Чому гнучка збірка друкованих плат ідеально підходить для носимих пристроїв?

Заголовок сторінки: Збирання друкованих плат для носінних пристроїв — гнучкі матеріали для друкованих плат, технології SMT та DFM Meta Description: Дізнайтеся про найкращі практики збирання друкованих плат для носінних пристроїв: гнучкі матеріали для друкованих плат (поліімід, захисне покриття), профілі SMT/паяння, конформне покриття, налаштування РЧ, рекомендації щодо проектування для виробництва та запобігання поширеним несправностям.

1. Вступ: Революція гнучких та жорстко-гнучких друкованих плат

Минуле десятиліття ознаменувалося проривовою зміною способу проектування електронних пристроїв, особливо в сфері технології носимого обладнання та медичні прилади сьогодні споживачі очікують не лише «розумних» функцій, а й ультракомпактних, легких та міцних гаджетів, таких як розумні годинники , тренажери для фітнесу , пристрої для слуху , пластини з біосенсорами , і багато іншого. Ці вимоги спонукали збирання друкованих плат для носінних пристроїв на перший план, змушуючи дизайнерів та виробників переосмислити все — від матеріалів до стратегій з'єднання.

Гнучка друкована плата (FPC) та рідно-гнучка плата технології стали основою цієї нової хвилі. На відміну від традиційних друкованих плат, гнучкі друковані плати можуть вигинатися, скручуватися та приймати форму дрібних, незвичної форми корпусів продуктів. Жорстко-гнучкі друковані плати йдуть ще далі, інтегруючи гнучкі та жорсткі ділянки на одній платі, забезпечуючи безперервні електричні з'єднання в найскладніших кутках пристроїв. Ці інновації в Сборка гнучкої плати (FPC) не лише зменшують розмір і вагу, а й підвищують міцність пристроїв, покращують їхню продуктивність і дозволяють реалізовувати нові можливості, такі як вигнуті екрани чи медичні сенсори, які комфортно прилягають до тіла.

Згідно з дослідженням галузі 2025 року (IPC, FlexTech), понад 75% нових конструкцій носійної електроніки та медичних пристроїв зараз мають ту чи іншу форму гибка плата або інтеграція жорстко-гнучких плат . Ця тенденція матиме прискорення, оскільки пристрої стають розумнішими, тоншими та міцнішими. Насправді, високощільні міжз'єднання (HDI) , ультрадрібні компоненти SMT 0201 , а також просунуту матеріали гнучких друкованих плат із полііміду стали стандартом у Монтажі друкованих плат для носимих пристроїв .

«Серцем інновацій у носимих пристроях є мініатюризація. Але мініатюризація можлива лише завдяки проривам у виробництві та складанні гнучких друкованих плат.»  — Пол Томе, менеджер з продукту Flex та Rigid-Flex, Epec Engineered Technologies

Ось чому ця нова ера друкована плата носимої електроніки така захоплююча:

• Економія місця та ваги: Сучасні носимі пристрої можуть бути тоншими за монету, але при цьому забезпечувати повну підтримку зв’язку завдяки гнучким конструкціям друкованих плат і мініатюрним компонентам.
• Довговічність та комфорт: Гнучкі друковані плати з полііміду стійкі до тисяч циклів вигинання, що робить їх ідеальними для браслетів, пластин та головних стрічок, які мають рухатися разом із користувачем.
• Потужність та продуктивність: Ефективна трасування, точне маршрутизація та сучасна збірка, включаючи оптимізоване паяння SMT та конформне покриття друкованих плат, допомагають контролювати втрати потужності та електромагнітні перешкоди (EMI/RF).
• Швидкість до інновацій:  DFM для гнучких друкованих плат та швидкі методи прототипування (наприклад, друковані гнучкі схеми, виготовлені методом 3D-друку) дозволяють компаніям швидко вдосконалювати розробки та виводити нові ідеї на ринок.

Таблиця 1: Порівняння технологій друкованих плат у носимих пристроях

У міру того як ми глибше занурюємося в цей посібник, ви дізнаєтеся не лише про «що», але й про «як» у сфері наступного покоління збирання друкованих плат для носінних пристроїв — починаючи з вибору правильних матеріалів для гнучких друкованих плат та освоєння SMT для гнучких друкованих плат до подолання практичних проблем збирання та надійності. Незалежно від того, чи ви інженер, конструктор чи менеджер з ланцюгів поставок у галузі IOT , медичних технологій , або споживча електроніка ці знання допоможуть вам створювати кращі та розумніші пристрої.

2. Що таке гнучкі та жорстко-гнучкі друковані плати?

У сфері проектування друкованих плат для носимої електроніки , не всі друковані плати однакові. Гнучкі друковані плати (FPC) та жорстко-гнучкі друковані плати стали золотим стандартом сучасних носимих пристроїв, модулів Інтернету речей та медичних приладів, де головними є надійність, ефективне використання простору та унікальна форма. Давайте розглянемо, що відрізняє ці сучасні технології друкованих плат — і як вони стимулюють інновації в таких продуктах, як розумні годинники, трекери фітнесу та пластири з біосенсорами.

Гнучкі друковані плати (FPC)

A гнучкий друкований об'єкт виготовлені на основі тонкої гнучкої підкладки — зазвичай поліімідна плівка (PI) — яка може вигинатися, складатися та скручуватися без пошкодження. На відміну від традиційних жорстких плат на основі FR-4, FPC спеціально розроблені для роботи в динамічних, компактних умовах носимих пристроїв.

Типова структура шарів гнучкої друкованої плати:

Ключові факти:

• Радіус згину: Для міцних конструкцій мінімальний радіус вигину має бути щонайменше 10× загальна товщина плати .
• Ширина сліду/відстань: Часто настільки тонкі, як відстань 0,05–0,1 мм на сучасних платах.
• Товщина мідної фольги: Зазвичай зустрічається в діапазоні 12–70 мкм де тонші фольги дозволяють щільніші вигини.
• Плівка покриття: Забезпечує як механічний захист, так і електричну ізоляцію.

Сборка гнучкої плати (FPC) підтримує як одношарові, так і складні багатошарові конструкції та дозволяє конструкторам створювати корпуси пристроїв товщиною всього 0.2 mM —ідеально підходить для трекерів фітнесу нового покоління або розумних наклейок.

Жорстко-гнучкі друковані плати

A рідно-гнучка плата поєднує в собі переваги обох світів: ділянки друкованої плати виконані у вигляді жорстких, міцних жорстких плат для монтажу чутливих SMT-компонентів, тоді як інші області залишаються гнучкими, щоб забезпечити згинання або складання. Ці гнучкі та жорсткі ділянки безшовно інтегровані за допомогою точних технологічних процесів, що зменшує складність збирання та необхідність у громіздких з’єднувачах.

Типова структура жорстко-гнучкої друкованої плати:

• Жорсткі ділянки: Стандартний FR-4 (або аналогічний) з шарами міді, використовується для монтажу компонентів.
• Гнучкі ділянки: Шари гнучкої друкованої плати на основі полііміду, що з'єднують жорсткі ділянки, забезпечуючи динамічний рух і компактне збирання.
• Міжшарове з'єднання: Мікровіа або скрізні віа, які часто використовуються для HDI (високощільні з'єднання) конструкції, підтримують багатошарові сигнальні шляхи та подачу живлення.
• Зони переходу: Ретельно розроблені, щоб уникнути напруження та поширення тріщин.

Переваги у носимих пристроях:

• Максимальна свобода проектування: Дозволяє створювати конструкції пристроїв, які були б неможливими з використанням лише жорстких друкованих плат.
• Менше з'єднувачів/міжз'єднань: Зменшує загальну вагу, товщину та кількість точок відмов.
• Висока надійність: Критично важливо для застосувань із високою надійністю (наприклад, медичні імпланти, носимі пристрої військового стандарту).
• Покращене електромагнітне та радіочастотне екранування: Шляхом використання багатошарових заземлених площин і точнішого контролю імпедансу.

Сфери реального застосування у носимих та медичних пристроях

Смарт- годинники:

• Використовуйте багатошарову гибку конструкцію друкованих плат для трасування сигналів, сенсорних екранів, драйверів дисплеїв та бездротових модулів навколо вигнутих корпусів годинників.
• Гнучкі антени та з'єднання акумуляторів виграють від Сборка гнучкої плати (FPC) щоб зберегти цілісність пристрою під час згинання зап'ястка.

Тренажери фітнесу та пластирі з біосенсорами:

• Гибкі друковані плати з полііміду з тонкорозчинними компонентами SMT дозволяють одноразові або напів одноразові, ультратонкі форм-фактори (< 0,5 мм).
• Вбудовані датчики (наприклад, акселерометри, частота серцевого ритму або SpO2 LED) безпосередньо на FPC покращують якість сигналу та комфорт продукту.

Медичні пристрої:

• Жорстко-гнучкі друковані плати можливість імплантаційних моніторів і носіїв для пацієнтів завдяки поєднанню надійності, невеликої ваги та стійкості до повторного флексу 10 000 циклів в флексівних випробуваннях.

Кейс:  Провідний виробник фітнес-трекерів використовував 6-порідні FPCB з 0,05 мм слідами і 0201 компонентами, досягнувши кінцевої товщини збірки дошки 0,23 мм. Це дозволило створити під-5-грамовий пристрій з безперервним ЕКГ і відстеженням руху, що просто недосягається з класичними жорсткими ПКБ.

