Що потрібно враховувати під час проектування друкованих плат з жорстко-гнучких кіл

Вступ: Навіщо потрібні жорстко-гнучкі друковані плати?

Рідно-гнучка плата технологія поєднує переваги традиційних жорстких плат (які зазвичай виготовляються з матеріалу FR-4 або подібних) і адаптивність гнучкі друковані плати —часто виготовляються на основі високоякісних поліімідних підкладок. Це гібридне рішення дозволяє конструкторам створювати складні міжз'єднання, зменшувати вагу та підвищувати загальну надійність і технологічність виробів, особливо в умовах високої щільності, сильного вібраційного навантаження та обмеженого простору.

Жорсткі vs Гнучкі vs Жорстко-гнучкі: Основні відмінності

Жорстко-гнучкі друковані плати особливо вигідні в застосуваннях, де електронні вузли повинні витримувати багаторазове згинання, вібрацію, удари або циклічні зміни температури. До типових умов належать електроніка для авіації та космонавтики , медичні прилади , обладнання військового стандарту , міцні носимі пристрої та швидкозростаючий світ Інтернету речей.

Переваги та цілі проектування технології жорстко-гнучких друкованих плат

• Зменшена вага та економія місця: Вилучення громіздких з'єднувачів та кабельних жгутів упритожнює електронне упаковування, роблячи пристрої легшими та компактнішими.
• Покращена надійність: З меншою кількістю паяних з'єднань та міжз'єднань кожен гнучкий ланцюг зменшує потенційні точки відмов, особливо на межі гнучких та жорстких переходів.
• Висока щільність інтеграції: Легко досягається монтаж компонентів з малик кроком та високощільнісні міжз'єднання (HDI), що дозволяє досягти просунутого мініатюризації.
• Покращена довговічність: Багатошарові конструкції жорстко-гнучких друкованих плат витримують жорсткі механічні та екологічні умови, включаючи високий вібрації, повторне згинання та екстремальні температури.
• Ефективність виробництва: Повністю готове виробництво зі стійкими DFM (конструюванням для придатності виготовлення) правилами дозволяє безперешкодну збірку та знижує загальну вартість системи.

Болючі проблеми, вирішені за допомогою конструювання жорстко-гнучких ланцюгів

Сучасна електроніка — і особливо критичні за призначенням пристрої — стикаються з низкою вимог: мініатюризація, зменшення ваги, стійкість до механічних ударів і вібрації, а також безкомпромісна надійність. Традиційні жорсткі друковані плати часто не можуть відповідати цим вимогам, особливо в авіації, медицині, військовій галузі чи для надійних споживчих продуктів. Це рідно-гнучка плата стає елегантним рішенням багатьох таких проблем завдяки передовим матеріалам, продуманій структурі шарів та унікальній гібридній конструкції.

Стійкість до складних умов експлуатації

Авіація, оборона, промисловість та медичні пристрої часто працюють у умовах сильного механічного навантаження: багаторазові удари, вібрація, вигини, різкі перепади температур, а іноді й під впливом агресивних хімікатів або вологи. У таких умовах традиційні жорсткі плати або кабельні з'єднання можуть мати тріщини у паяних з'єднаннях, відмову роз’ємів або переривчасті обриви ланцюга через втомлення від вібрації.

Жорстко-гнучкі плати зводять ці ризики до мінімуму шляхом:

• Усунення з'єднувачів та жорстких перемичок між платами, зменшення кількості схильних до відмов з'єднань.
• Використання гнучкі поліімідні ділянки які поглинають механічне напруження, розподіляють деформацію та залишаються надійними протягом сотень тисяч циклів вигинання — значно перевершуючи паяні дроти чи з'єднувачі.
• Забезпечення безперервних переходів із гнучких у жорсткі ділянки що захищають чутливі провідники та переходи від зон підвищеного навантаження, як визначено в рекомендаціях IPC-2223.

