Какво трябва да се взема предвид по време на проектирането на Rigid Flex Circuit pcb?

Въведение: Защо Rigid-Flex PCB?

Твърдо-гъвкава ПЛС технология, която комбинира силните страни на традиционните твърди платки (често произвеждани с FR-4 или подобни материали) и гъвкавостта на гъвкави платки —често изработени върху висококачествени полиимидни подложки. Това хибридно решение позволява на проектиращите да създават сложни свързвания, намаляват теглото и подобряват общата надеждност и възможности за производство на електронни продукти, особено в среди с висока плътност, висока вибрация и ограничено пространство.

Твърдо срещу гъвкаво срещу твърдо-гъвкаво: Основни разлики

Печатните платки с комбинирана (гибка и твърда) структура са особено предимни в приложения, при които електронните сглобки трябва да издържат многократно огъване, вибрации, ударни натоварвания или цикли на температурни промени. Чести среди включват електроника за авио- и космическа промишленост , медицински изделия , военна техника , здрави носими устройства и бързо развиващият се свят на Интернета на нещата (IoT).

Предимства и цели при проектирането на технологията за комбинирани (гибки и твърди) печатни платки

• Намалена маса и заемано пространство: Елиминирането на голямата конекторна арматура и кабелни снопове опростява електронното опаковане, като прави устройствата по-леки и по-малки.
• Подобряване на надеждността: При всяка гъвкава платка по-малкият брой спойки и съединения намалява възможните точки на повреда, особено при преходите от гъвкаво към твърдо.
• Интеграция с висока плътност: Лесно се постига монтиране на компоненти с малка стъпка и високоплътни междусъединения (HDI), което позволява напреднала миниатюризация.
• Увеличена издръжливост: Слоевете на твърдо-гъвкави PCB издържат на сурови механични и околните условия — включително висока вибрация, повтарящо се огъване и екстремни температури.
• Ефективност в производството: Производство под ключ с надеждни насоки за проектиране с оглед възможността за производство (DFM) осигурява безпроблемна сглобка и по-ниска обща системна цена.

Проблеми, решени чрез проекта на твърдо-гъвкави вериги

Съвременната електроника — и особено критичните за мисията устройства — са изправени пред сложна комбинация от изисквания: миниатюризация, намаляване на теглото, устойчивост към механически удар и вибрация, както и неотстъпна надеждност. Традиционните твърди PCB често не могат сами да отговарят на тези стандарти, особено в аерокосмическата, медицинската, военната промишленост или в джаджети за тежки условия. Това твърдо-гъвкава ПЛС се превръща в елегантно решение на много от тези проблеми, благодарение на напреднали материали, внимателно подреден слой-на-слой дизайн и уникална хибридна конструкция.

Толерантност към тежки среди

Аерокосмическа, отбранителна, индустриална и медицинска техника често работят под интензивен механически натиск: повтарящи се удари, вибрации, огъване, бързи температурни колебания и понякога дори въздействие на агресивни химикали или влага. В тези среди, конвенционалните твърди или кабелни сглобки могат да страдат от напукани вълдени връзки, повреди на конектори или прекъсвания в електрическата верига поради умора от вибрации.

Твърдо-гъвкави схеми минимизират тези рискове чрез:

• Елиминиране на съединители и директни жични скокове между платки, намаляване на интерконекти, подложни на повреди.
• Използване гъвкави полиимидни секции които абсорбират механично напрежение, разпределят деформацията и остават надеждни при стотици хиляди цикли на огъване — значително по-добри от спояни жици или съединители.
• Осигуряване на безпроблемни преходи от гъвкаво към твърдо които държат чувствителните проводници и междуслоеви връзки далеч от зони с високо напрежение, както е определено в насоките на IPC-2223.

Предимства в тегло, пространство и надеждност

Намаляване на теглото и пространството са сред основните ползи от използването на дизайн с твърдо-гъвкави платки. При приложения, чувствителни към тегло, като сателити, имплантируеми медицински устройства или носими уреди, всеки грам има значение. Като се премахне нуждата от традиционни кабели, тежки съединители и поддържащи компоненти, комбинирани твърдо-еластични структури предоставят компактни, чисти и здрави електронни платформи.

Списък: Предимства за надеждността и спестяванията

• По-малко етапи при сглобяването: Опростен производствен процес, тъй като множество твърди платки, гъвкави съединители и конектори се обединяват в един печатен сглобен модул.
• По-ниски разходи за сглобяване: По-малко операции по свързване/окабеляване, намалена проверка и по-малко трудови усилия означават по-ниска обща системна цена.
• Удължен живот: Липсата на движещи се или триещи контактни точки води до електроника, която запазва цялостността си през целия жизнен цикъл на продукта.