Термінологія швидка посилання

Згустково:  Гнучкі та жорстко-гнучкі друковані плати це не просто альтернатива жорстким платам — це справжні двигуни нового покоління розумних, компактних носимих та медичних пристроїв. Розуміння матеріалів, структур і основних концепцій, що лежать в їх основі, лежить в основі всіх інших рішень щодо проектування та збирання друкованих плат для носимих пристроїв.

Готові до розділу 3? Напишіть 'Далі', і я продовжу тему «Переваги гнучких друкованих плат для носимих та медичних пристроїв» — зі списками, детальними поясненнями та практичними знаннями для галузі.

3. Переваги гнучких друкованих плат для носимих та медичних пристроїв

При створенні передових друкована плата носимої електроніки рішень або компактних медичних пристроїв гнучкі ПЛІ (FPC) є основою інновацій та функціональності. Їх унікальні властивості сприяють мініатюризації, підвищують надійність і дозволяють реалізовувати функції, які змінюють уявлення про можливості побутової та медичної електроніки.

Мініатюризація та економія місця: нові можливості для дизайну

Однією з найбільш вражаючих переваг гнучкий друкований об'єкт є їхня надзвичайна тонкість і здатність приймати форму. На відміну від традиційних жорстких плат, гнучкі плати можуть мати товщину всього 0,1–0,2 мм , і виготовлюються в одно- та багаторівневих конфігураціях. Це дозволяє конструкторам прокладати критичні сигнали та живлення в обмежених, викривлених або багаторівневих просторах навіть у самих компактних носимих пристроях.

Прикладна таблиця: товщина гнучкої друкованої плати залежно від застосування

Ключовий факт: Гнучка друкована плата може часто замінити кілька жорстких плат та їхні з'єднання, зменшуючи вагу до 80%та об’єм до 70%порівняно з традиційними друкованими платами у носимих пристроях.

Міцність і надійність при багаторазовому вигинанні

Гнучкі друковані плати на основі полііміду розроблені так, щоб витримувати тисячі, а навіть десятки тисяч вигинів, скручувань і циклів гнучіння. Це має важливе значення для носимих пристроїв, які постійно піддаються рухам зап’ястя, щиколотки чи тіла й мають бездоганно працювати роками.

• Тестування на гнучкість: Ведучі виробники тестують свої збірки друкованих плат для носимих пристроїв до стандартів, що перевищують 10 000 циклів вигину без структурних або електричних пошкоджень.
• Стійкість до розшарування: Комбінація мідна Фольга та міцні клеї у багатошаровій конструкції гнучкої друкованої плати мінімізують відшарування шарів, навіть за фізичного навантаження.
• Запобігання утворенню тріщин у припою: Стратегічне розміщення компонентів для поверхневого монтажу та використання підливки в зонах навантаження запобігає втомним пошкодженням, які часто трапляються на жорстких платах.

Цитата:

«Без міцності гнучких друкованих плат більшість інтелектуальних пристроїв для здоров’я та фітнесу виходили б з ладу всього за кілька днів або тижнів реального використання. Надійні збірки FPC тепер є галузевим стандартом.» — Головний інженер, глобальний бренд пристроїв для фітнесу

Менше з'єднань, вища надійність системи

Традиційні друковані плати — особливо в тривимірних, зігнутих конфігураціях пристроїв — потребують з’єднувачів, перемичок та припаяних кабелів. Кожне з'єднання є потенційною точкою відмови. Збірка гнучких друкованих плат дозволяє інтегрувати кілька сегментів ланцюга в єдину структуру, зменшуючи кількість:

• Паяні з'єднання
• Шнурові зарядки
• Механічних з’єднувачів

Це призводить до:

• Підвищеної стійкості до ударів/вібрацій (важливо для носимих пристроїв, призначених для активного способу життя)
• Спрощених процесів складання
• Меншої кількості гарантійних випадків через несправності з’єднувачів/кабелів

Факт: Типовий фітнес-трекер із використанням однієї гнучкої друкованої плати може зменшити кількість з'єднань з 10+ до 2 або 3, одночасно скоротивши час складання більше ніж на 30%.

Вільне проектування: складні форми та багаторівневі структури

Можливість «згинатися й залишатися» у сучасних гибкі друковані плати з полііміду дозволяє досягти нового рівня свободи проектування:

• Обгортання електронних схем навколо вигнутих акумуляторів або дисплейних модулів
• Нарощування кількох електронних шарів для друкованих плат із високою щільністю монтажу (HDI) .
• Створення конструкцій типу «оригамі», які складаються, щоб поміститися всередині біоміметичних або не прямокутних корпусів

Список: Конструктивні особливості, забезпечені за рахунок гнучких друкованих плат

• Носимі пластирі (медичні електроди, постійний моніторинг рівня глюкози): ультратонкі, повторюють контури шкіри
• Стрічки або окуляри для AR/VR : Відповідає формі обличчя, підвищує комфорт
• Розумні кільця/браслети : Охоплює малі радіуси без тріщин або відмови
• Біоінтегрована електроніка : Згинається або гнеться разом із м'якими тканинами людини

Зниження вартості при масовому виробництві

Хоча початкове оснащення для гибких друкованих плат може бути вищим, це компенсується:

• Менша кількість компонентів (виключення з'єднувачів/кабелів)
• Коротші лінії SMT-монтажу (менше ручної праці)
• Покращений вихід продукції з меншою кількістю дефектів, пов’язаних із міжз’єднаннями

Над високими обсягами, що спостерігаються у носимих пристроях для споживачів та медичних пластирах, загальні витрати на володіння тренд нижчий, ніж у жорстких збірках, особливо якщо враховувати гарантійні повернення або відмови після продажу.

4. Переваги жорстко-гнучких друкованих плат

На шляху розвитку збирання друкованих плат для носінних пристроїв та сучасної електроніки для портативних пристроїв інженерна спільнота відкрила для себе переваги поєднання двох світів — жорстких і гнучких друкованих плат — створюючи неперевершені продукти. Жорстко-гнучкі друковані плати займають важливе місце в медицинській техніці, обладнанні військового стандарту, пристроях AR/VR та дорогих носимих пристроях для споживачів, забезпечуючи ідеальне поєднання міцності, універсальності та продуктивності.

Що таке жорстко-гнучка друкована плата?

A рідно-гнучка плата є гібридною структурою, яка інтегрує шари жорстких (FR-4 або подібних) друкованих плат із шарами гнучкі друковані плати (ГДП), зазвичай виготовлених із полііміду. Гнучкі ділянки з'єднують жорсткі ділянки, що дозволяє складати у 3D, використовувати в корпусах незвичайної форми та безпосередньо інтегрувати в рухомі частини, такі як браслети чи головні вінці.

Основні переваги технології жорстко-гнучких друкованих плат

1. Покращена структурна надійність

Жорстко-гнучкі друковані плати значно зменшують потребу у з'єднувачах, перемичках, обтискних контактах та паяних з'єднаннях. Це має важливе значення для друкована плата носимої електроніки виробів, які піддаються постійному вигинанню, падінням і вібрації.

• Зменшення кількості точок з'єднання : Кожен усунутий з'єднувач зменшує потенційне місце відмови, знижуючи загальний ризик виходу пристрою з ладу.
• Покращена стійкість до ударів/вібрації інтегровані структури краще витримують механічні пошкодження, ніж збірки з роз'єднувачами та жгутами дротів.
• Краще підходять для високонадійних та критичних носимих пристроїв , таких як імплантати медичних приладів або військові засоби зв'язку, де недопустима єдиний пункт відмови.

2. Компактне та легке упакування

Оскільки жорсткі та гнучкі секції безшовно інтегровані, жорстко-гнучкі друковані плати значно зменшує загальну товщину та вагу пристрою. Це є важливим для смарт-годинників, бездротових навушників та компактних медичних моніторів.

• Інтегровані схеми та менша кількість кабелів дозволяють створювати інноваційні, мініатюрні упакування, які можуть повторювати органічні форми.
• Зменшення ваги: Гнучкі ділянки зазвичай додають лише 10–15%від загального розміру та ваги порівняно з окремими жорсткими друкованими платами з кабельними збірками.
• Економія простору: Рішения з жорстко-гнучкими платами часто зменшують об'єм схеми на 30–60%, і дозволяють створювати справжні 3D-архітектури упаковки (згинані, зібрані в стопу або вигнуті конструкції).

3. Покращена електрична продуктивність

Сигнали високої швидкості та RF-сліди виграють від контрольованих діелектричних властивостей та екранування заземленням жорстких ділянок, тоді як гнучкі ділянки забезпечують з'єднання в обмежених просторах.

• Контрольований імпеданс: Ідеально підходить для високочастотних кіл (Bluetooth, Wi-Fi, медична телеметрія).
• Покращене екранування ЕМІ/RF: Багатошарова структура та ізоляція заземлення забезпечують краще виконання стандартів ЕМС.
• Цілісність Сигналу: Мікроперехідні отвори та HDI-маршрутизація забезпечують короткі, прямі та оптимізовані за шумом сигнальні шляхи.

