Co byste měli zvážit při návrhu tuhého ohebného obvodu desky plošných spojů?

Úvod: Proč používat Rigid-Flex tištěné spoje?

Rigid-Flex PCB technologie kombinuje výhody tradičních tuhých desek (běžně vyráběných z FR-4 nebo podobných materiálů) a pružnost flexibilní obvody —často vytvořené na vysoce kvalitních polyimidových podložkách. Toto hybridní řešení umožňuje konstruktérům vytvářet komplexní propojení, snižovat hmotnost a zlepšovat celkovou spolehlivost a výrobní realizovatelnost elektronických produktů, zejména v prostředích s vysokou hustotou, silným otřesem a omezeným prostorem.

Tuhé vs. Flexibilní vs. Rigid-Flex: Hlavní rozdíly

Rigid-flex desky jsou obzvláště výhodné v aplikacích, kde musí elektronické sestavy odolávat opakovanému ohýbání, vibracím, nárazům nebo teplotním cyklům. Běžná prostředí zahrnují leteckou elektroniku , lékařské přístroje , vojenské vybavení , odolná nositelná zařízení a rychle rostoucí svět IoT.

Výhody a cíle návrhu technologie Rigid-Flex desek

• Snížená hmotnost a prostor: Odstranění objemných konektorů a kabelových svazků zjednodušuje elektronické zapouzdření, čímž se zařízení stávají lehčími a menšími.
• Zlepšená spolehlivost: Díky menšímu počtu pájených spojů a připojení každý flexibilní obvod snižuje potenciální body selhání, zejména v místech přechodu mezi flexibilní a tuhou částí.
• Integrace s vysokou hustotou: Montáž komponent s jemným roztečením a vysokohustotní interkonektory (HDI) jsou snadno realizovatelné, což umožňuje pokročilou miniaturizaci.
• Zvýšená odolnost: Vícevrstvé rigid-flex desky odolávají náročným mechanickým a environmentálním podmínkám – včetně silného otřesu, opakovaného ohýbání a extrémních teplot.
• Výrobní efektivita: Kompletní výroba s pevnými směrnicemi DFM (Design for Manufacturability) umožňuje hladkou montáž a nižší celkové náklady na systém.

Problémy eliminované díky návrhu rigid-flex obvodů

Moderní elektronika a zejména kritické zařízení čelí náročné kombinaci požadavků: miniaturizace, snížení hmotnosti, odolnost proti mechanickému nárazu a vibracím a nepřekonatelná spolehlivost. Tradiční tuhé desky plošných spojů samotné často nestačí splnit tyto nároky, zejména v odvětvích jako letecký průmysl, lékařství, vojenský průmysl nebo robustní spotřební výrobky. rigid-Flex PCB se vynořuje jako elegantní řešení mnoha takových problémů díky pokročilým materiálům, promyšlené vrstvené konstrukci a jedinečné hybridní stavbě.

Odolnost v náročném prostředí

Letecký průmysl, obrana, průmysl a lékařská zařízení často pracují za intenzivním mechanickým zatížením: opakované nárazy, vibrace, ohyb, rychlé výkyvy teploty a dokonce expozice agresivním chemikálím nebo vlhkosti. V těchto prostředích mohou tradiční tuhé desky nebo kabelové sestavy trpět prasklými pájenými spoji, poruchami konektorů nebo dočasnými přerušenými obvody způsobenými únavou materiálu při vibracích.

Tuho-pružné obvody minimalizují tato rizika následujícím způsobem:

• Odstranění konektorů a pevně zapojených propojek mezi deskami, čímž se snižuje počet náchylných k selhání spojů.
• Využití pružné polyimidové části které absorbují mechanické napětí, rozvádějí zatížení a zůstávají spolehlivé po stovkách tisíc ohybových cyklů – s výrazně lepším výkonem než pájené vodiče nebo konektory.
• Zajišťují plynulé přechody mezi flexibilními a tuhými částmi které udržují citlivé spoje a přechodové díry mimo oblasti s vysokým mechanickým namáháním, jak je definováno podle pokynů IPC-2223.

Výhody hmotnosti, prostoru a spolehlivosti

Redukce hmotnosti a prostoru patří mezi hlavní výhody použití návrhu tuho-flex desek. V aplikacích citlivých na hmotnost, jako jsou satelity, implantabilní lékařské přístroje nebo nositelné zařízení, má každý gram význam. Zrušením potřeby tradičních kabelů, těžkých konektorů a podpůrného hardware tuho-pružné stack-upy poskytují kompaktní, čisté a robustní elektronické platformy.

Seznam: Spolehlivost a úsporné výhody

• Méně montážních kroků: Zefektivněný výrobní proces, při kterém se více tuhých desek, flexibilních spojů a konektorů sloučí do jedné jednotky desky plošných spojů.
• Nižší náklady na montáž: Méně spojovacích a zapojovacích operací, snížená kontrola a nižší pracnost vedou k nižším celkovým nákladům na systém.
• Vyšší životnost: Žádné pohybující se ani třoucí se stykové body zajišťují, že elektronika zachovává svou integritu po celou dobu životnosti výrobku.