Нови приложения: Надеждни миниатюрни потребителски стоки

The Интернет на нещата (IoT) , преносими устройства за фитнес, смарт часовници от следващо поколение и преносими медицински монитори изискват електроника, която е лек , миниатюризирана и способна да издържа многократно огъване. В тези сценарии технологиите за гъвкави и комбинирани гъвкави-твърди вериги намират експониално разпространение.

Обобщаваща таблица: Основни предимства и целеви индустрии

Уникалната конструкция и подбор на материали при твърдо-еластичните платки, комбинирани с продумно проектиране на слоевете и монтажа, позволяват на електронните сглобки да издържат на най-тежките среди и най-дълги срокове на експлоатация — често със значително намаляване както на размера, така и на сложността.

Кога да използваме предпазни мерки по време на проектирането на pcb за гъвкави и твърди вериги?

Решението за прилагане твърдо-гъвкава ПЛС технология често се диктува от специфични механични, електрически или надеждностни изисквания, които надхвърлят възможностите на чисто гъвкава PCB или традиционна твърда платка. Знанието кога да се приложат препоръки за проектиране на твърдо-гъвкави платки може да означава разликата между постигане на целите за производителност, производимост и разходи.

Най-добри сценарии за приложение

Нека разгледаме някои идеални ситуации, в които твърдо-гъвкави печатни платки предоставят ясни предимства:

• Елиминиране на свързващи елементи и кабели: Когато продуктите трябва да предават сигнали между множество твърди PCB, всеки конектор и кабел добавя точки на повреда и трудозатрати при сглобяването. Твърдо-гъвкави схеми интегрират тези връзки, използвайки гъвкави полиимидни секции, намалявайки както физическите, така и електрическите уязвимости.
• Конструкции с ограничено пространство: В носими устройства, миниатюрни сензори, имплантируеми медицински апарати или компактна авиационна електроника просто няма място за традиционни кабели или прекомерно разстояние между платките. Rigid-flex структурите позволяват креативно триизмерно опаковане — платките могат да бъдат монтирани сгънати или наслоени, за да се поберат в сложни корпуси.
• Среди с висока вибрация или удар: Военната техника, БПЛА, автомобилната промишленост и системите за промишлен контрол печелят от премахването на съединители, които могат да се разхлабят от вибрации, да се повредят или да получат пукнатини в лека спойка.
• Оправдание на разходите: Ако конструкцията ви иначе изисква няколко твърди PCB, свързани чрез гъвкави кабели и съединители, разходите за тези допълнителни компоненти, труд и постоянни проблеми с надеждността често надвишават надценката за решение с rigid-flex — особено при оценка на общите разходи през целия жизнен цикъл.

Примерни приложения:

• Дронове и авионасни камерни модули
• Пейсмейкъри, системи за доставяне на лекарства, медицинска визуализация
• Смарт часовници, фитнес гривни, гъвкави телефони, очила за разширена реалност (AR)
• Високопроизводителна промишлена изпитвателна апаратура

Как гъвкаво-твърдите вериги осигуряват иновации

Технологията на гъвкаво-твърди вериги не се ограничава само до вграждане в тесни пространства или оцеляване при тежки условия. Като премахва традиционните ограничения във физическото проектиране, инженерите могат:

• Да насочват високочестотни сигнали през множество равнини без прекъсване на импеданса.
• Да изолират чувствителни аналогови или RF секции в гъвкавата област, минимизирайки ЕМИ.
• Да сглобяват цялостни устройства с множество платки като единични модули — което значително опростява интеграцията и тестването на крайния продукт.

Компромиси в разходи и производство

Е важно да се преценят твърдо-гъвкава ПЛС предимства спрямо първоначални и текущи разходи:

• Платките с комбинирана структура обикновено струват 2–3 пъти повече на единица в сравнение с просто гъвкаво веригово устройство или твърда PCB платка с усилване, предимно поради сложните слоести структури и производството в няколко етапа.
• Въпреки това, тези разходи се компенсират от по-малко стъпки при монтажа, по-ниски проценти на отказване и намален брой върнати продукти от полето —особено за високостойностни или критични по отношение на задачите устройства.

Разбиране на огъваемостта при гъвкави и комбинирани твърдо-гъвкави PCB платки

Една от отличителните характеристики на flex PCB oR комбинирана твърдо-гъвкава верига е способността му да се огъва и да се приспособява към тримерни форми и движения, необходими от съвременните електронни проекти. Въпреки това, постигането на надеждна производителност при огъване изисква внимателно внимание към механични, материали и компоновъчни детайли. Разликата между проект, който издържа милиони цикли на огъване, и един, който се проваля след няколкостотин, често се крие в разбирането и прилагането на основни flex PCB bendability правила.

Статичен срещу Динамичен Flex PCB Дизайн

Гъвкавите вериги подлежат на едно от двата вида статичен oR динамично огъване :

• Статичен Flex: Плочата се огъва само веднъж или няколко пъти по време на сглобяване или инсталиране и остава неподвижна за целия ѝ живот (напр. модул на сензор за камера, сгънат в позиция).
• Динамичен Flex: Веригата се огъва многократно по време на нормална употреба (напр. шарнирни секции в преносни телефони, носими фитнес ленти или роботика).