Таблиця: Основні можливості, які надають жорстко-гнучкі друковані плати

4. Оптимізована збірка друкованих плат і зниження витрат (довгостроковий період)

Хоча первинна вартість друкованої плати для жорстко-гнучких конструкцій вища, ніж для простих FPC або лише жорстких плат, довгострокова економія є значною:

• Спрощена збірка: Єдина інтегрована плата означає меншу кількість деталей, операцій та потенційних помилок.
• Швидша автоматизована збірка: Лінії SMT та THT працюють стабільніше з меншою кількістю окремих друкованих плат і з’єднувачів, які потрібно вирівнювати.
• Економічно ефективно при великих обсягах: Зменшення витрат на ремонт після продажу, повернення товару або повторну збірку приносить прибуток для пристроїв з терміном служби в кілька років.

5. Витримують жорсткі умови експлуатації

Жорстко-гнучкі друковані плати ідеально підходять для використання в агресивних медичних або зовнішніх умовах:

• Стійкість до високих температур: Гнучкі ділянки з полііміду та жорсткі ділянки з високим Tg витримують до 200°C (короткочасно), що дозволяє проводити стерилізацію або використовувати на вулиці.
• Стійкість до корозії, хімічних речовин і УФ-випромінювання: Необхідна для пристроїв, які контактують з потом, засобами для чищення або сонячним світлом.
• Захист від вологи: Удосконалена за допомогою конформне покриття для друкованих плат та парафінове/силіконове інкапсулювання в гнучких зонах.

6. Конструктивна свобода для інноваційних застосувань

Жорстко-гнучкі плати дозволити нову геометрію:

• Носимі камери —Друкована плата може згинатися навколо батарей та сенсорів
• Головні бандажі для нейромоніторингу —Друкована плата повторює контури голови без оголених дротів
• Медичні пластирі для немовлят —Тонкі, гнучкі, але міцні — дозволяють постійний моніторинг, не пошкоджуючи шкіру

Чому саме комбіновані плати виділяються для майбутнього

Поєднання жорсткості та гнучкості на одній друкованій платі відкриває новий світ можливостей для носимих пристроїв, надаючи дизайнерам міцну основу для розумних підключених медичних технологій, трекерів фітнесу нового покоління, носимих AR/VR-пристроїв , та за її межами.

5. Основні проблеми проектування збірки друкованих плат для носимих пристроїв

Інновації та мініатюризація збирання друкованих плат для носінних пристроїв мають величезне значення, проте створюють унікальні та складні проектні виклики, які інженери мають вирішити, щоб забезпечити надійність, довговічність та оптимальний користувацький досвід. Ці виклики випливають безпосередньо з вимог гнучкі друковані плати та рідно-гнучка плата технологій, а також постійного зменшення розмірів і постійного підвищення очікувань сучасної електроніки для носіння.

Мініатюризація та високощільні монтажні з'єднання (HDI)

Мініатюризація є основоположною при створенні схем для носимих пристроїв. Пристрої, такі як розумні годинники та медичні пластирі, потребують друкованих плат товщиною всього в десяті частки міліметра, з постійним збільшенням кількості функцій, упакованих в кожен квадратний міліметр.

• Технологія HDI: Використовує мікроперехідні отвори (до 0,1 мм), ультратонкі доріжки (≤0,05 мм) і багатошарові конструкції для забезпечення високощільної трасування.
• Розмір компонентів:  компоненти SMT 0201 зазвичай використовуються в збірка гнучких друкованих плат для носимих пристроїв, що створює значний тиск на точність установки компонентів (<0,01 мм) і точність паяння.
• Обмеження зазорів: Цілісність сигналів, розводка живлення та теплове управління мають бути забезпечені в габаритах, які можуть становити 15×15 мм або менше.

Таблиця: HDI та мініатюризація в збиранні друкованих плат для носимих пристроїв

Гнучкість: напруження матеріалу, радіус вигину та обмеження розташування

Носимі пристрої потребують ділянок плати, які гнуться під час руху — потенційно тисячі разів на день. Проектування з урахуванням гнучкості передбачає розуміння концентрації напружень, забезпечення мінімальний радіус згину (≥10× загальної товщини) та оптимізацію багатошарових структур, щоб витримувати багаторазові деформації без втрати продуктивності.

• Гнучка плата з полііміду шари обрані за їхньою стійкістю до втоми, але неправильна розстановка або стек-ап можуть призвести до тріщин або розшарування.
• Рекомендації щодо розташування:  
  • Важкі або високі компоненти повинні розташовуватися на жорстких ділянках або ділянках з низьким рівнем напруження.
  • Траси слід прокладати вздовж нейтральної осі вигинів і уникати скупчень переходів або гострих кутів.
• Найкращі практики трасування:  
  • Використовуйте криволінійні траси, а не гострі кути.
  • Дотримуйтесь більшого міжосного розташування трас, де це можливо.
  • Уникайте переходів у місцях, які часто піддаються вигинанню.

Енергоефективність та обмеження акумулятора

Більшість носимих пристроїв працюють від акумуляторів і мають функціонувати протягом днів — або навіть тижнів — на одному заряді. гнучкі друковані плати управління енергоспоживанням є компромісом між місцем, опором доріжок, тепловими ефектами та загальною ефективністю системи.

• Мікроконтролери з низьким енергоспоживанням, модулі Bluetooth та інтегральні схеми управління живленням є стандартними.
• Доставка електроенергії:  
  • Використовуйте широкі доріжки живлення та суцільні площини заземлення для мінімального опору.
  • Уважне розташування декуплюючих конденсаторів, щоб обмежити падіння напруги та запобігти коливанням.
  • Структура шарів і трасування мають мінімізувати IR-втрати та перехресні перешкоди при великій густоті.

Стійкість до вологи та стабільність у різних умовах

Носимі пристрої піддаються впливу поту, жирів шкіри та навколишніх факторів, що посилює вимоги до конформне покриття для друкованих плат герметизації та чистоти складання.

• Типи конформного покриття:  
  • Парилен: Тонкий, без пінгольних порожнин; чудово підходить для медичних та високонадійних застосувань.
  • Акриловий, силіконовий: Більш економічний, добре протистоїть вологи та хімічним впливам.
• Селективне нанесення покриття: Застосовується лише там, де потрібно, щоб зекономити вагу, вартість і час виробництва.
• Тестування на міцність:  
  • Пристрої повинні витримувати випробування при високій вологості, корозії та «забризкуванні водою», які моделюють місяці постійного використання.

Стабільність RF/EMI

Просунутий Монтажі друкованих плат для носимих пристроїв часто включає бездротові радіомодулі (Bluetooth, NFC, Wi-Fi, Zigbee). Для забезпечення чистої передачі сигналу необхідно приділяти увагу проектуванню RF та екрануванню EMI в надзвичайно компактних просторах:

• Контроль імпедансу:  
  • сліди 50 Ом, екранування отворів, стабільне балансування міді.
  • Використання калькулятора контрольованого імпедансу для критичних антен та ВЧ-слідів.
• Розділення ВЧ та цифрових ланцюгів: Розташовуйте ВЧ-модулі та цифрову логіку в окремих зонах плати, додавайте локальні екрани на землю та використовуйте ізоляційні проміжки.

Порівняння жорсткого FR-4 та гнучкого полііміду (FPC)

Контрольний список для успіху у збірці гнучких друкованих плат для носимих пристроїв

• HDI-дизайн із мікроперехідними отворами та тонкими доріжками
• Дотримуйтесь радіуса вигину ≥10× товщини шару
• Не розміщуйте чутливі/великі деталі в гнучких зонах
• Маршрут прокладається вздовж нейтральної осі та уникайте концентраторів напружень
• Передбачте захист від вологи/навколишнього середовища
• Спроектуйте надійність щодо радіочастотних перешкод та електростатичних розрядів з самого початку

Успішне подолання цих викликів має важливе значення для створення довговічних, компактних і надійних друкована плата носимої електроніки продуктів. Кожен вибір — від конструкції шарів і матеріалів до методів монтажу поверхневого монтажу та захисту від впливу навколишнього середовища — впливає на реальну стійкість і задоволення споживачів.

6. Матеріали та проектування структури шарів для гнучких та жорстко-гнучких друкованих плат

Сучасний збирання друкованих плат для носінних пристроїв значною мірою залежить від матеріалознавства та точного інженерного проектування структури шарів. Вибір матеріалів для гнучких друкованих плат , товщини міді, клеїв, захисних плівок тощо безпосередньо впливає на продуктивність, надійність і можливість виробництва як гнучкі друковані плати (ГДП), так і жорстко-гнучкі друковані плати . Вибір правильних матеріалів та конфігурації шарів забезпечує потрібні розміри, вагу, гнучкість і термін служби вашого носимого пристрою — навіть за постійного фізичного навантаження.

Основні матеріали для гнучких та жорстко-гнучких друкованих плат

Поліімідна плівка (PI)

• Субстрат золотого стандарту для гнучких та жорстко-гнучких друкованих плат.
• Має чудову механічну гнучкість, високу термостійкість (до 250 °C) і виняткову хімічну стабільність.
• Тонкі матеріали, як правило 12–50 мкм , підходять як для ультратонких носимих пластин, так і для більш міцних гнучких ділянок.

Мідна Фольга

• Шар сигналу та живлення: Зазвичай доступно в діапазоні 12–70 мкм товщина.
  • 12–18 мкм: Дозволяє виконувати надміцні згини, використовується в гнучких ділянках із високою щільністю.
  • 35–70 мкм: Підтримує більші струми для живлення або заземлення.
• Валкована відпалена мідь надається перевага при динамічному згинанні завдяки кращому опору втомленню, тоді як електроосаджена мідь іноді використовується для менш вимогливих, переважно статичних застосувань.