Nové uplatnění: Spolehlivé miniaturizované spotřební zboží

The Internet věcí (IoT) , nositelná fitness zařízení, chytré hodinky nové generace a přenosné lékařské monitory všechny vyžadují elektroniku, která je lehká váha , miniaturizovaná a schopná odolávat opakovanému ohýbání. V těchto případech dochází k masivnímu rozšíření technologií hybridních tuhých a flexibilních obvodů a flexibilních spojů.

Souhrnná tabulka: Klíčové výhody a cílové odvětví

Jedinečná konstrukce a výběr materiálů sklopných desek plošných spojů, kombinované s promyšleným uspořádáním vrstev a layoutem, umožňují, aby elektronické sestavy odolaly extrémním podmínkám a dlouhodobému provozu – často s výrazným snížením velikosti i složitosti.

Kdy použít technologii rigid-flex při návrhu desky plošných spojů?

Rozhodnutí o implementaci rigid-Flex PCB technologie je často určeno konkrétními mechanickými, elektrickými nebo spolehlivostními požadavky, které přesahují možnosti čistě flexibilní desky plošných spojů nebo tradičního tuhého návrhu desky. pokyny pro návrh rigid-flex desek může být rozhodující pro dosažení cílů v oblasti výkonu, výroby a nákladů.

Nejvhodnější aplikační scénáře

Podívejme se na některé ideální situace, kdy desky plošných spojů rigid-flex přinášejí jasné výhody:

• Eliminace konektorů a kabelů: Když musí produkty přenášet signály mezi více tuhými deskami plošných spojů, každý konektor a kabel přidává místa možného selhání a zvyšuje pracnost montáže. Tuho-pružné obvody integrovat tyto spojení pomocí flexibilních polyimidových částí, čímž se snižují jak fyzická, tak elektrická rizika.
• Návrhy s omezeným prostorem: U chytrých hodinek, miniaturizovaných senzorů, implantabilních lékařských přístrojů nebo kompaktní letecké elektroniky prostě není místo pro tradiční kabelování ani nadměrné vzdálenosti mezi deskami. Rigid-flex vrstvení umožňuje kreativní třírozměrné uspořádání – desky lze sestavit složené nebo naskládané tak, aby zapadly do složitých skříní.
• Prostředí s vysokou vibrací nebo rázem: Vojenské systémy, drony (UAV), automobilový průmysl a průmyslová řídicí zařízení profitují z odstranění konektorů, které se mohou uvolnit vibracemi, degradovat nebo trpět lomem pájky.
• Odůvodnění nákladů: Pokud by váš návrh jinak vyžadoval více tuhých desek spojených flexibilními kabely a konektory, náklady na tyto dodatečné součástky, práci i stále se opakující problémy s bezporuchovostí často převyšují prémii za řešení rigid-flex —zejména pokud vezmete v úvahu celkové náklady životního cyklu.

Příklad aplikací:

• Drony a avionické kamerové moduly
• Kardiostimulátory, systémy pro podávání léků, medicínské zobrazování
• Chytré hodinky, fitness náramky, skládací telefony, brýle pro rozšířenou realitu (AR)
• Vysokovýkonná průmyslová zkušební výzbroj

Jak rigid-flex obvody umožňují inovace

Technologie rigid-flex obvodů nejde jen o umístění do omezeného prostoru nebo odolání náročným podmínkám. Odstraněním tradičních fyzikálních návrhových omezení mohou inženýři:

• Směrovat vysokorychlostní signály přes více vrstev bez impedance nespojitosti.
• Izolovat citlivé analogové nebo RF části uvnitř flexibilní oblasti, minimalizující elektromagnetické interference (EMI).
• Sestavovat kompletní zařízení s více deskami jako jediné moduly – což výrazně zjednodušuje integraci a testování konečného produktu.

Náklady a výrobní kompromisy

Je důležité zvážit rigid-Flex PCB výhody oproti počátečním a průběžným nákladům:

• Desky rigid-flex obvykle stojí 2–3krát více za kus než jednoduchý flexibilní obvod nebo tuhá DPS s vyztužením, hlavně kvůli složitým vrstveným strukturám a výrobě v několika fázích.
• Tyto náklady jsou však kompenzovány menším počtem montážních kroků, nižšími mírami poruch a sníženým počtem reklamací na místě —zejména u vysoce hodnotných nebo kritických zařízení.

Porozumění ohebnosti u flexibilních a rigid-flex DPS

Jednou z určujících vlastností flex DPS nebo rigid-flex obvodu je schopnost se ohýbat a přizpůsobovat 3D tvarům a pohybům, které vyžadují moderní elektronické návrhy. Dosáhnutí spolehlivého výkonu při ohybu však vyžaduje pečlivou pozornost k mechanickým, materiálovým a konstrukčním detailům. Rozdíl mezi návrhem, který vydrží miliony ohybových cyklů, a tím, který selže po několika stech cyklech, často spočívá ve správném porozumění a aplikaci základních ohybová pružnost flexibilních desek plošných spojů pravidel.

Statický versus dynamický návrh flexibilních desek plošných spojů

Flexibilní obvody jsou vystaveny buď statický nebo dynamickému ohybu :

• Statický flex: Deska je ohnuta pouze jednou nebo několikrát během montáže nebo instalace a poté zůstává po celou dobu své životnosti v pevné poloze (např. modul snímače kamery složený do určité polohy).
• Dynamický flex: Obvod je během běžného používání opakovaně ohýbán (např. kloubové části sklopných telefonů, pásky fitness náramků nebo robotika).