Ключово наблюдение: Динамичните гъвкави вериги трябва да се проектират много по-консервативно, с по-голям радиус на огъване и по-здрави материали и методи за трасиране, за да се избегне умората на медта и пукането на проводниците.

Радиус на огъване и коефициент на огъване

Най-важният параметър за надеждността при огъване е радиус на извив —минималният радиус, с който може да бъде извит гъвкавата част, без риск от механични или електрически повреди.

Общи насоки за минимален радиус на огъване:

Съвети за дизайн на огъваеми области

1. Избягвайте рязко огъване

• Използвайте широки, плавни извивки — никога огъвания от 90°. Кривите проводници разпределят механичното напрежение и предотвратяват локално повреждане.

2. Ориентирайте проводниците по оста на огъване

• Проводниците (следи) трябва да минават успоредно на посоката на огъване —никога перпендикулярно. Това подравнява механичната и медната зърнестост за най-добра гъвкавост.

3. Поставяйте следите в неутралната ос

• Ключов термин: неутрална ос на огъване —геометричният център на огъваемия участък, където натискът и опънът са минимизирани. Проводниците с висока чувствителност трябва да се насочват възможно най-близо до тази ос.

4. Дебелина на медта и решетъчно структуриране

• Използвайте най-тънка мед (често 0,5 унции или по-малко), необходима за вашите нужди по пренос на ток; по-тънка мед може да издържи повече цикли на огъване.
• Решетъчно структурирано медно покритие в областите на огъване, за допълнително повишаване на гъвкавостта и намаляване на напрежението (вместо еднородни покрития, които могат да се напукат).
• За екраниране от ЕМИ използвайте решетъчно структурирана заземена равнина за да се осигури огъваемост при запазване на целостта на сигнала.

5. Изрязвания, релефи и процепи

• Когато е възможно, добавете изрязвания или отвори за релеф в гъвкавата част, за да се премахне ненужен материал и да се осигури по-лесно и по-контролирано огъване.
• Това е от решаващо значение в широките зони за огъване, за да се минимизира „I-образното засилване“ (преувеличено стегване) и да се разпредели напрежението от огъването.

Дебелина, мед и околните условия

• Изберете валцовано отжиган мед спрямо електроосаждана (ED) месингова жица за максимална дуктилност и устойчивост на умора — от съществено значение за динамични гъвкави приложения.
• Минимизирам обща дебелина на гъвкавата част чрез внимателно проектиране на слоевете: избягвайте излишни адхезиви или дебели покривни слоеве, освен ако не са необходими за изолация.
• Предвиждайте външни натоварвания: среди с висока температура, висока влажност или химически агресивни изискват здрави, устойчиви на химикали материали.

Пример: Таблица за огъваемост на гъвкави вериги

Избор на материали за гъвкави и комбинирани гъвкаво-твърди PCB

Материалите, избрани за вашия flex PCB oR ригидно-флекс дъска влияят директно върху огъваемостта, надеждността, дълготрайността, разходите и дори възможността за производство. Разбирането на свойствата на основните материали, адхезивите, усилващите елементи и покритията е съществено за прилагането на най-ефективните ръководства за проектиране на ригидно-флекс ПП и спазване на стандарти като IPC-4202, IPC-4203 и IPC-4204.

Често използвани материали за флекс ПП и тяхната роля

1. Диелектрик и защитен слой (Coverlay)

• Полиимидна фолиа: Основният материал в индустрията на гъвкавите печатни платки, полиимидът предлага изключителна гъвкавост, термична стабилност и химическа устойчивост. Полиимидите от висок клас, използвани в гъвкави вериги, имат диелектрична константа (Dk) в диапазона от ~2,5 до 3,2 при 10 GHz , което позволява надежден дизайн с контролиран импеданс за високочестотни сигнали.
• Ковърлей: Слой въз основа на полиимид, ламиниран върху горната и долната страна на гъвкавата платка, който осигурява изолация, механична защита и разтоварване на натоварванията в точките на огъване.
  • Забележка : Дебелината на ковърлея и равномерността на адхезива са от решаващо значение както за издържане на многократно огъване, така и за осигуряване на изолация между медта и околната среда.

2. Проводници: Избор на медна фолиа

• Валцувана отжигана мед: Златният стандарт за динамични гъвкави платки – този тип мед е механически дуктилен, устойчив на пукания и идеален за приложения с висока гъвкавост или динамични приложения.
• Електроосаждана (ED) медь: Подходяща за статични гъвкави платки или области с малко огъване – по-ниска цена, но по-малка устойчивост към многократно огъване.
• Тегло на медта: Повечето гъвкави конструкции използват 0,5 oz или 1 oz мед. По-тънък мед увеличава огъваемостта, но трябва да бъде балансиран с нуждите за пренос на ток.