Клеєві системи

• Об'єднує шари разом (PI та мідь, покривний шар та мідь тощо).
• Акрилові та епоксидні клеї є популярними, але для високонадійних/медичних гнучких друкованих плат процеси без клею (безпосереднє ламінування міді на PI) зменшує ризик виходу з ладу та покращує термостійкість.

Покривна плівка / Плівка захисту

• Покривні плівки на основі полііміду до 12–25 мкм товщина діє як захисний і ізоляційний шар над контуром, особливо важливо для носимих пристроїв, що піддаються впливу поту або механічних напружень.
• Захищає електричні кола від абразивного зносу, вологи та проникнення хімічних речовин, зберігаючи при цьому гнучкість.

Матеріали жорстких ділянок (жорстко-гнучкі)

• FR-4 (скловолокно/епоксид): Стандарт для жорстких ділянок, забезпечує стабільність компонентів, міцність і вигідне співвідношення вартості та ефективності.
• У медичних або військових носимих пристроях спеціалізовані FR-4 з високою температурою склування (high-Tg) або безгалогенові FR-4 покращують продуктивність і відповідність вимогам.

Приклад конструкції шарів: гнучка друкована плата для носимих пристроїв проти жорстко-гнучкої друкованої плати

Проста гнучка плата (2-шарова)

Жорстко-гнучка плата (для смарт-годинника)

Структура гнучкої друкованої плати для носимих пристроїв: рекомендації щодо проектування

• Баланс міді: Збереження близької ваги верхньої та нижньої міді зменшує деформацію та скручування після травлення.
• Ступінчасті мікропереходи: Розподіляє механічне навантаження, подовжує термін служби гнучких зон, що використовуються багаторазово.
• Методи з'єднання:  
  • Ламінування міді на безклеювому полііміді забезпечує надійність у імплантуючих або одноразових біосенсорах, зменшуючи ризик розшарування.
  • Акрильні клеї для масових споживчих пристроїв, забезпечуючи баланс між вартістю та гнучкістю.

Варіанти обробки поверхні для носимих пристроїв

Термічна та хімічна стійкість

• Полімідні флексивні схеми витримайте. пікові температури відтоку (220240°C) під час збірки.
• Одягальні вироби повинні бути стійкими до поту (солей), шкіри, очищальних засобів та УФ-офісів, тому полімід і парілен є улюбленими в промисловості.
• Дослідження старіння розкрити, що правильно виготовлені ПКЗ підтримувати електричну та механічну цілісності для 5+ років щоденного активного використання (10,000+ циклів гнучки), якщо він захищений відповідним покриттям або покриттям.

Головні фактори та найкращі практики

• Оптимізувати складання для гнучкості: Зведіть до мінімуму кількість шарів і товщину клею, необхідних для надійності та пропускної здатності сигналу.
• Дотримуйтесь мінімального радіуса вигину (≥10× товщина): Критично важливо для запобігання розтріскуванню, втомленню паяних з'єднань або розшаруванню під час повсякденного використання.
• Використовуйте високоякісну катану відпалену мідь та плівку полііміду: Особливо для динамічних вигинів (браслети, трекери фізичної активності).
• Вкажіть вирізи у захисному шарі: Оголюйте лише контактні площадки, щоб зменшити ризик проникнення забруднюючих речовин із навколишнього середовища.

Контрольний список матеріалів для друкованих плат носимих пристроїв:

• Плівка полііміду (безклеєва, за можливості)
• Катана відпалена мідь для гнучких зон
• FR-4 для жорстких ділянок (лише жорстко-гнучкі)
• Акрилові або епоксидні клеї (залежно від класу пристрою)
• Покриття ENIG або OSP
• Поліпарабен/PI захисне покриття

Вибір та налаштування правильних матеріалів для гнучких друкованих плат та структури шарів — це не просто інженерна деталь, а вирішальний фактор у забезпеченні зручності, міцності та відповідності нормативним вимогам вашого продукту. Продуманий вибір матеріалів та структури шарів є основою кожного успішного Друкованого плати для носимих пристроїв проект.

8. Найкращі практики розміщення компонентів та трасування сигналів

ЕФЕКТИВНІСТЬ розміщення компонентів та розумних маршрутизація сигналів є основою успіху будь-якого збирання друкованих плат для носінних пристроїв —особливо при роботі з гнучкими або жорстко-гнучкими друкованими платами. Помилки на цьому етапі можуть призвести до тріщин у припою, радіоперешкод, передчасних механічних пошкоджень або складнощів зі збиранням конструкції, що різко знижує вихід придатної продукції та надійність. Розглянемо найкращі галузеві практики, засновані як на гнучкий друкований об'єкт теорії, так і на тисячах «вивчених уроків» у сфері носимої електроніки.

Розташування компонентів: принципи забезпечення надійності та довговічності

1. Структурні зони: не розміщуйте важкі компоненти в гнучких зонах

• Жорсткі зони для стабільності: Розміщуйте важкі, високі або чутливі компоненти (наприклад, мікроконтролери, датчики, модулі Bluetooth/Wi-Fi та акумулятори) у жорстких частинах друкованої плати. Це зменшує напруження в паяних з'єднаннях і знижує ризик виникнення тріщин під час згинання та експлуатації.
• Гнучкі зони — лише для трасування: Використовуйте гнучкі ділянки в основному для передачі сигналів і живлення. Якщо все ж потрібно розмістити легкі пасивні компоненти (резистори, конденсатори) або роз’єми в гнучких зонах, переконайтеся, що вони орієнтовані вздовж нейтральна вісь (лінія, уздовж якої напруження в зігнутій деталі є мінімальним).

2. Враховуйте вісь згину та нейтральну вісь

• Розташування компонентів на згині: Уникайте встановлення будь-яких SMT-пристроїв безпосередньо на осі згину (лінії, навколо якої гнеться плата). Навіть невелике зміщення від осі може подвоїти кількість циклів експлуатації під час тестування на багаторазовий згин.
• Таблиця: Рекомендації щодо розташування компонентів

3. Переходні отвори та площадки

• Розміщуйте переходні отвори подалі від зон підвищеного навантаження на згинання: Переходні отвори, особливо мікроотвори, можуть стати початком тріщин при багаторазовому згинанні. Розміщуйте їх у зонах з мінімальним навантаженням і ніколи не розташовуйте на осі згину.
• Використовуйте контактні площадки краплевидної форми: Краплевидні площадки зменшують концентрацію напружень у місцях з'єднання провідників з площадками або отворами, мінімізуючи ризик утворення тріщин при згинанні.

Маршрутизація сигналів: забезпечення цілісності, гнучкості та ефективності у діапазоні ВЧ

1. Закруглені провідники та плавні переходи

• Без гострих кутів: Завжди прокладайте сліди плавними кривими, а не під кутами 45° або 90°. Гострі кути створюють концентрації напруження, через що сліди схильні до розриву після багаторазового згинання.
• Ширина траси та відстань між ними:  
  • ≤0,1 мм ширина сліду для високощільних носимих пристроїв, але ширші, якщо дозволяє місце (зменшує опір і підвищує надійність).
  • Підтримування рівномірне розміщення для стабільності ЕМІ.

2. Контрольований радіус вигину

• Найкраща практика радіуса вигину: Набір мінімальний радіус вигину повинен бути принаймні 10× від загальної товщини для всіх динамічних гнучких зон, щоб зменшити ймовірність утворення тріщин у міді або розшарування (наприклад, для гнучкого друкованого кабелю товщиною 0,2 мм радіус вигину має бути ≥2 мм).
• Якщо потрібні тісніші вигини: Можна використовувати тонку мідь і тоншу плівку ПІ, але обов’язкове циклічне тестування для перевірки конструкції в реальних умовах.

3. Стекування шарів у гнучких і жорстких зонах

• Ступінчасті траси: Розміщуйте траси та монтажні отвори по різних шарах у багатошарових гнучких платах, щоб запобігти накопиченню напруження в одному місці.
• Розділення сигналів/живлення: Прокладайте цифрові, аналогові та ВЧ сигнали окремо на різних шарах/зонах.
  • Групуйте лінії живлення та заземлення разом для зменшення ЕМІ та перешкод.
  • Використовуйте екрануючі траси або площини для антен та ВЧ ліній.

4. Підключення датчиків і трасування високошвидкісних ліній

• Прямий зв'язок: Розташовуйте датчики (електроди ЕКГ, акселерометри, фотодіоди) якомога ближче до аналогових пристроїв попереднього підсилення, щоб мінімізувати шум і зберегти цілісність сигналу, особливо на аналогових трасах з високим опором.
• Геометрія мікросмужкових та співвісних хвилеводів: Використовується для ВЧ-трейсів, забезпечуючи імпеданс 50 Ω. Застосовуйте калькулятори контрольованого імпедансу під час трасування для модулів Bluetooth або Wi-Fi.

5. Екранування, ВЧ та заземнення

• Розлив заземлення поблизу антен: Забезпечте щонайменше 5–10 мм зазору навколо антен, передбачивши достатні шляхи повернення через заземлення та фарби виводів для покращеного екранування.
• Розділіть цифрові та ВЧ-секції: Використовуйте площини заземлення та вирізи на платі, щоб зменшити наведення ЕМІ.