Hlavní poznatok: Dynamické flexibilní obvody musí být navrženy mnohem konzervativněji, s větším ohybovým poloměrem a robustnějšími materiály a postupy trasování, aby se předešlo únavě mědi a prasknutí stop.

Ohybový poloměr a poměr ohybu

Nejdůležitějším parametrem pro spolehlivost flexibilního spoje je poloměr ohýbání — minimální poloměr, do kterého lze ohnout flexibilní část, aniž by došlo k mechanickému nebo elektrickému poškození.

Obecné pokyny pro minimální ohybový poloměr:

Návrhové tipy pro ohybové oblasti

1. Vyhněte se ostrým ohybům

• Používejte široké, plynulé oblouky – nikdy ohyby pod 90°. Zakřivené spoje rozvádějí mechanické napětí a zabraňují místnímu poškození.

2. Orientace vodičů podél osy ohybu

• Vodiče (dráhy) by měly být rovnoběžné se směrem ohybu – nikdy kolmé. Tím se sladí mechanické namáhání s orientací zrna mědi pro nejlepší pružnost.

3. Umísťujte dráhy do neutrální osy

• Klíčový termín: neutrální ohybová osa —geometrické středisko ohybové části, kde jsou tlakové a tahové síly minimalizovány. Citlivé vodiče vést co nejblíže této ose.

4. Tloušťka mědi a křížové šrafování

• Použijte nejtenčí měď (často 0,5 uncí nebo méně), která je potřebná pro vaše požadavky na vedení proudu; tenčí měď vydrží více ohybových cyklů.
• Křížové šrafování mědi v ohybových oblastech za účelem dalšího zvýšení pružnosti a snížení napětí (namísto plných ploch, které se mohou prasknout).
• Pro odstínění EMI použijte křížově šrafovanou uzemňovací rovinu aby byla zajištěna ohebnost při zachování integrity signálu.

5. Výřezy, odlehčení a drážky

• Kdykoliv je to možné, přidejte výřezy nebo odlehčovací otvory v ohebné části, abyste odstranili zbytečný materiál a umožnili snadnější a lépe kontrolovatelné ohýbání.
• To je zásadní u širokých ohybových oblastí, aby se minimalizoval jev "I-nosníku" (nadměrné ztuhnutí) a rovnoměrněji se rozložily ohybové napětí.

Tloušťka, měď a environmentální faktory

• Vyberte valovaná žíhaná měď namísto elektrolyticky vyloučené (ED) mědi pro maximální tažnost a odolnost proti únavě – klíčové pro dynamické ohebné aplikace.
• Minimalizovat celková tloušťka ohebné části pomocí pečlivého návrhu vrstvení: vyhýbejte se nadměrnému množství lepidel nebo silným izolačním fóliím, pokud nejsou nezbytné pro izolaci.
• Předvídejte vliv prostředí: prostředí s vysokou teplotou, vysokou vlhkostí nebo agresivními chemikáliemi vyžadují odolné materiály odolné vůči chemikáliím.

Příklad: Tabulka ohebnosti flexibilních spojů

Volba materiálů pro flexibilní a rigid-flex desky plošných spojů

Materiály vybrané pro váš flex DPS nebo tuho-pružný desky přímo ovlivňují ohebnost, spolehlivost, životnost, náklady a dokonce i výrobní proveditelnost. Porozumění vlastnostem základních materiálů, lepidel, tuhých vložek a povrchových úprav je nezbytné pro uplatňování nejúčinnějších zásad navrhování tuho-pružných DPS a splnění průmyslových norem, jako jsou IPC-4202, IPC-4203 a IPC-4204.

Běžné materiály pro flexibilní DPS a jejich role

1. Dielektrikum a krycí vrstva

• Polyimidová fólie: Pracovní kůň pružného průmyslu DPS, polyimid nabízí vynikající ohebnost, tepelnou stabilitu a odolnost proti chemikáliím. Polyimidy vyšší třídy používané v flexibilních obvodech mají dielektrickou konstantu (Dk) v rozmezí přibližně 2,5 až 3,2 při 10 GHz , což umožňuje spolehlivý návrh řízené impedance pro vysokorychlostní signály.
• Coverlay: Vrstva na bázi polyimidu laminovaná na horní a dolní stranu flexibilního obvodu, která zajišťuje izolaci, mechanickou ochranu a vyrovnání napětí v místech ohybu.
  • Poznámka : Tloušťka coverlay a rovnoměrnost lepidla jsou klíčové pro odolání opakovanému ohýbání a pro poskytnutí izolace mezi mědí a prostředím.