3. Бондпли и адхезиви

• Акрелов адхезив: Гъвкав и рентабилен за обща употреба; подходящ за повечето потребителски или стандартни електронни устройства.
• Епокси адхезив: Предлага по-добра производителност при висока темперация и устойчивост към влага; предпочитан за аерокосмически или високонадеждни сглобявания.
• Адхезиви чувствителни на налягане (PSA): Полезни за закрепване на гъвкави вериги към метал, пластмаса или композитни кутии, където може да се наложи преработка или преимуществено позициониране.
• Термоорсетващи адхезивни филми: Осигуряват постоянно, затопленo свързване в критични структури.

4. FCCL (Гъвкава медна фолиева ламинатна плоча)

• Този ламинат се състои от полиимидна фолиа, покрита с медно фолио — образува основните слоеве на всички гъвкави платки. FCCL се произвежда както в адхезивни, така и в безадхезивни формати, като безадхезивният вариант предлага по-добри електрически и екологични свойства, по-малко абсорбиране на влага и по-висока температурна устойчивост.

Адхезивни срещу безадхезивни гъвкави конструкции

Най-добри практики:

За проекти с висока надеждност и динамични огъвания, конструкции без лепило са приети като златен стандарт.

Усилватели и повърхностни покрития

• Материали за усилватели:  
  • Каптон усилвател: Използва се при ZIF (нулево ниво на вмъкване) конектори или където гъвкавите части нуждаят от локално заздравяване.
  • FR-4 Усилвател: Поставя се под твърди зони за монтиране или конектори, за да се предотврати огъването/напрежението.
  • Метален усилвател (напр. неръждаема стомана, алуминий): Използва се в области за монтиране с висок удар и висока якост.
• Повърхностни обработки:  
  • ENIG (Безтоконо никелиране и имерсионно злато): Често срещан при контролирано импедансно или високонадеждни контакти.
  • OSP, HASL, Сребро, Калай: Избрани въз основа на процеса на сглобяване и изискванията за производителност.

Бърза справка за материали (със стандарти IPC)

Избор на подходящата структура от материали: неща за запомняне

• Използвайте полиимида и валцовано отпушен мед за всеки гъвкав контур, очакващ над десетки хиляди цикъла на огъване (напр. динамична гъвкавост при носими устройства или аерокосмическа техника).
• За високочестотни сигнали, потвърдете диелектрична постоянна на вашия покривен слой и основен материал — от съществено значение за приложения под 10 GHz.
• Винаги консултирайте се с вашия производител на гъвкави платки навреме — вариантите за материали могат да увеличат разходите, да причинят забавяния или дори да ограничат проектната свобода, в зависимост от местното предлагане и техните процесни сертификации.

Най-добри практики за компоновка и трасиране на гъвкави и комбинирани твърдо-гъвкави PCB

Компоновката и трасирането на flex PCB oR комбинирана твърдо-гъвкава верига е нещо повече от просто свързване на точките — тук механичното и електрическото проектиране се сливат напълно. Правилният избор при компоновката е от решаващо значение за максимизиране на живота при огъване, минимизиране на повреди в експлоатация (като пукане на преходни отвори или „I-образно деформиране“), както и за осигуряване на възможност за производство и добив. По-долу са изброени основни правила и експертни съвети, които ще ви помогнат да приложите най-добрите ръководства за проектиране на ригидно-флекс ПП в следващия ви проект.

Общи правила за компоновка

• Използвайте достатъчно голям радиус на огъване: Набор големи радиуси на огъване във всички гъвкави области, което рязко намалява умората на проводника и риска от пукване на проводника. Винаги следвайте препоръчания радиус на огъване/отношение на огъване от IPC-2223 за вашия слой (виж предишния раздел).
• Предпочитайте извити проводници пред ъглови: Проводниците трябва да бъдат изведени гладко и под прав ъгъл спрямо линиите на огъване. Избягвайте рязки ъгли (90° и 45°), които концентрират механично напрежение и могат да доведат до счупване.
• Ориентация на проводника: Насочете всички проводници по дължината на огъването (паралелно към посоката на огъване). Проводници под прав ъгъл имат много по-голяма вероятност да се счупят при повтарящо се огъване.
• Минимизиране на пресичането на проводници в областта на огъване: Не поставяйте множество проводници директно срещу друг на съседни слоеве, за да се избегне I-образване —механизъм на повреда, при който противоположните проводници създават зона, която е твърда и подложна на пукване.