Поширені помилки та як їх уникнути

• Помилка: Трасування критичної лінії тактового сигналу через гнучку зону з кількома вигинами.
  • Розв'язок: Прокладайте високошвидкісні/ВЧ траси прямолінійно з контрольованим хвильовим опором якомога ближче до жорстко закріпленого генератора.
• Помилка: Розміщення контрольних точок/переходів у зонах з високою гнучкістю.
  • Розв'язок: Використовуйте крайові роз'єми або розташовуйте контрольні точки в жорстких, доступних місцях.

Контрольний список швидких порад

• Розміщуйте всі ІМС та важкі пристрої на жорстких ділянках.
• Орієнтуйте пасивні компоненти по нейтральній осі, подалі від вигинів.
• Використовуйте викривлені траси та контактні площадки краплевидної форми.
• Дотримуйтесь максимально можливої ширини трас і відстані між ними.
• Екрануйте та окремо прокладайте ВЧ, цифрові та аналогові ділянки.
• Уникайте переходів і контрольних точок на будь-яких частинах гнучкої друкованої плати, які регулярно вигинаються.
• Підтвердьте макет за допомогою інструментів DFM, щоб передбачити можливі проблеми виробництва.

Уважно продумано розміщення компонентів та маршрутизація сигналів є ключовими для досягнення як функціональної довговічності, так і відповідності нормативним вимогам у кожному Друкованого плати для носимих пристроїв . Коли виникають сумніви, перевіряйте за допомогою тестових стендів з гнучким циклом та пробними збірками перед серійним виробництвом — ваша статистика гарантійних випадків вам подякує!

8. Техніки збирання друкованих плат: SMT, паяння та контроль

Рост збирання друкованих плат для носінних пристроїв та ультратонкі пристрої розсунули межі не лише в проектуванні, а й у виробництві. Незалежно від того, чи створюєте ви гнучкі друковані плати, FPC чи жорстко-гнучкі конструкції PCB, методи збирання мають забезпечувати надійність, точність і мінімальне навантаження на компоненти під час та після процесу. Розглянемо сучасні стратегії, які дозволяють отримувати високий вихід сучасних друкована плата носимої електроніки рішення.

Збірка SMT для гнучких друкованих плат та носимих пристроїв

Технологія поверхневого монтажу (SMT) є стандартним вибором для Сборка гнучкої плати (FPC) у носимих пристроях, але процес має бути адаптований до унікальних властивостей гнучкі друковані плати .

Ключові адаптації для гнучких та жорстко-гнучких друкованих плат:

• Використання жорстких несучих палет або пристосувань:  
  • Гнучкі друковані плати, будучи тонкими та гнучкими, потребують підтримки під час монтажу та паяння. Жорсткі несучі палети запобігають деформації та вигинанню.
• Вакуумні затискні пристрої або тимчасові жорсткі вставки:  
  • Тимчасово кріпляться до гнучкої плати, щоб створити рівну, стабільну основу для поверхневого монтажу, і знімаються після збірки.
• Точні орієнтирні маркери та технологічні отвори:  
  • Необхідні для точного позиціонування під час автоматичного монтажу (<0,01 мм допуск для компонентів 0201).

Розміщення компонентів SMT:

• 0201 та мікро-BGA: Носимі пристрої часто використовують деякі з найменших у світі компонентів для поверхневого монтажу, щоб економити місце та вагу.
• Калібрування підбираю-та-встановлюй: Потрібні високоточні машини; обов'язкове застосування візуального або лазерного наведення для правильної орієнтації та позиціонування.
• Швидкість проти гнучкості: Швидкість встановлення може бути повільнішою, ніж із жорсткими платами, через необхідність обережного поводження та уникнення прогинання плати під час монтажу.

Техніки паяння та профілі паяння у печах для гнучких друкованих плат

Поєднання тонких шарів полііміду, прокатаної міді та клеїв робить Сборка гнучкої плати (FPC) особливо чутливими до температури та механічних напружень.

Рекомендований профіль паяння у печі для гнучких друкованих плат з полііміду

• Припій з низькою температурою плавлення (наприклад, Sn42Bi58): Використовується для захисту клейових шарів і запобігання розшаруванню в чутливих конструкціях або там, де присутні елементи, чутливі до температури.
• Рефлоу в атмосфері азоту: Інертне середовище азоту запобігає окисленню під час паяння, що критично важливо для ультратонких контактних майданчиків і покращення якості паяних з'єднань.

Сучасні процеси та інструменти

Підшивка та підсилення

• Підшивка: Застосовується під великими або чутливими компонентами в гнучких зонах для поглинання механічних напружень.
• Підсилення краю: Локальні ребра жорсткості або ущільнене покриття забезпечують стійкість до проколів або підтримку зон з’єднувачів.

Провідникові клеї

• Використовуються для термочутливих або органічних основ, де традиційне паяння може пошкодити плату.
• Забезпечують менш високі з'єднання, які зберігають гнучкість.

Перевірка та випробування

Виявлення дефектів є більш складним на гнучких друкованих платах, тому передові методи перевірки мають вирішальне значення.

Автоматичний оптичний контроль (AOI)

• AOI з високим збільшенням: Виявляє мости паяння, ефект 'гробової плити', зміщення положення мікрокомпонентів.
• Рентгенівське інспектування: Необхідний для корпусів BGAs, micro-BGAs та дрібнопідвісних прихованих з'єднань — незамінний для HDI збірок друкованих плат для носимих пристроїв.
• Тестування літаючого щупа: Використовується для виявлення обривів/коротких замикань там, де пристосування ICT є непрактичними для виробництва з великою кількістю типів продукції та малою серією.

Тестування на гнучкість і експлуатаційні умови

• Стенди динамічного вигинання: Піддають зібрані плати тисячам циклів вигинання, щоб забезпечити міцність з'єднань і провідників.
• Випробування вологістю та сольовим туманом: Перевіряє якість конформного покриття друкованих плат, забезпечуючи стійкість у середовищах із високою вологою або потливості.

Дослідження випадку: SMT-монтаж для трекера фітнесу з носимого типу

Один із провідних виробників носимих пристроїв впровадив такі кроки для свого надтонкого фітнес-трекера:

• Закріпили гнучкі друковані плати на спеціально виготовлених кар'єрах із нержавіючої сталі для збереження плоскості.
• Використання інспектування AOI та рентгену після кожного етапу SMT.
• Застосовано температуру паяння у піковій зоні 225°C та час вище ліквідусу 60 сек , оптимізовано, щоб уникнути прожогу клею.
• Проведено 10 000 циклів випробувань на згин, щоб моделювати 2 роки щоденного вигинання; тріщин у припоя не спостерігалось у серійних партіях, де застосовувався підлив.

Швидкий контрольний список SMT та паяння для гнучких/жорстко-гнучких друкованих плат носимих пристроїв

• Завжди використовуйте жорсткий або вакуумний трей.
• Налаштуйте калібрування автоматичного монтажу для гнучкого переміщення.
• Дотримуйтесь рекомендованих виробником профілів нагріву, витримки та пікової температури.
• Використовуйте низькотемпературний припій для чутливих конструкцій.
• Перевіряйте всі з'єднання за допомогою автоматичного оптичного контролю та рентгенівського знімання, особливо для мікро-BGA.
• Розгляньте варіант використання підтискання або жорстких накладок у зонах з’єднувачів із великим навантаженням.
• Промоделюйте циклічне вигинання/тестування перед масовим виробництвом.

9. Захист від вологи, ударів та корозії

У складних умовах експлуатації носіння пристроїв надійні стратегії захисту є такими ж важливими, як і розумне проектування та точне складання. Піт, дощ, вологість, олія з шкіри та повсякденні рухи піддають кожен Друкованого плати для носимих пристроїв корозійному, згинному та ударному навантаженню. Без належного захисту навіть найсучасніші гнучкі друковані плати або жорстко-гнучкі конструкції можуть мати погіршення продуктивності, короткі замикання або навіть катастрофічний вихід з ладу протягом кількох місяців. Розглянемо перевірені галузеві способи захисту збірка гнучких друкованих плат для тривалого та надійного терміну служби в реальних умовах експлуатації.

Чому важлива захист від вологи та корозії

Друкована плата носимої електроніки модулі регулярно піддаються впливу поту (що містить солі, кислоти та органічні молекули), вологи навколишнього середовища та контакту зі шкірою. Основні види відмов включають:

• Поглинання вологи: Зниження опору ізоляції, виникнення струмопровідних шляхів і електричних замикань.
• Корозія: Руйнування мідних доріжок і паяних з'єднань, особливо за наявності поту, багатого хлоридами.
• Розшарування: Набрякання або гідроліз прилеглих шарів, що призводить до відшарування та механічної відмови.
• Механічне навантаження: Багаторазове згинання може призводити до утворення мікротріщин у відкритих доріжках і паяних з'єднаннях, що прискорюється проникненням вологи.

Конформне покриття для друкованих плат: типи та вибір

Конформне покриття є тонкими захисними плівками, які наносяться на зібрані друковані плати. Їхніми основними функціями є виключення вологи та агресивних речовин, ізоляція від електричних розрядів або коротких замикань, а іноді — забезпечення бар'єру проти абразивного зносу чи фізичних пошкоджень.

Поширені типи покриттів:

Селективне покриття та герметизація

• Селективне нанесення: Покриттям обробляються лише ділянки, які контактують з потом або піддаються впливу навколишнього середовища, залишаючи чутливі до тепла або контрольні точки без покриття задля спрощення виробництва та діагностики.
• Заливання/герметизація: У деяких міцних пристроях критичні зони плат або компоненти безпосередньо заливаються силіконовими або епоксидними компаундами, що забезпечує захист від механічних ударів та вологи.