2. Vodiče: Volba měděné fólie

• Rolled Annealed Copper: Zlatý standard pro dynamické flexibilní obvody, tento typ mědi je mechanicky tažný, odolný proti praskání a ideální pro aplikace s vysokou pružností nebo dynamické aplikace.
• Elektrolyticky vyloučená (ED) měď: U vhodná pro statické flexibilní obvody nebo oblasti s malým ohybem – je levnější, ale méně odolná vůči opakovanému ohýbání.
• Hmotnost mědi: Většina flexibilních návrhů používá měď o hmotnosti 0,5 oz nebo 1 oz. Tenčí měď zvyšuje ohebnost, ale musí být vyvážena s požadavky na vedení proudu.

bondply a lepidla

• Akrylové lepidlo: Univerzální a cenově výhodné pro běžné použití; vhodné pro většinu spotřebních nebo standardních elektronických zařízení.
• Epoxidové lepidlo: Nabízí lepší odolnost proti teplotám a vlhkosti; upřednostňované pro letecký průmysl nebo sestavy vyžadující vysokou spolehlivost.
• Tlakem aktivovaná lepidla (PSA): Užitečná pro připevňování flexibilních obvodů k kovovým, plastovým nebo kompozitním skříním, kde může být potřeba oprava nebo přeuspořádání.
• Termosetové lepicí fólie: Zajistí trvalé spojení vytvrzené teplem ve kritických vícevrstvých strukturách.

4. FCCL (flexibilní měděný laminát s povrstvením)

• Tento laminát se skládá z polyimidové fólie povrstvené měděnou fólií – tvoří základní vrstvy všech flexibilních desek. FCCL se vyrábí jak ve verzi s lepidlem, tak bez lepidla, přičemž verze bez lepidla nabízí lepší elektrické a environmentální vlastnosti, nižší absorpci vlhkosti a vyšší teplotní odolnost.

Konstrukce flexibilních desek s lepidlem vs. bez lepidla

Doporučený postup:

Pro návrhy s vysokou spolehlivostí a dynamickou ohebností konstrukce bez lepidla jsou nyní považovány za zlatý standard.

Zesilovače a povrchové úpravy

• Materiály zesilovačů:  
  • Kaptonový zesilovač: Používá se u konektorů ZIF (zero insertion force) nebo tam, kde jsou flexibilní části potřeba místně zesílit.
  • FR-4 zesilovač: Umisťuje se pod tuhé montážní zóny nebo konektory, aby se zabránilo prohnutí/namáhání.
  • Kovový zesilovač (např. nerezová ocel, hliník): Používá se v oblastech s vysokým otřesem a vysokou pevností upevnění.
• Povrchové úpravy:  
  • ENIG (Elektroless Nickel Immersion Gold): Běžné u řízené impedance nebo vysoce spolehlivých kontaktů.
  • OSP, HASL, Stříbro, Cín: Vybráno na základě montážního procesu a požadavků na výkon.

Rychlý přehled materiálů (s normami IPC)

Výběr správného materiálového uspořádání: Co si pamatovat

• Použití polyimid a válcovaná žíhaná měď pro libovolný flexibilní obvod očekávající více než desítky tisíc ohybových cyklů (např. dynamický oheb v nositelných zařízeních nebo leteckém průmyslu).
• U vysokofrekvenčních signálů ověřte dielektrická konstanta svého potahového materiálu a základního materiálu – kritické pro aplikace pod <10 GHz.
• Vždy se poraďte se svým výrobcem flexibilních DPS již v rané fázi – volba materiálů může přidat náklady, zpoždění nebo dokonce omezit návrhovou svobodu, a to v závislosti na místním dodavatelském řetězci a jejich procesních certifikacích.

Doporučené postupy pro návrh a prokládání flexibilních a tuho-flexibilních DPS

Návrh a prokládání flex DPS nebo rigid-flex obvodu flexibilních a tuho-flexibilních DPS je mnohem více než jen propojování bodů – jedná se o místo, kde se opravdu setkávají strojírenství a elektrotechnika. Správné rozhodnutí o návrhu je klíčové pro maximalizaci životnosti ohybu, minimalizaci poruch v provozu (např. praskání přechodových děr nebo jev „I-nosníku“) a zajištění výrobní realizovatelnosti a výtěžnosti. Níže jsou uvedena základní pravidla a odborné tipy, které vám pomohou aplikovat nejlepší zásad navrhování tuho-pružných DPS do vašeho dalšího projektu.

Obecná pravidla pro návrh

• Používejte dostatečný poloměr ohybu: Sada velké poloměry ohybu ve všech ohebných oblastech, což výrazně snižuje únavu vodičů a riziko zlomení spoje. Vždy dodržujte doporučený poloměr ohybu/poměr ohybu dle IPC-2223 pro vaše vrstvení (viz předchozí část).
• Upřednostňujte zakřivené spoje před úhlovými: Vedete spoje hladce a kolmo přes linky ohybu. Vyhněte se ostrým úhlům (90° a 45°), které soustřeďují mechanické napětí a mohou vést k přerušení.
• Orientace spojů: Vedete všechny spoje podélně podél ohybu (rovnoběžně se směrem ohybu). Vodiče v kolmém směru mají mnohem vyšší pravděpodobnost zlomení při opakovaném ohýbání.
• Minimalizujte křížení spojů v oblasti ohybu: Nekombinujte více spojů přímo proti sobě na sousedních vrstvách, abyste se vyhnuli I-nosníku —mechanismu poruchy, kdy protilehlé vodiče vytvářejí tuhou, náchylnou ke vzniku trhlin zónu.