Мултилайерна гъвкава платка: Разширени насоки

При използване на многослойни гъвкави PCBs е необходимо по-голямо внимание при трасирането:

• Стъпаловидно подредени трасета: Разместете проводниците между слоевете, за да разпределяте напрежението далеч от определени точки.
• Защита срещу скъсване и постепенни преходи: При преходите между твърдите и гъвкавите области добавяйте структури „защита срещу скъсване“ — дебели трасета или форми от месинг, които се закотвят към ръба на прехода. Намалявайте медта постепенно от широка към тясна, вместо да използвате рязко стъпаловидни промени.
• Забранени зони за елементи: Не поставяйте виаси, контактни площи или компоненти в активните огъваеми области. Това минимизира риска от пукане на виасите и отделяне на трасетата.
• Минимално разстояние от свредел до мед: Поддържайте поне 8 mil (0,2 mm) разстояние от свредел до мед през целия дизайн—особено важно за пръстите на ZIF конектори или ръбови монтажни елементи.

Бутон (Само Пад) срещу Панелно Галванизиране—Компромиси

Най-добри практики: За динамични области с високо огъване, метализиране само на площадки (бутон) осигурява по-дълъг живот на огъване; за статични или твърдо монтирани области, метализиране на панела може да осигури по-здрави връзки.

Конструкция на преходни отвори: Надеждност при всеки преход

• Използвайте сълзовидни форми при площадки и преходни отвори: Сълзовидни площадки (закръгления) в основата на връзките между преходни отвори и площадки разпределят напрежението, намалявайки риска от пукане на медта в края на свределния отвор.
• Минимален пръстеновиден контур: Запазете поне 8 мили минимален пръстен на отвора за всички преходни отвори и контактни площи, за предотвратяване на прекъснати вериги и подобряване на добива при производство.
• Поставяйте преходни отвори на разстояние от ръбовете на усилващите елементи: Избягвайте поставянето на преходни отвори в зони на преход от твърдо към гъвкаво или близо до ръбовете на усилващите елементи, за да се минимизира концентрацията на напрежение и възникването на пукнатини поради „краен ефект“.
• Разстояние между преходни отвори и от отвор до мед: Осигурете достатъчно разстояние, за да се предотвратят електрически къси съединения и да се отчетат производствени допуски, според насоките на IPC.

Таблица с обобщение на трасирането

Съвети за проектиране и трасиране

• Сътрудничество между ЕСАD и МСАD: Използвайте дефиниции на слоеве и инструменти за визуализация на извити области в софтуера си за PCB CAD (напр. Cadence OrCAD X или Altium), за да прилагате правила за недопустими зони, правила за контактни площи и насоки за преходи.
• Преглед на DFM: Винаги поискайте проверка DFM от производителя на гъвкавите PCB, за да се отстранят грешки в разположението преди производство — много от тях използват собствени анализни инструменти и могат да посочат проблеми като недостатъчно разстояние, неподдържани падове и неправилно покритие с усилващи елементи.
• Решетъчни площи: Заменете масивните медни наливки с решетъчни запълвания в гъвкавите области, за да запазите екраниране от ЕМИ, без да жертвата гъвкавостта.

Проектиране на структура от слоеве за надеждни комбинирани твърди-гъвкави PCB

Една добре проектирана гъвкава PCB структура е основата на надежден ригидно-флекс дъска , което съчетава механична гъвкавост с електрически параметри. Изборът на подходящ брой слоеве, дебелина и материали помага за оптимизиране на огъваемостта, цялостността на сигнала, ЕМИ екранирането и възможностите за производство. В този раздел се разглежда как да се проектира ефективна структура, съобразена с механичните и електрическите изисквания на вашия продукт.

Аспекти при проектирането: статична и динамична употреба

Статични гъвкави структури: Предназначени за платки, които се огъват веднъж или няколко пъти (напр. фиксирани прекъсвания в корпуси). Те могат да поемат по-плътно подреждане на слоевете (до 8+ слоя) и умерен радиус на огъване, тъй като механичното натоварване е ограничено след монтажа.

Динамични гъвкави структури: За гъвкави вериги, които подлежат на повтарящо се циклично огъване (стотици хиляди или милиони цикли), тези проекти изискват:

• • По-малък брой слоеве (обикновено 1-2 слоя, за намаляване на напреженията).
  • По-големи радиуси на огъване (напр. >100× дебелина на гъвкавия слой).
  • Използване на валцовано отмекчена мед.
  • Тънки диелектрични слоеве с високотемпературни полиимидни филми (високо Tg).

Четен брой слоеве и симетрично подреждане

Слоеве с четен номер и симетрично разположение минимизират изкривяването и механичното напрежение. Правилно балансирани вътрешни слоеве помагат за запазване на:

• Механична стабилност: Предотвратява усукване по време на производството или при огъване на терен.
• Електрическа производителност: Балансиран импеданс и намален кросскок между проводниците.