Стратегії стеків, стійких до вологи та корозії

• Запечатані краї: Плівки покриття повинні щільно охоплювати контур, із мінімальною кількістю оголеної міді на краях. За необхідності використовується герметизація країв смолою або конформним покриттям.
• Без оголених отворів: Усі отвори в гнучких ділянках повинні бути закриті або заповнені, щоб запобігти потраплянню потових виділення напряму.
• Вибір поверхневого покриття: Покриття ENIG та OSP підвищують стійкість до корозії; у сегменті носимих пристроїв слід уникати HASL через нерівномірне нанесення та більшу схильність до підкорозійного руйнування.

Покращення стійкості до ударів, вібрації та механічної міцності

• Жорсткіші елементи: Наноситься в областях з'єднувачів для поглинання зусилля підключення або там, де гнучка друкована плата стикається з твердими пластиками.
• Підшивка: Вводиться під великі компоненти, щоб компенсувати різницю в механічній піддатливості, зменшуючи ризик тріщин у паяних з'єднаннях при багаторазовому згинанні.
• Підсилене покриття: Збільшує локальну стійкість до проколів і абразивного зносу, особливо важливо для тонких пристроїв, що контактують зі шкірою.

Протоколи випробувань на міцність

• Гнучкі друковані плати проходять:  
  • Тестування на гнучкість: Тисячі до десятків тисяч циклів згинання.
  • Випробування вологістю та сольовим туманом: Вплив ~85% відносної вологості, понад 40°C протягом декількох днів до кількох тижнів.
  • Випробування на падіння/удари: Симуляція падінь або раптових ударів.

10. Керування енергоспоживанням та оптимізація РЧ

Ефективність споживання енергії та стабільна робота бездротових з'єднань є ключовими чинниками успішного збирання друкованих плат для носінних пристроїв . Короткий термін роботи від акумулятора або ненадійний зв'язок часто призводять до скарг споживачів і невдалих запусків продуктів, тому керування енергоспоживанням та оптимізація РЧ (радіочастот) мають центральне значення у вашій стратегії проектування. Давайте розглянемо, як правильна гнучкі друковані плати та рідно-гнучка плата компоновка, структура шарів і вибір компонентів забезпечують енергоефективність, високу продуктивність і стійкість до перешкод друкована плата носимої електроніки .

Поради щодо керування енергоспоживанням для носимих пристроїв

1. Широкі друковані провідники живлення та суцільні площини заземлення

• Опір провідників має значення: Зменшуйте падіння напруги та втрати на опір, використовуючи найширші можливі друковані провідники живлення та заземлення — бажано ≥0,2 мм шириною скрізь, де це можливо, у конструкції гнучкої друкованої плати. Тонке мідне покриття або вузькі провідники швидко знижують ефективність систем із низьковольтними літієвими акумуляторами.
• Суцільні шари: У багатошарових гнучких та жорстко-гнучких конструкціях прокладайте землю та живлення у вигляді суцільних шарів. Цей підхід зменшує сприйнятливість до ЕМС/ЕСД і знижує втрати через нагрівання, що є критично важливим у пристроях, які часто виходять із режиму очікування та здійснюють бездротовий зв'язок.

2. Декуплювання та цілісність живлення

• Ретельне розміщення декуплювальних конденсаторів: Розташовуйте конденсатори якомога ближче до контактів живлення/землі та LDO/понижувальних перетворювачів.
• Короткі широкі з'єднання: Використовуйте найкоротші можливі провідники між конденсаторами та контактами ІМС, щоб придушити шум та пульсації.

3. Стабілізатори з низьким падінням напруги та імпульсні стабілізатори

• LDO для максимально тихого живлення: Аналогові/РЧ-секції зазвичай використовують LDO для отримання живлення з низьким рівнем шуму, навіть за рахунок певної втрати ефективності.
• Імпульсні стабілізатори для підвищення ефективності: Цифрові платформи та сенсори віддають перевагу імпульсним перетворювачам через високу ефективність, але за рахунок складнішої розводки (високочастотний комутаційний шум; необхідне ретельне планування друкованої плати та екранування).

4. Сегментовані силові лінії

• Комутовані силові домени: Використовуйте перемикачі навантаження або МОП-транзистори, щоб вимикати живлення окремих блоків (наприклад, сенсорів, Bluetooth, дисплеїв) у стані бездіяльності, запобігаючи витраті струму у режимі сну.
• Індикатори заряду батареї: Розташування індикаторів заряду батареї на головному вході гнучкої друкованої плати спрощує вимірювання рівня заряду на рівні системи та дозволяє використовувати інтелектуальні протоколи заряджання.

Оптимізація ВЧ для збірки друкованих плат у носимих пристроях

Життєздатність носимих пристроїв залежить від їхньої здатності надійно передавати дані. Незалежно від того, чи це Bluetooth для навушників, Wi-Fi для моніторів пацієнтів чи NFC для безконтактної оплати, проектування ВЧ у гнучкі друковані плати збірках має подолати безліч проблем інтеграції.

1. Контрольоване імпедансне та трасове проектування

• Узгодження імпедансу: Підтримування 50 Ом характеристичний імпеданс на ВЧ-трассах, використовуючи структури мікрополоскової лінії або співвісної хвилеводної лінії, як рекомендують виробники мікросхем.
  • Налаштуйте ширину траси, відстань до заземлення та структуру шарів друкованої плати відповідно до калькулятор імпедансу .
• Короткі та прямі ВЧ-трасси: Робіть лінії живлення антен якомога коротшими та прямими, щоб мінімізувати втрати на введення та спотворення сигналу.

2. Зони безперешкодного доступу та розташування антени

• Безперешкодна зона — це важливо: Забезпечте щонайменше 5–10 мм зазору навколо антен, без міді, заземлення та великих компонентів.
  • Для малих гнучких друкованих плат використовуйте друковані антени на гнучкій ділянці — вони гнуться разом із пристроєм і потребують надійної настройки/узгодження.
• Без металу зверху/знизу: Уникайте розташування акумуляторних блоків, екранів або дисплеїв безпосередньо над антенами або ВЧ-пристроями; це може призвести до розладу антени та послаблення випромінюваної потужності.

3. Екранування, заземлення та ізоляція

• Екранування ВЧ-заземлення: Створюйте заливки заземлення та екрани з перегородками (через отвори) на межах розділення ВЧ/цифрових ліній.
  • Використовуйте перегородки з отворами (ряди отворів з кроком 0,5–1,0 мм) для ізоляції ВЧ-зон.
• Ізоляція цифрових/ВЧ-сигналів: Розміщуйте цифрові годинникові сигнали, лінії передачі даних і імпульсні джерела живлення подалі від чутливих ВЧ-ділянок. За необхідності використовуйте вирізи або ізоляційні щілини в площинах заземлення.

Дослідження випадку: модуль Bluetooth у трекері фітнесу

Команда розробників популярного фітнес-трекера використала шестигоризонтальну конструкцію гнучкої друкованої плати з окремими екрануючими шарами на верхній та нижній сторонах. Антену Bluetooth розмістили на самому кінчику гнучкої ділянки ремешка, забезпечивши 15 мм мідь-вільної, компонент-вільної зони. Розробники використали калькулятор контрольованого опору, щоб точно підігнати лінію живлення до 50 Ом.

11. Керівництво з проектування для технологічності (DFM)

Перехід від чудової збирання друкованих плат для носінних пристроїв ідеї до масового виробництва означає проектування не лише з урахуванням функціональності — виробництво є вирішальним фактором. Ігнорування DFM для гнучких друкованих плат або жорстко-гнучких структур може призвести до браку виробництва, втрат виходу придатної продукції, зростання витрат або навіть затримки запуску. У пристроях носимого типу, які мають малі, нестандартні форми та високі вимоги до надійності, кожна деталь вашого підходу до DFM має значення.

Основні положення DFM для гнучких та жорстко-гнучких друкованих плат

Забезпечуйте достатній радіус вигину

• Правило: радіус вигину ≥10× товщина Для будь-якої динамічної гнучкої зони (ділянки, яка буде вигинатися під час експлуатації) мінімальний внутрішній радіус вигину має становити 10 разів більше загальної товщини гнучкого пакета .
  • Приклад : Гнучку друковану плату товщиною 0,2 мм не можна вигинати сильніше, ніж радіусом 2 мм під час нормальної роботи.
• Більш тугі вигини можливі для статичних застосувань, але завжди вимагають тестування циклів перед виробництвом для кваліфікації.

Уникайте компонентів та монтажних отворів у гнучких/вигинних ділянках

• Жодних компонентів/отворів поблизу країв або гнучких ділянок:  
  • Розташовуйте всі критичні/чутливі елементи на жорстких ділянках або далеко від осей вигину.
  • Правило: Залишайте запас щонайменше 1 мм між найближчим компонентом/отвором і початком динамічного вигину.
• Тільки затампоновані або заповнені отвори: Запобігає капілярному проникненню флюсу або подальшому потраплянню вологи/корозії.

Включайте фідукіали, технологічні отвори та орієнтирні елементи

• Фідукіальні мітки: Забезпечують чіткі точки для вирівнювання SMT — критично важливо для точного монтажу, особливо з компонентами 0201.
• Технологічні отвори: Дозволяють точне розміщення на складальних трейсах, що є обов'язковим для високошвидкісного автоматизованого монтажу гнучких плат.