Vícevrstvé ohebné desky: pokročilé pokyny

Při použití vícevrstvých flexibilních desek plošných spojů je potřeba věnovat větší pozornost trasování:

• Stupňované stopy: Vodivé dráhy na jednotlivých vrstvách posuňte, abyste rozložili mechanické namáhání a snížili zátěž konkrétních míst.
• Ochrany proti trhlinám a zužující se přechody: U přechodů mezi tuhými a flexibilními oblastmi přidejte „ochrany proti trhlinám“ – silné stopy nebo tvary z mědi, které upevní okraj přechodu. Měď zužujte postupně od široké ke smě narrow, nikoli náhlou změnou šířky.
• Zakázané oblasti pro prvky: Do aktivních ohybových oblastí neumisťujte přechodové díry, plošky ani součástky. Tím se minimalizuje riziko prasknutí přechodových děr a odloupnutí stop.
• Vzdálenost vrtání od měděné plochy: Dodržujte minimální vzdálenost 8 mil (0,2 mm) mezi vrtáním a měděnou plochou napříč návrhem – obzvláště důležité pro pružiny konektorů ZIF nebo okrajové připojovací prvky.

Tlačítko (pouze ploška) vs. Plátování panelu – kompromisy

Doporučený postup: Pro dynamické oblasti s vysokou pružností nabízí plátování pouze plošky (button) delší životnost při ohybu; pro statické nebo tuhé montážní oblasti může plátování desky nabízet robustnější spoje.

Návrh přechodových děr: Spolehlivost na každém přechodu

• Použijte kapkovité tvarování u plošek a přechodovek: Kapkovité tvarování plošek (zaoblení) u základny připojení přechodovek rozkládá napětí a snižuje riziko praskání mědi na okraji vrtání.
• Minimální kruhový okraj: Dodržujte minimální kruhový okraj 8 mil pro všechny vývody a plošky, aby se předešlo přerušeným obvodům a zlepšil výrobní výnos.
• Umístění vývodů mimo okraje ztužidel: Vyhněte se umístění vývodů uvnitř nebo v blízkosti přechodů tuhých na flexibilní části a v blízkosti okrajů ztužidel, aby se minimalizovalo soustředění napětí a praskání způsobené „okrajovým efektem“.
• Vzdálenost mezi vývody a mezi vývodem a měděnou plochou: Zajistěte dostatečnou vzdálenost, aby se zabránilo elektrickému zkratu a umožnily výrobní tolerance podle směrnice IPC.

Souhrnná tabulka směrování

Profesionální tipy pro uspořádání a směrování

• Spolupráce ECAD/MCAD: Použijte definice zón vrstvení a nástroje pro vizualizaci ohybových oblastí ve svém softwaru pro návrh desek plošných spojů (např. Cadence OrCAD X nebo Altium), abyste vynutili výřezy, pravidla pro padstacky a pokyny pro přechody.
• Revize pro výrobu (DFM): Vždy požádejte svého výrobce flexibilních DPS o kontrolu DFM, abyste zachytili chyby v návrhu ještě před výrobou – mnozí používají proprietární analytické nástroje a mohou tak identifikovat problémy, jako je nedostatečné roztečení, nepodpírané plošky nebo nesprávné pokrytí tuhými vložkami.
• Mřížové plochy: Nahraďte plné měděné výplně mřížovými výplněmi v flexibilních oblastech, čímž udržíte odstínění EMI, aniž byste obětovali pružnost.

Návrh vrstvení pro spolehlivé tuho-flexibilní DPS

Dobře navržený uspořádání flexibilních vícevrstvých desek plošných spojů je základem spolehlivé tuho-pružný desky , která sladí mechanickou pružnost s elektrickým výkonem. Výběr vhodného počtu vrstev, tloušťky a materiálů pomáhá optimalizovat ohebnost, integritu signálu, odstínění EMI a výrobní náročnost. Tato část vysvětluje, jak navrhnout účinné uspořádání vrstev v souladu s mechanickými a elektrickými požadavky vašeho výrobku.

Zohlednění při návrhu: statické versus dynamické použití

Statické uspořádání flexibilních desek: Určeno pro desky ohnuté jednou nebo několikrát (např. pevné ohyby uvnitř skříní). Mohou tolerovat vyšší počet vrstev (až 8 a více vrstev) a střední ohybový poloměr, protože mechanické namáhání je omezené po montáži.

Dynamické uspořádání flexibilních desek: Pro flexibilní obvody vystavené opakovanému cyklickému ohýbání (stovky tisíc až miliony cyklů) vyžadují tyto návrhy:

• • Nižší počet vrstev (obvykle 1–2 vrstvy, aby se minimalizovaly napětí).
  • Větší ohybové poloměry (např. >100× tloušťka flexibilní desky).
  • Použití válcovaného žíhaného mědi.
  • Tenké dielektrické vrstvy s vysokoteplotními polyimidovými fóliemi.

Sudý počet vrstev a symetrická stavba

Sudý počet vrstev s uspořádáním minimalizuje kroucení a mechanické napětí. Správně vyvážené vnitřní vrstvy pomáhají udržet:

• Mechanická stabilita: Zabraňuje krčení během výroby nebo ohýbání v provozu.
• Elektrický výkon: Vyvážená impedance a snížený přeslech mezi stopami.

Zvláštní techniky ve výrobě stavby vrstev

Technika vazby knih: Používá se u flexibilních tištěných spojů s vysokým počtem vrstev ke spojení více flexibilních vrstev laminací dvou nebo více flexibilních obvodů zadní stranou k sobě, oddělených lepicí vrstvou. Tato metoda zvyšuje mechanickou pevnost, aniž by obětovala pružnost.