Специални техники при изработване на слоестата структура

Техника на книжно подвързване: Използва се при гъвкави печатни платки с голям брой слоеве, за да се сглобят няколко гъвкави слоя чрез ламиниране на две или повече гъвкави вериги една до друга, разделени със специален залепващ слой. Този метод увеличава механичната якост, без да жертва гъвкавостта.

Конструкция с въздушна междина: Включва контролирани въздушни междини между гъвкавите слоеве или между гъвкавите и твърдите секции, за да се намали диелектричната константа и загубите, подобрявайки предаването на сигнали с висока честота и контрола на импеданса.

Съображения за цялостност на сигнала и екраниране от ЕМП/РМП

• За поддържане на контролиран импеданс в гъвкавите пътища проектът на структурата трябва внимателно да контролира дебелината на диелектрика, теглото на медната фолиа и диелектричната константа (Dk) на материала.
• Заземяващите и захранващите площи трябва да използват решетъчно запълване с мед за осигуряване на екраниране от ЕМП/РМП, без да се компрометира гъвкавостта.
• Екраниращите слоеве, разположени близо до високочестотните проводници, намаляват шума в сигнала, което е от решаващо значение за приложения в аерокосмическата промишленост, медицината и телекомуникациите.

Техники за макети и проектиращи инструменти

Физически макети: Хартиени или майларови прототипи помагат за визуализацията на зоните за огъване и механичното прилягане преди производството.

Интеграция ECAD/МCAD: Използвайте инструменти като Cadence OrCAD, Altium или Siemens NX, за да симулирате зони на слоене, радиуси на огъване и механични напрежения.

Инструменти за слоене: Много производители на PCB предлагат онлайн инструменти за избор на структура и материали, които помагат при изчисленията за импеданс и проверките за съвместимост на материали още в ранните етапи на проектирането.

Примерна структура за 4-слойна статична гъвкава секция

Баланс между гъвкавите и твърди зони

• Гъвкави слоеве обикновено разширение чрез твърди платки в преходната зона.
• За подобряване на надеждността, твърдите области трябва да бъдат поставени от двете страни на гъвкавите ядра, като се избягва използването на гъвкави слоеве като външни, за предпазване от скъсване.
• Използвайте закръглени ъгли (фаски) на контурите на твърдо-гъвкавите платки, за намаляване на концентрацията на напрежение и подобряване на добива при производство.

Следване на стандарти за проектиране, производство и тестване по IPC

Спазването на индустриални стандарти е от решаващо значение за осигуряване, че вашата твърдо-гъвкава ПЛС отговаря на изискванията за качество, надеждност и възможност за производство. Стандартите IPC служат като основа за последователни практики в проектирането, изработването, инспекцията и монтажа в електронната индустрия. По-долу посочваме ключови стандарти IPC, които да насочят вашия проект за твърдо-гъвкава PCB от концепцията до производството.

Ключови стандарти IPC за проектиране на твърдо-гъвкави PCB

Как тези стандарти повлияват дизайна на гъвкаво-стифни платки

Контрол на радиуса на огъване и механичното напрежение: IPC-2223 дефинира насоки за минимален радиус на огъване въз основа на броя на гъвкавите слоеве и дебелината на структурата, което е от съществено значение за предотвратяване на умора на проводниците и пукане на преходните отвори.

Правила за дизайн на преходните зони: IPC-2223 и IPC-6013 подчертават забранени зони около преходите от гъвкаво към стифно — без контактни площи, преходни отвори или проводници твърде близо до ръбовете, за да се минимизира разслояването или скъсването.

Спецификации за ламинати и лепила: Изборът на материали, съответстващи на IPC, осигурява работоспособност при продължителни термични цикли, натоварвания от огъване и влажност, като IPC-FC-234 дава насоки за използването на лепила.

Инспекция и приемане: Използването на критерии IPC-600 и IPC-610 позволява на производителите и монтажните фирми да класифицират неперфектности подходящо, като задават нива на толеранция, адаптирани към изискванията за гъвкави вериги.

Ръководство за монтаж: Според IPC-A-610 и J-STD-001, монтажът в твърдо-гъвкави PCB изисква стриктни техники за леане и контрол на влагата (предварително изпичане), особено с оглед чувствителността на полиимид към влага.

Контрол на качеството и тестове

IPC стандартите също предписват:

• Тестване за цялостност на виите и залепване на проводници оптични, рентгенови и микросекционни тестове за виите.
• Процеси с ниско съдържание на влага при предварително изпичане за монтаж на гъвкави вериги, за да се предотврати ефектът „попкорн“ по време на префузия.
• Тестване при околната напрегнатост: термично циклиране, вибрация и квалификация за продължителност на огъване.

Резюме: Стандарти IPC и тяхната роля в проекти за гъвкави/твърдогъвкави PCB

Фактори, влияещи върху разходите и времето за изпълнение

Проектиране и производство гибки печатни платки и ригидно-гъвкави PCB (Rigid-flex PCB) включва сложни променливи, които директно влияят на разходите и времето за изпълнение. Разбирането на тези драйвери позволява на инженерите и мениджърите на продукти да оптимизират дизайни за по-бързо и по-икономично производство, без да компрометират качеството или надеждността.