Зберігайте симетрію міді та структури шарів

• Збалансоване розподілення міді: Забезпечує рівномірні механічні властивості та зменшує ризик деформації або скручування плати після паяння або вигинання.
• Симетричне розміщення шарів: Для конструкцій з жорстким і гнучким шаром рекомендується дзеркальне розташування шарів, щоб плата не «скручувалася» після виготовлення або нанесення покриття.

Використовуйте відповідні жорсткі елементи та підсилення

• Жорсткі ділянки потребують підсилення: Додавайте жорсткі елементи (FR-4 або поліімідні пластини) під зонами SMT-з’єднувачів, контрольними площадками або компонентами, які можуть піддаватися зусиллям при вставці/витягуванні.

Рекомендації щодо проектування для збірки носимих гнучких друкованих плат

• Конструкція контактних майданчиків: Використовуйте контактні майданчики, які не визначаються за допомогою маски (NSMD), для покращення якості паяних з'єднань.
• Розміщення компонентів: Залишайте достатній простір між SMT-компонентами для забезпечення можливості інспектування за допомогою автоматичного оптичного контролю (AOI) або рентгенівського аналізу, особливо для мікро-BGA.
• Відступ від краю: Щонайменше 0,5 мм від міді до контуру плати, щоб уникнути замикань, розшарування або поганих краєвих фінішів.

Таблиця рекомендацій з трасування

Використання інструментів аналізу DFM

Промислові інструменти від провідних виробників друкованих плат спрощують перехід від проектування до виробництва. Використовуйте безкоштовні/онлайн-засоби перевірки DFM, щоб виявити ризики виготовлення до передачі gerber-файлів вашому постачальнику гнучких плат.

• Інструмент DFM JLCPCB: Веб-заснований, підтримує гнучкі, жорсткі та комбіновані гнучко-жорсткі конструкції.
• Аналізатори DFM ALLPCB/Epec: Містять бібліотеки шарів для гнучких конструкцій, загальні правила IPC та можливість моделювання етапів виробничого процесу.
• Внутрішні перевірки DFM: Багато інструментів EDA підтримують аналіз DFM для гнучких та комбінованих гнучко-жорстких плат на основі правил — активуйте та налаштуйте їх якомога раніше під час розведення.

Контрольний список перевірки DFM

• Переконайтеся, що всі передбачені вигини відповідають мінімальному радіусу.
• Жодних компонентів або контрольних площадок у зонах вигину/гнучкості.
• Шари конструкції збалансовані та симетричні.
• Фідуціали та технологічні отвори на кожній панелі.
• Жорсткі накладки вказані під з’єднувачами та місцями з великим навантаженням.
• Всі DR (правила проектування) перевіряються DFM постачальником перед масовим виробництвом.

Приклад: уникнути дорогоцінних помилок

Провідний стартап носимого обладнання не встиг врахувати радіус вигину і через розміщення в їх фітнес-пластир першого покоління, що призвело до 32% відхилення від роботи через тріщини і відкриті провідники у виробництві No1. Після переробки з правильним DFM, додавши 1 мм через-до-вигиб буфер і збільшивши мінімальний радіус вигибу до 8× товщини, врожайність зросла до 98,4% в наступній партії і гарантійні претензії зникли.

12. Часті збої в PCB-об'єднанні та як їх запобігти

Незважаючи на досягнення в області матеріалів, збірки та автоматизації проектування, реальні результати збирання друкованих плат для носінних пристроїв часто диктується кількома повторюваними і запобіжними режимами невдачі. Розуміння основних причин і застосування найкращих методів запобігання є важливим для уникнення дорогоцінних відкликів, повернень або незадоволених клієнтів. У цьому розділі детально найпоширеніші механізми збою зустрічається в гнучкі друковані плати та рідно-гнучка плата виробництво та викладає перевірені, практичні рішення.

Утворення тріщин у припою та втома

Що йде не так: Оскільки гнучкі друковані плати піддаються багаторазовому згинанню — іноді тисячам циклів згинання під час щоденного використання носимих пристроїв — напруження накопичується в паяних з'єднаннях SMD-компонентів, особливо на осях згину або в зонах із великим перепадом деформацій. З часом у припої можуть утворитися мікротріщини, що призводить до підвищеного опору або повного розмикання ланцюга.

Чому це відбувається:

• Розташування компонентів у динамічних зонах згину або поблизу них.
• Використання крихких сплавів припою або відсутність заливки під компонентами там, де це необхідно.
• Надмірне нагрівання під час складання/переробки (що призводить до зростання зерен у мікроструктурі або утворення концентраторів напружень).
• Поганий дизайн з'єднання гнучкої та жорсткої частин, що призводить до концентрації напружень на одному краю.

Як запобігти:

• Завжди розміщуйте великі або жорсткі компоненти подалі від осей згину — найкраще — у жорстких зонах.
• Нанесіть підтікання під BGA, QFN або великі компоненти в гнучких зонах, щоб розсіяти та поглинути механічне напруження.
• Використовуйте гнучкі сплави для паяння (наприклад, з підвищеним вмістом срібла для пластичності).
• Моделюйте згинання на етапі створення прототипу (випробування на згинання понад 10 000 циклів).
• Проектуйте плавні переходи між шарами (без різких перепадів між жорсткими/гнучкими зонами).

Розшарування та відокремлення клею

Що йде не так: Шари гнучкої друкованої плати (FPC) або комбінованої жорстко-гнучкої плати відокремлюються — або по межі розділу мідь-поліімід, усередині клейового шару, або під захисним покриттям у середовищах із високою вологістю. Розшарування часто має катастрофічний характер і призводить до негайного розриву ланцюга.

Основні причини:

• Затраплена волога під час складання (відсутність попереднього випалювання гнучких плат).
• Занадто високі температури паяння, що призводять до деградації клеїв.
• Погана адгезія міді до полііміду через забруднення або неправильну послідовність шарів.
• Механічні напруження під час складання через неправильне кріплення жорстких вставок.

Як запобігти:

• Завжди проводьте попереднє випалювання гнучких друкованих плат (125°C, 2–4 години) перед SMT-монтажем, щоб видалити поглинуту вологу.
• Використовуйте низькотемпературний припій та налаштуйте профілі паяння щоб уникнути розкладання клейових матеріалів.
• Вказуйте високоякісний поліімід та перевірені клейові системи.
• Обережне проектування/застосування підсилювачів —застосовується з еластичними плівками, а не твердими клейовими смужками.

Таблиця: контрольний список запобігання розшаруванню

Корозія та проникнення вологи

Що йде не так: Незахищені мідні доріжки, переходи або площадки піддаються корозії — особливо в пристроях, схильних до поту — що призводить до утворення зелених мідних солей, високого опору, обривів ланцюга або дендритних замикань.

Кореневі причини:

• Неповне або погано нанесене захисне покриття.
• Проникнення вологи через відкриті/незаповнені отвори в гнучких ділянках.
• Незагерметизовані краї або розшарування верхнього шару.
• Невірний вибір поверхневого покриття на відкритих площадках (HASL замість ENIG/OSP).

Як запобігти:

• Виберіть міцне захисне покриття (парилен, акрил, силікон) для герметизації в умовах навколишнього середовища.
• Покриття/заповнення всіх монтажних отворів у гнучких зонах; уникайте непотрібних крізних отворів.
• Крайове ущільнення та безперервне покриття плівкового шару гнучких друкованих плат.
• Використовуйте поверхневі покриття ENIG або OSP доведені для стійкості до корозії в носимих пристроях.

Дрейф РЧ та відмови бездротового зв’язку

Що йде не так: Пристрій, який працює в лабораторії, втрачає дальність або має переривчасту продуктивність Bluetooth/Wi-Fi «в реальних умовах». Нерідко повторна обробка або покриття пристрою зміщує резонансну частоту антени або збільшує втрати вносу.

Головні причини:

• Недостатній або неповторюваний зазор антени.
• Розлив землі або екранування розташовані надто близько до антени/сліду після повторного проектування або як виправлення.
• Неправильна структура шарів або неконтрольований імпеданс на ВЧ лініях.
• Покриття завелике за товщиною або з неправильним діелектричним коефіцієнтом нанесене на антени.

Як запобігти:

• Дотримуйтесь відстані 5–10 мм навколо антени як на рівні розташування, так і при складанні.
• Обережне регулювання імпедансу: Завжди використовуйте калькулятори структури шарів і тестуйте імпеданс у зібраних виробах під час виробництва.
• Настроювання антени в реальних умовах: Остаточне налаштування має бути виконане після нанесення всіх покриттів і складання корпусу.
• Встановіть перевірку ВЧ як обов’язковий пункт контролю якості на виході з виробництва , а не лише як контрольний список на етапі проектування.

Таблиця швидкої довідки щодо профілактики

Обов’язкове тестування Flex-Cycle та ресурсу

Для будь-якого виробу, призначеного для носіння або гнучкого використання, зразки перед виробництвом мають пройти прискорене тестування на згинання , падіння, вологість та соляний туман. Результати цих випробувань мають стимулювати ітераційне вдосконалення конструкції — задовго до масового виробництва.