Konstrukce s vzduchovou mezerou: Zahrnuje řízené vzduchové mezery mezi flexibilními vrstvami nebo mezi flexibilními a tuhými částmi za účelem snížení dielektrické konstanty a ztrát, což zlepšuje přenos signálu ve vysokých frekvencích a kontrolu impedance.

Hlediska integrity signálu a odstínění EMI/RFI

• Pro údržbu řízená impedance v cestách flexu musí návrh vrstev pečlivě kontrolovat tloušťku dielektrika, hmotnost měděné fólie a dielektrickou konstantu materiálu (Dk).
• Zemnící a napájecí roviny by měly používat mřížkové měděné výplně za účelem dosažení odstínění EMI/RFI bez narušení pružnosti.
• Stínící vrstvy umístěné blízko vysokorychlostních stop vedou ke snížení šumu signálu, což je kritické v leteckém průmyslu, medicíně a telekomunikacích.

Techniky návrhu maket a návrhové nástroje

Fyzické makety: Prototypy z papíru nebo Mylaru pomáhají představit si oblasti ohybu a mechanické usazení dříve, než dojde k výrobě.

Integrace ECAD/MCAD: Používejte nástroje jako Cadence OrCAD, Altium nebo Siemens NX pro simulaci zón vrstvení, ohybových poloměrů a mechanických napětí.

Nástroje pro vrstvení: Mnoho výrobců desek plošných spojů poskytuje online nástroje pro výběr vrstvení a materiálů, které pomáhají s výpočty impedance a kontrolou kompatibility materiálů již v rané fázi návrhu.

Příklad vrstvení pro 4vrstvou statickou flexibilní část

Rovnováha mezi flexibilními a tuhými oblastmi

• Flexibilní vrstvy obvykle pokračují skrz tuhé desky v přechodové zóně.
• Z důvodu zlepšení spolehlivosti by měly být flexibilní jádra umístěna mezi tuhými vrstvami, aby se zabránilo poškození trháním v důsledku použití flexibilních vrstev na povrchu.
• Použití zaoblené rohy (kloubové přechody) na obrysech tuho-flex desek za účelem snížení koncentrace napětí a zlepšení výtěžnosti výroby.

Podle norem IPC pro návrh, výrobu a testování

Dodržování průmyslových norem je klíčové pro zajištění, že vaše rigid-Flex PCB splňuje očekávání týkající se kvality, spolehlivosti a vyrábětelnosti. Normy IPC tvoří základ pro konzistentní postupy při návrhu, výrobě, inspekci a montáži v celém odvětví elektroniky. Níže uvádíme hlavní normy IPC, které vás provedou projektem tuho-flex tištěných spojů od koncepce až po výrobu.

Klíčové normy IPC pro návrh tuho-flex tištěných spojů

Jak tyto normy ovlivňují návrh tuho-flexibilních desek

Ohybový poloměr a řízení mechanického namáhání: IPC-2223 definuje minimální směrnice pro ohybový poloměr na základě počtu flexibilních vrstev a celkové tloušťky uskupení, což je rozhodující pro prevenci únavy vodičů a praskání přechodových kontaktů (vias).

Pravidla pro návrh přechodových zón: IPC-2223 a IPC-6013 zdůrazňují zakázané oblasti okolo přechodů mezi flexibilními a tuhými částmi – žádné plošky, přechodové kontakty ani spoje nesmí být příliš blízko okrajům, aby se minimalizovalo odloupávání nebo lomení.

Specifikace laminátů a lepidel: Výběr materiálů vyhovujících normě IPC zajišťuje provozní výkonnost za prodloužených tepelných cyklů, ohybového namáhání a vlhkosti, přičemž použití lepidel řídí dokument IPC-FC-234.

Kontrola a přejímka: Použití kritérií IPC-600 a IPC-610 umožňuje výrobcům desek plošných spojů a montážním firmám vhodně klasifikovat nedokonalosti a stanovit úrovně tolerance přizpůsobené požadavkům flexibilních obvodů.

Pokyny pro montáž: Podle IPC-A-610 a J-STD-001 vyžaduje montáž tuho-pružných desek písně přísné techniky pájení a kontrolu vlhkosti (předehřev), zejména vzhledem k citlivosti polyimidu na vlhkost.

Kontroly kvality a zkoušky

IPC standardy také předepisují:

• Testování celistvosti přechodových otvorů a přilnavosti stop optické, rentgenové a mikrořezové testy přechodových otvorů.
• Procesy předehřevu s nízkou vlhkostí pro montáž flexibilních obvodů za účelem prevence tzv. „odstřelování“ během pájení v troubě.
• Testování za působení prostředí: tepelné cyklování, vibrace a ověření životnosti ohybem.

Shrnutí: IPC standardy a jejich role v projektech tuho-pružných desek písně

Nákladové faktory a vlivy na dobu dodání

Návrh a výroba flexibilní desky plošných spojů a rigid-flex desky plošných spojů zahrnuje složité proměnné, které přímo ovlivňují náklady a dodací lhůtu. Pochopení těchto faktorů umožňuje inženýrům a produktovým manažerům optimalizovat návrhy pro rychlejší a ekonomičtější výrobu, aniž by byla narušena kvalita nebo spolehlivost.