Основни драйвери на разходи в дизайна на гъвкави и комбинирани гъвкаво-твърди PCB

Чести причини за забавяне на времето за изпълнение

Неподходящи изисквания за огъване Посочването на радиуси на огъване, по-малки от възможностите за производство или препоръките на IPC, води до необходимост от преизработване и закъснения.

Непълни или неоднозначни данни за дизайн Липсващи ключови документи, като спецификации за преход от гъвкаво към твърдо, детайли за ZIF конектори, дефиниции за слоеве или разстояния между дълбоки дупки и меден проводник, водят до многократни въпроси в инженерния екип и закъснения.

Проблеми, свързани с дизайн Примери включват неправилно насочване на проводници в извивки, грешки при разполагане на виите или прекомерни медни площи в гъвкави зони, които са отбелязани от инструми DFM след подаване.

Неясни инструкции за монтаж Монтажът на гъвкави платки изисква предварително изпичане/контрол на влагата, правилно използване на усилватели и насоки за фиксиращи приспособления. Липсата на тези детайли може да доведе до объркване на монтажника и загуба на време.

Професионален съвет: Предоставяне на пълно чертеж за производство и всеобхватни спецификации , комбинирано с ранна DFM консултация от производителя на вашите гъвкави PCB, значително съкращава времето за производство и намалява скъпите преустройки.

Балансиране на разходите и качеството

Когато оптимизирате разходите с оглед на времето за изпълнение, имайте предвид, че:

• Поръчване бързи прототипи могат да увеличат разходите по единица, но ускоряват циклите на разработване на продукта.
• Консолидирането на дизайнерските итерации, за да се намалят промените след началото на производството, спестява значителни разходи.
• Инвестиране в пълно решение за производство с един доставчик — който поема както производството, така и монтажа — минимизира забавянията в комуникацията и рисковете за качеството.
• Ранното включване на производители като Sierra Circuits , които предлагат онлайн инструменти за оферти и поддръжка при проектиране за производство (DFM), опростява точността на цената и водещото време.

Справочна таблица: Аспекти на дизайна срещу въздействие върху разходите и времето за изпълнение

Как да изберете подходящия производител на гъвкави и комбинирани твърди-гъвкави PCB

Сътрудничеството с правилния flex PCB oR производител на комбинирани твърди-гъвкави PCB е от решаващо значение, за да се гарантира, че сложните ви проекти ще бъдат реализирани като продукти с високо качество и надеждност, доставени навреме. За разлика от стандартните твърди платки, гъвкавите и комбинираните твърди-гъвкави вериги изискват специализирано производство, прецизно обработване на материали и строг контрол на качеството, за да отговарят на изискванията по отношение на електрическите и механични параметри.

Основни квалификации на производителя, които трябва да се имат предвид

Опит и производствени възможности

• • Проверена репутация с еластични печатни платки и производство на комбинирани еластични/твърди платки , особено за динамични огъвания и многослойни високоплътностни гъвкави конструкции.
  • Наличност на бързо производство на прототипни PCB за ускоряване на циклите на развитие.
  • Опит с сложни слоеви структури , конструкции без лепило и гъвкави платки с голям брой слоеве.
  • Възможност за производство комплектни сглобки , включително предварително изсушаване от влага, фиксиране по време на обработка и запояване на компоненти според IPC-A-610 и J-STD-001.

Материали и технологии

• • Достъп до премиум полиимидни филми , ролково отжичени медни фолиа , както и напреднала FCCL ламинати .
  • Експертност както в еластични конструкции със залепващо вещество, така и без него еластични конструкции.
  • Напреднали опции за обработка на повърхности (ENIG, OSP и др.) и избор на подходящи усилващи елементи (Kapton, FR-4, метал).

Поддръжка за проектиране за производство (DFM)

• • Силно инженерно сътрудничество по време на прегледи на проектите, за да се проверят радиусът на огъване, трасирането на проводници, разположението на преходни отвори и структурата на слоевете.
  • Достъп до онлайн оферти и DFM инструменти , което позволява ранно откриване на проблеми в дизайна и точни оценки за водещото време.
  • Предоставяне на подробни чертежи за изработване и контролни списъци за сглобяване персонализирани за гъвкави вериги.

Сертификати и качество assurance

• • Съответствие с ключови стандарти: IPC-2221, IPC-2223, IPC-6013, IPC-600, IPC-A-610, J-STD-001 .
  • ISO 9001 или AS9100 сертификати, сочещи здрави системи за качество.
  • Протоколи за контрол на влагата, като изпичане и работа при регулирана влажност.