Згустково: Більшість відмов у Сборка гнучкої плати (FPC) та виробах гнучко-жорстких друкованих плат виникає через неправильне дотримання основних принципів — розташування, управління вологою, покриття та цілісність електричної схеми. Якщо ви заздалегідь продумуєте ці аспекти, ви зможете створити продукт найвищого класу, друкована плата носимої електроніки який успішно працюватиме в реальних умовах — а не лише в лабораторії.

13. Майбутні тенденції у виробництві гнучких та жорстко-гнучких друкованих плат

Світ збирання друкованих плат для носінних пристроїв і гнучка електроніка розвиваються надзвичайно швидко. Оскільки побутові та медичні пристрої стають все меншими, розумнішими та міцнішими, наступна хвиля інновацій у гнучкі друковані плати та рідно-гнучка плата конструюванні та виробництві має змінити не лише носимі пристрої, а й усю електронну індустрію. Розглянемо найважливіші чинники, поява нових тенденцій які визначатимуть майбутнє друкована плата носимої електроніки технологіях.

1. Передові матеріали: понад поліімід

• Підкладки з графену та наноматеріалів: Введення графен та інші двовимірні матеріали мають відкрити нові можливості для надтонких, високопровідних і надзвичайно гнучких схем. Перші дослідження показують покращену гнучкість, підвищену здатність проводити струм і потенціал для інтегрованих біосенсорів або розтяжних дисплеїв (наприклад, електронні шкіряні пластирі або м'яка робототехніка).
• Розтяжні суміші на основі полііміду: Нові варіанти полііміду з вбудованими властивостями еластичності та пружності дозволять друкованим платам витримувати не лише вигинання, а й розтягнення та скручування — що ідеально підходить для медичних носимих пристроїв нового покоління, які повторюють рухомі суглоби, або розумного спортивного одягу.
• Біосумісні та біорозкладні основи: Для імплантатів та екологічно чистих одноразових матеріалів дослідження рухаються вперед у напрямку матеріалів, які безпечно розкладаються після використання або довгий час залишаються інертними в організмі.

2. Друковані друковані плати гнучкої конструкції та швидке прототипування

• друковані плати та міжз'єднання, виготовлені методом 3D-друку: Поєднання адитивного виробництва та функціональних чорнил тепер дозволяє безпосередньо друкувати цілі стеки схем, антени та навіть гібриди жорстких і гнучких плат у єдиному процесі. Це скорочує час на створення прототипу з кількох тижнів до годин і відкриває простір для творчості у створенні органічних або вбудованих компонувань.
• Персоналізовані медичні пристрої: Клініки та науково-дослідні лікарні зможуть невдовзі швидко друкувати індивідуальні носимі монітори для пацієнтів, які точно відповідають анатомії або медичним потребам — це значно знизить витрати та покращить результати лікування.

3. Зростання щільної багаторівневої інтеграції

• Збільшення кількості шарів: Оскільки розумні годинники та медичні пристрої вимагають більше функцій у тому ж (або меншому) просторі, галузь швидко рухається до 6-шарових, 8-шарових або навіть 12-шарових гнучких конструкцій друкованих плат із застосуванням надтонкого мідного шару (до ~9 мкм) і надтонких діелектриків.
• Технологія надтонких провідників і мікроперехідних отворів: Мікроперехідні отвори розміром до 0.05 мм та крок компонентів менше 0,3 мм найближчим часом стануть звичайним явищем, що дозволить розміщувати все більше сенсорів, пам’яті та інтегральних схем управління живленням на площах розміром в міліметри.
• Система в корпусі (SiP) та чіп на гнучкій платі Прямий монтаж необроблених кристалів (чіп-на-гнучкому), багаточипових модулів та інтегрованих пасивних компонентів на гнучких основах дозволить зменшити розміри та підвищити функціональність носимих пристроїв.

4. Інтеграція з розтяжними та текстильними електронними системами

• Інтегрування в текстиль: Електронні пристрої, які можна носити, все частіше переплетаються з одягом (розумні сорочки, шкарпетки та пластирі), де гнучкі або жорстко-гнучкі друковані плати можуть бути герметизовані або прошиті безпосередньо в тканину для безшовного користування.
• Інновації у гнучких друкованих платах: Металеві сітки, зигзагоподібні провідники та інженерія основ дозволяють створювати справжні розтяжні електричні ланцюги — здатні розтягуватися на 20–50% — що стає реальністю для фітнес- та медичних пристроїв, які мають гнутися, скручуватися та розтягуватися разом із тілом, не втрачаючи функцій.

5. Автоматизоване тестування, інспектування та підвищення виходу придатної продукції за допомогою штучного інтелекту

• Інтеграція розумного виробництва: Виробничі лінії для гнучкого монтажу друкованих плат тепер впроваджують інспекцію на основі штучного інтелекту (AOI, рентгенівська та перевірка літаючим щупом) для виявлення мікродефектів, прогнозування відмов та оптимізації виходу придатної продукції.
• Тестування циклів як стандарт: Автоматизовані стенди для випробувань на згин та вплив навколишнього середовища незабаром стануть стандартом, забезпечуючи відповідність кожної партії друкованих плат для носимої електроніки вимогам до функціонального терміну служби — не як додаткова опція, а як інтегрована частина процесу.

6. Розширення IoT та бездротових технологій

• Безперебійне підключення: Завдяки 5G, UWB та новим протоколам IoT, друковані плати для носимих пристроїв будуть інтегрувати більше антен, передові RF-перемикачі та навіть самовідновлювані чи налаштовувані за частотою доріжки для оптимізації продуктивності в динамічних умовах (піт, рух, зміни навколишнього середовища).
• Генерація енергії прямо на платі: Конструкції FPC нового покоління вже досліджують вбудовані елементи збирання сонячної, трибоелектричної або радіочастотної енергії, що подовжують час роботи пристрою або навіть дозволяють створювати «розумні пластири» без батарей.

Погляд галузі та цитати

«Ми рухаємося далі простого гнучкого матеріалу; наступного покоління друковані плати будуть м'якими, розтяжними й майже непомітними для користувача. Межа між платою та продуктом зникає»  — Директор з НДДКР, носимі технології, один із п’яти провідних виробників техніки

«Кожний прорив у технології основ — графен, розтяжний поліімід — стискає не лише пристрій. Він породжує цілком нові категорії продуктів: розумні татуювання, вплетені сенсори, біосенсорні пігулки та багато чого іншого»  — Головний науковець-матеріалознавець, розробник медичних пристроїв

Таблиця: Функції, готові до майбутнього, які з’являться у виробництві гнучких та жорстко-гнучких друкованих плат

14. Висновок: Чому гнучкі та жорстко-гнучкі друковані плати забезпечують технології нового покоління

Подорож крізь збирання друкованих плат для носінних пристроїв —від основних матеріалів і стратегій багатошаровості до тонкої збірки, захисту та майбутніх тенденцій—виявляє єдину фундаментальну істину: гнучкі друковані плати та рідно-гнучка плата технології є основою, на якій буде створено наступне десятиліття інновацій у носимій та медичній електроніці.

Ключ до мініатюризації та функціональності

Чи це непомітний медичний пластир, чи розумний годинник із багатьма функціями, мініатюризація визначає сучасні носимі пристрої. Лише гнучкі друковані плати та їхні жорстко-гнучкі аналоги можуть повною мірою використовувати наявний простір, звиваючись уздовж вигинів, розміщуючи критично важливі функції в менш ніж міліметрову товщину й забезпечуючи легкість пера комфорту для кінцевих користувачів.

Таблиця: Підсумок — Чому гнучкі та жорстко-гнучкі плати виграють у носимих пристроях

Надійність та термін служби продукту

Носимі пристрої піддаються тисячам циклів згинання, впливу поту, ударів і повсякденного використання. Лише завдяки ретельному Сборка гнучкої плати (FPC) , конформному покриттю, продуманому розташуванню компонентів і перевіреним правилам DFM можна уникнути помилок, через які менш вдалі конструкції зазнають краху. Найуспішніші та надійні продукти на ринку всі дотримуються цих основоположних принципів — що забезпечує справжній комерційний успіх і задоволених користувачів.

Підвищення продуктивності та управління енергоспоживанням

Від терміну роботи батареї до продуктивності RF Друкованого плати для носимих пристроїв встановлює планку. Складнощі контролю імпедансу, пригнічення шумів і інтегрованої малопотужної схемотехніки, які стають можливими завдяки найновішим технологіям виробництва, забезпечують стабільну роботу носимих пристроїв при мінімальному енергоспоживанні від дрібних акумуляторів.

Реалізація революційних застосувань

Рідно-гнучка плата та сучасні гнучкі друковані плати задовольняють не лише сьогоднішні потреби — вони відкривають двері для проривів майбутнього:

• Розумні медичні пластирі, що безперервно відстежують стан здоров'я пацієнта
• Пристрої для фітнесу, які можуть непомітно вбудовуватися в одяг або тіло
• Модулі AR/VR, які є непомітними, легкими та майже невагомими
• Носимі пристрої IoT і з підтримкою ШІ з можливістю реального зв'язку в режимі реального часу, рекуперацією енергії та вбудованим інтелектом

Усе про співпрацю

Нарешті, використання всієї потужності друкована плата носимої електроніки рішень — особливо для масового ринку або регульованих застосунків — означає роботу з експертними партнерами у виробництві друкованих плат, комплектації та тестуванні. Використовуйте їхні інструменти DFM, проводьте перевірку в реальних умовах перед запуском продукту та сприймайте досвід із практики як основу для постійного вдосконалення.