прокладывайте высокоскоростные или высокоточные сети на устойчивых участках, чтобы исключить искажение сигнала из-за движения изгиба.

Выбирайте инструменты САПР, которые обрабатывают гибкие стеки и моделирование изгиба. Многие инструменты печатных плат позволяют вам рисовать нейтральные линии изгиба и визуализировать напряжение меди. Определите наращивание слоев с помощью подложки, клея, меди и покровного слоя. Экспортируйте данные изгиба в механический САПР для проектирования корпуса. Этот рабочий процесс гарантирует, что вы обнаружите проблемы с подгонкой или столкновением на ранней стадии.

О PCBasic

Время — деньги в ваших проектах — и PCBasic получает это. PCБазовый  - это компания по сборке печатных плат который обеспечивает быстрые и безупречные результаты каждый раз. Наш комплексный Услуги по сборке печатных плат включают экспертную инженерную поддержку на каждом этапе, гарантируя высочайшее качество каждой платы. Как ведущий производитель сборки печатных плат, мы предлагаем комплексное решение, которое оптимизирует вашу цепочку поставок. Сотрудничайте с нашими передовыми Завод по производству прототипов печатных плат для быстрого выполнения заказов и превосходных результатов, которым вы можете доверять.

Преимущества гибких печатных плат

Гибкие печатные платы имеют много преимуществ, которые позволяют вам проектировать плотные макеты с небольшим количеством деталей. Вот основные плюсы.

?  Экономит место, складывая доску в узких местах.

?  Они уменьшают вес вашего устройства за счет использования тонких пленок.

?  Вы удаляете лишние кабели и разъемы из своей конструкции.

?  Они сокращают этапы сборки и ускоряют производство.

?  Они служат дольше в подвижных частях с гнущимися досками.

?  Вы сокращаете расходы на доставку за счет более легкого конечного продукта.

Недостатки гибких печатных плат

Хотя гибкие печатные платы имеют много преимуществ, у них есть и несколько недостатков. Вот некоторые из них.

?  Вы можете заплатить больше за материалы и специальную обработку.

?  Они требуют бережного обращения и специальных сборочных приспособлений.

?  Они ограничивают нагрузку на изгибаемые участки.

?  Для тяжелых соединений или деталей необходимо добавить ребра жесткости.

?  Они требуют тестирования и осмотра для раннего выявления повреждений, вызванных изгибом.

Гибкая печатная плата против жестко-гибкой печатной платы

Методы изготовления гибких и жестко-гибких печатных плат различаются, хотя они служат тем же функциональным требованиям. Следующая таблица иллюстрирует основные различия между гибкими и жестко-гибкими печатными платами.

Особенность	Гибкая печатная плата	Жесткая гибкая печатная плата
Структура:	Одинарная гибкая пленка с медными следами	Сочетание жестких досок и гибких слоев в одной доске
Области сгиба	Все секции гнутся (статически или динамически)	Гнутся только гибкие секции, а жесткие части остаются плоскими.
Монтаж компонентов	Детали устанавливаются на гибкую пленку или используют ребра жесткости.	Детали монтируются на жестких островах; острова соединяются гибкими связями
Этапы сборки	Нужны разъемы или паяные соединения	Меньше внешних соединителей, но больше этапов соединения слоев
Цена	Низкая и средняя стоимость	Более высокая стоимость из-за сложной конструкции и материалов
Случаи использования	Носимые устройства, камеры, тонкие датчики	Аэрокосмическая промышленность, медицинские имплантаты, военное снаряжение
Гибкая жизнь	Подходит для простых изгибов и небольшого количества циклов.	Подходит для повторяющихся циклов, обеспечивает стабильные, жесткие секции

Услуги по изготовлению прототипов гибких печатных плат от PCBasic

Служба быстрого изготовления гибких прототипов печатных плат PCBasic справляется с прототипами любого уровня сложности. Вы можете отправлять файлы Gerber и спецификации стека с помощью нашей онлайн-платформы. Обзор проекта нашими инженерами дает рекомендации по радиусу изгиба, а также по ширине трассы наряду с размерами проходов покровного слоя. Общение между вами и производителем происходит посредством электронной почты в режиме реального времени и чат-сервисов.

PCBasic использует прецизионные лазерные резаки для фрезерования вашего прототипа перед добавлением медной фольги к полиимидным пленкам посредством процессов плоттеризации. Мы следуем вашим требованиям по соединению покровных материалов и ребер жесткости. Сборочный цех в нашей компании выполняет операции по пайке деталей, одновременно проводя функциональные испытания с помощью процедур цикла гибкости. Отчет включает фотографии вместе с протоколами испытаний и полной документацией.

Заключение

Технология гибких печатных плат открывает новые разработки продуктов за счет минимизации использования пространства, снижения требований к весу и упрощения процедур сборки. Выбор включает односторонние платы, многослойные и жестко-гибкие конструкции в зависимости от требований вашего проекта. Надежность при движении становится возможной благодаря тщательному планированию материалов, трасс и соображений изгиба.

Опыт и быстрое создание прототипов и путь производства, которые производители, такие как PCBasic, предлагают своим клиентам. Использование подходящего типа гибкой платы позволяет вам разрабатывать тонкие динамические устройства эффективно и с уверенностью.