Единствен обект, производство под ключ

• • Производствени площи, които обработват както производство на гъвкави PCB, така и монтаж , минимизирайки логистическата сложност и прекъсванията в комуникацията.
  • Възможност за бързо обратно въздействие и бързо отстраняване на проблеми.

Въпроси към потенциален производител на гъвкави PCB

Ползи от ранно включване на производителя

• Препоръки за персонализирана структура на слоевете използвайки тяхната библиотека от материали и експертиза по процесите.
• По-добър намаляване на риска чрез идентифициране на възможностите за производство преди изработването на инструментите.
• Оптимизиран разходи и времетраене чрез обосновани компромиси.
• По-голяма вероятност за успешно производство от един център , от прототип до масово производство.

Примерно изследване: Подходът на Sierra Circuits

Sierra Circuits е пример за най-добрите практики в индустрията и предлага:

• Пълно вътрешно производство на гъвкави и комбинирани твърди-гъвкави PCB възли и сглобяване.
• Известни консултации по DFM преди производството.
• Напреднали инструми за онлайн оферти и избор на материали.
• Производствени процеси съобразени с IPC и управление на влагата.
• Бързо прототипиране с доказани показатели за спазване на сроковете за доставка.

Финален контролен списък: Избор на производител за гъвкави/ригидно-гъвкави PCB

• Доказан опит в производството на динамично гъвкави и многослойни ригидно-гъвкави PCB
• Напреднали запаси от материали, включително опции от полиимид и FCCL
• Комплексни DFM и консултации по проектиране
• Сертификации по ISO и IPC и прозрачна система за управление на качеството
• Възможности за цялостно производство и монтаж на едно място
• Доказано постигане на кратки срокове за бързи прототипи
• Прозрачни, детайлни цени и опции за мащабиране според обема

Основни изводи и най-добри практики

Проектиране и производство ригидно-гъвкави PCB (Rigid-flex PCB) е сложен процес, изискващ холистичен подход — от интелигентен подбор на материали и проектиране на слоевете до прецизно разположение на компонентите и надеждни партньорства за производство. По-долу е даден кратък обобщен преглед на ключови аспекти и най-добри практики, базирани на стандарти в индустрията и практически опит, които да ви помогнат при следващата високоефективна гъвкава платка.

Резюме на основните точки

• Разберете нуждите на приложението: Определете дали вашият дизайн изисква статичен или динамичен огъв . Динамичният огъв изисква значително по-големи радиуси на огъване и по-здрави медни и материали.
• Спазвайте IPC стандарти: Следвате IPC-2221, IPC-2223, IPC-6013, IPC-600, IPC-A-610 и J-STD-001 за да се гарантира, че проектирането, производството и монтажът отговарят на строгите изисквания в индустрията.
• Оптимизиране на радиуса на огъване и съотношението на огъване: Използвайте препоръчаните минимални радиуси на огъване въз основа на броя на слоевете и дебелината на гъвкавия материал, за да се избегне преждевременно повреждане.
• Материалът има значение: Изберете материали като диелектрик от полиимид, валцовано отжиган мед, FCCL без лепило , и подходящи усилващи елементи за работната среда на вашето приложение.
• Планировка и трасиране: Трасирайте проводници успоредно на огъванията с плавни криви, разместете проводниците в многослоен вариант, използвайте достатъчно широки пръстени, контактни площи с форма на сълза и поддържайте минимални разстояния между дупки и мед.
• Конструкция на слоевете: Прилагайте симетрични, равномерни многослоеви структури, специални техники като книжно свързване или слоеве с въздушни междини и предпазвайте гъвкавите слоеве с подходящи защитни покрития.
• Включете опитни производители още в началото: Сътрудничете с производител на гъвкави платки опитни в комплексно и бързо производство, предлагат поддръжка при проектирането и спазват стандарти IPC.
• Управление на разходите и цикъла: Пълни, подробни производствени чертежи и ранна DFM консултация намаляват превишенията на разходите и производствените закъснения.

Контролен списък с най-добри практики

Препоръчителни ресурси и инструменти

• Изтеглете приложението за Ръководство за проектиране за производимост от проверени доставчици като Sierra Circuits.
• Използвайте онлайн инструменти за избор на структура и материали за прецизно настройване на импеданса и механичните характеристики.
• Използвайте софтуер за PCB CAD с мултизонова структура и визуализация на огъване способности.

ЗАВЪРШНАЩА МЪЛЧЕНИЕ

Проектиране на гъвкаво-твърди PCB съчетава електрическа прецизност с механични изисквания — осигурява баланс между многослойни структури, внимателен подбор на материали и прецизна трасировка, за да създаде надеждни решения за най-изискващите индустрии. С осмислено прилагане на стандарти, сътрудничество с опитни производители и спазване на доказани правила за проектиране, следващата ви гъвкава или комбинирана твърдо-гъвкава PCB платка ще се отличава с висока издръжливост, производителност и технологичност.