Hlavní faktory ovlivňující náklady při návrhu flexibilních a rigid-flex desek plošných spojů

Běžné příčiny zpoždění dodací lhůty

Nevhodné požadavky na ohyb Specifikace ohybových poloměrů menších, než umožňují výrobní možnosti nebo doporučení IPC, způsobuje dodatečnou práci a zpoždění.

Neúplná nebo nejasná konstrukční data Chybějící klíčové dokumenty, jako jsou specifikace přechodu z flexibilního na tuhý materiál, detaily konektorů ZIF, definice vrstev nebo vzdálenosti vrtání od měděné plochy, vedou ke komunikaci mezi inženýry a zpožděním.

Problémy související s návrhem Příklady zahrnují nesprávné vedení spojů v ohybech, chyby umístění vodivých přechodů nebo nadměrné měděné plochy v flexibilních oblastech, které nástroje DFM po odeslání označí.

Nejasné pokyny pro montáž Montáž flexibilní desky vyžaduje předehřátí / kontrolu vlhkosti, správné použití tuhých vložek a pokyny k fixaci. Chybějící tyto informace mohou způsobit zmatek u montéra a ztrátu času.

Profílní tip: Poskytování kompletní výrobní výkres a podrobné technické specifikace , spolu s včasnou Konzultací DFM od vašeho výrobce flexibilních desek PCB, výrazně zkracují dodací lhůty a snižují nákladné přepracování.

Vyvážení ceny a kvality

Při optimalizaci nákladů s ohledem na dodací lhůtu si pamatujte, že:

• Objednávání prototypy s rychlou výrobou mohou zvýšit náklady na jednotku, ale urychlují cykly vývoje produktu.
• Konsolidace návrhových iterací za účelem snížení změn po zahájení výroby ušetří významné náklady.
• Investice do kompletní výroba u jediného poskytovatele – který zajišťuje jak výrobu, tak montáž – minimalizuje komunikační prodlevy a rizika kvality.
• Časná spolupráce s výrobci, jako je Sierra Circuits , kteří nabízejí online nástroje pro cenové nabídky a podporu při navrhování pro výrobu (DFM), usnadňuje přesnost odhadu ceny a dodacích lhůt.

Přehledová tabulka: Aspekty návrhu versus dopad na náklady a dobu výroby

Jak vybrat správného výrobce flexibilních a rigid-flex desek plošných spojů

Spolupráce se správným flex DPS nebo výrobcem rigid-flex desek plošných spojů je rozhodující, aby se vaše sofistikované návrhy promítly do vysoce kvalitních, spolehlivých produktů dodaných včas. Na rozdíl od běžných tuhých desek vyžadují flexibilní a rigid-flex obvody specializovanou výrobu, přesnou manipulaci s materiálem a přísnou kontrolu kvality, aby splnily náročné elektrické a mechanické specifikace.

Klíčové kvalifikace výrobce, které je třeba zvážit

Zkušenosti a výrobní kapacita

• • Ověřený rekord v oblasti výroba flexibilních desek plošných spojů a kombinovaných tuhých a flexibilních desek , zejména pro dynamické ohýbání a vícevrstvé návrhy s vysokou hustotou zapojení.
  • Dostupnost rychlé prototypování desek plošných spojů urychlení vývojových cyklů.
  • Zkušenosti s složitými vrstvenými konstrukcemi , konstrukcemi bez lepidla a flexibilními deskami s vysokým počtem vrstev.
  • Schopnost vyrábět kompletní dodávky montáží , včetně předběžného vypalování vlhkosti, manipulace s přípravky a pájení součástek dle IPC-A-610 a J-STD-001.

Materiály a technologie

• • Přístup k vysoce kvalitním polyimidové fólie , válcované žíhané měděné fólie , a pokročilé Lamináty FCCL .
  • Odbornost v obou konstrukcích s lepidlem i bez lepidla pružných konstrukcích.
  • Pokročilé možnosti povrchové úpravy (ENIG, OSP atd.) a výběr vhodných ztužení (Kapton, FR-4, kov).

Podpora navrhu pro výrobu (DFM)

• • Silná inženýrská spolupráce během kontrol návrhu za účelem ověření ohybového poloměru, vedení stop, umístění přechodových děr a vrstvení.
  • Přístup k online kalkulaci cen a nástrojům pro kontrolu výrobních možností (DFM) , umožňující včasné zjištění návrhových problémů a přesné odhady dodacích lhůt.
  • Poskytování podrobných výrobních výkresů a kontrolních seznamů pro montáž přizpůsobených flexibilním obvodům.

Osvědčení a zabezpečení kvality

• • Dodržení klíčových norem: IPC-2221, IPC-2223, IPC-6013, IPC-600, IPC-A-610, J-STD-001 .
  • Certifikace ISO 9001 nebo AS9100, které ukazují robustní systémy řízení kvality.
  • Protokoly pro kontrolu vlhkosti, jako je vysušování a manipulace za kontrolované vlhkosti.

Výroba s jedním zařízením, kompletní řešení

• • Výrobní zařízení, která zpracovávají oba výroba a montáž flexibilních DPS , minimalizace logistické složitosti a komunikačních mezer.
  • Schopnost poskytovat rychlé zpětné vazby a rychlé řešení problémů.

Otázky, které byste měli položit budoucímu výrobci flexibilních DPS

Výhody včasného zapojení výrobce

• Doporučení přizpůsobené vrstvení využitím jejich knihovny materiálů a odborných znalostí procesů.
• Lepší snižování rizik tím, že odhalíte výrobní problémy ještě před výrobou nástrojů.
• Optimalizovaný náklady a časy dodání prostřednictvím informovaných kompromisů.
• Vyšší pravděpodobnost jednorázové výroby úspěšná jednorázová výroba , od prototypu až po sériovou výrobu.

Studie případu: Přístup společnosti Sierra Circuits

Společnost Sierra Circuits představuje osvědčené postupy v oboru a nabízí:

• Kompletní vnitřní výrobu flexibilních a tuhých-flexibilních desek plošných spojů včetně montáže.
• Důkladné konzultace DFM před výrobou.
• Pokročilé online nástroje pro stanovení cen a výběr materiálů.
• Výrobní procesy vyhovující normě IPC a správa vlhkosti.
• Rychlý prototypování s ověřenými metrikami dodání včas.

Konečná kontrolní lista: Výběr výrobce flexibilních / rigid-flex desek plošných spojů

• Prokázané zkušenosti s výrobou dynamických flexibilních a vícevrstvých rigid-flex desek plošných spojů
• Rozsáhlý sortiment pokročilých materiálů včetně možností z polyimidu a FCCL
• Komplexní služby DFM a konzultace při návrhu
• Certifikace ISO a IPC a transparentní systém řízení kvality
• Kompletní výrobní a montážní kapacity na jednom místě
• Ověřená schopnost dodržovat krátké dodací lhůty pro prototypy
• Přehledné, položkové ceny a možnosti škálování podle objemu

Hlavní závěry a osvědčené postupy

Návrh a výroba rigid-flex desky plošných spojů je sofistikovaný proces vyžadující komplexní přístup – od inteligentní volby materiálu a návrhu vrstev až po přesné uspořádání a spolupráci s důvěryhodnými výrobci. Níže je stručný souhrn klíčových bodů a osvědčených postupů založený na průmyslových normách a praktických zkušenostech, který vám pomůže úspěšně realizovat vaši další vysokovýkonnou flexibilní desku.

Shrnutí hlavních bodů

• Pochopte požadavky aplikace: Určete, zda váš návrh vyžaduje statickou nebo dynamickou ohebnost . Dynamická ohebnost vyžaduje výrazně větší poloměry ohybu a robustnější měď a materiály.
• Dodržujte normy IPC: Sledovat IPC-2221, IPC-2223, IPC-6013, IPC-600, IPC-A-610 a J-STD-001 aby bylo zajištěno, že návrh, výroba a montáž splňují přísné průmyslové požadavky.
• Optimalizujte poloměr ohybu a poměr ohybu: Použijte doporučené minimální poloměry ohybu na základě počtu vrstev a tloušťky ohebné části, abyste předešli předčasnému poškození.
• Hmotné záležitosti: Vyberte materiály, jako jsou dielektrikum z polyimidu, válcovaná žíhaná měď, lepidlo bez FCCL , a vhodné tuhé vložky pro vaše aplikační prostředí.
• Rozvržení a směrování: Vedte spoje rovnoběžně s ohyby se hladkými křivkami, střídejte vícevrstvé spoje, používejte dostatečné okroužkování, desky s kapkovitým přechodem a zachovejte minimální vzdálenosti vrtání od mědi.
• Návrh vrstvení: Používejte symetrické, sudé počty vrstev, speciální techniky jako knihošití nebo vrstvy s vzduchovou mezerou a chrante flexibilní vrstvy vhodnými ochrannými fóliemi.
• Zapojte odborné výrobce již v rané fázi: Spolupracujte s výrobcem výrobcem flexibilních DPS zkušeným ve výrobě na klíč, rychlých sériích, který nabízí podporu při návrhu a dodržuje normy IPC.
• Řízení nákladů a dodacích lhůt: Kompletní, podrobné výrobní výkresy a včasná kontrola výrobních možností (DFM) snižují překročení rozpočtu a výrobní prodlevy.

Kontrolní seznam osvědčeného postupu

Doporučené zdroje a nástroje

• Stáhněte si Příručka pro výrobu od ověřených dodavatelů, jako je Sierra Circuits.
• Použití online nástroje pro výběr vrstevnice a materiálu pro doladění impedance a mechanického výkonu.
• Využijte software PCB CAD s vícezónovou stavbou vrstev a vizualizací ohybu schopností.

UVAŽUJÍCÍ MÝŠLEŇ

Návrh tuho-pružných desek plošných spojů spojuje elektrickou přesnost s mechanickými požadavky – vyvážením vícevrstvých konstrukcí, pečlivým výběrem materiálů a elegantním vedením spojů pro vytváření robustních řešení pro nejnáročnější odvětví. Důsledným uplatňováním norem, spoluprací s zkušenými výrobci a dodržováním ověřených návrhových pravidel bude váš další flexibilní nebo rigid-flex deska vynikat co do odolnosti, výkonu a výrobní proveditelnosti.