Переваги у вазі, місці та надійності

Зменшення ваги та займаного об’єму є одними з основних переваг використання конструкції комбінованих жорстко-гнучких плат. У застосунках, чутливих до ваги, таких як супутники, імплантовані медичні пристрої або носимі прилади, кожен грам має значення. Вилучення потреби у традиційному кабелюванні, важких з'єднувачах та допоміжному обладнанні жорстко-гнучкі стеки забезпечують компактні, чисті та надійні електронні платформи.

Список: Переваги надійності та економії

• Менше кроків збірки: Оптимізований виробничий процес, оскільки кілька жорстких плат, гнучких перемичок і з’єднувачів об'єднано в одну збірку друкованої плати.
• Нижчі витрати на збірку: Менше операцій з підключення/прокладання дротів, скорочення перевірок і менше робочої сили означають нижчу загальну вартість системи.
• Збільшений термін служби: Відсутність рухомих контактів і тертя забезпечує цілісність електричних ланцюгів протягом усього життєвого циклу продукту.

Нове застосування: Надійні мініатюрні споживчі товари

The Інтернет речей (IoT) , пристрої для відстеження фізичної активності, смарт-годинники нового покоління та портативні медичні монітори вимагають електроніки, яка є легкий , мініатюрною , і здатною витримувати багаторазове згинання. У цих випадках технології гнучких та жорстко-гнучких друкованих плат отримують стрімке поширення.

Зведена таблиця: Основні переваги та цільові галузі

Унікальна конструкція та підбір матеріалів гнучко-жорстких друкованих плат, поєднані з продуманим шаруватим стеком та розташуванням трас, дозволяють електронним вузлам витримувати найскладніші умови експлуатації та довгий термін служби — часто з істотним зменшенням розміру та складності.

Коли варто враховувати при проектуванні друкованих плат з жорстко-гнучкими ланками?

Вибір реалізації рідно-гнучка плата технології часто зумовлений конкретними механічними, електричними або експлуатаційними вимогами, які виходять за межі можливостей чисто гнучкої друкованої плати або традиційної жорсткої конструкції. Знання того, коли слід застосовувати керівництво з проектування жорстко-гнучких плат може стати вирішальним для досягнення цілей щодо продуктивності, технологічності та вартості.

Найкращі сценарії застосування

Розглянемо кілька ідеальних ситуацій, у яких жорстко-гнучкі друковані плати мають чіткі переваги:

• Усунення з’єднувачів та кабелів: Коли продукти мають передавати сигнали між кількома жорсткими друкованими платами, кожен з’єднувач і кабель додає точки відмов та збільшує трудомісткість складання. Жорстко-гнучкі плати інтегруйте ці з'єднання за допомогою гнучких ділянок із полііміду, зменшуючи як фізичну, так і електричну вразливість.
• Конструкції з обмеженим простором: У носимих пристроях, мініатюрних сенсорах, імплантуючих медичних пристроях або компактній авіаційно-космічній електроніці просто немає місця для традиційного кабелювання або надмірного розташування плат. Стеки жорстко-гнучких плат дозволяють творче тривимірне компонування — плати можна складати або розташовувати шарами, щоб вміститися у складні корпуси.
• Середовища з високим рівнем вібрацій або ударів: Військові системи, БПЛА, автомобільна та промислова автоматика виграють від відсутності з’єднувачів, які можуть розхитатися, погіршуватися або мати пошкодження паяних з’єднань.
• Обґрунтування вартості: Якщо ваша конструкція інакше вимагатиме кількох жорстких друкованих плат, з'єднаних гнучкими кабелями та з'єднувачами, вартість цих додаткових компонентів, робочої сили та постійних проблем із надійністю часто перевищує надбавку за рішення жорстко-гнучкого типу — особливо якщо враховувати загальну вартість життєвого циклу.

Приклади застосування:

• Дрони та авіаційні модулі камер
• Стимулятори серця, системи доставки ліків, медична візуалізація
• Розумні годинники, фітнес-браслети, складані телефони, гарнітури з розширеною реальністю (AR)
• Високопродуктивне промислове випробувальне обладнання

Як жорстко-гнучкі друковані плати сприяють інноваціям

Технологія жорстко-гнучких друкованих плат — це не лише про розміщення в обмежених просторах або витримання важких умов. Видаливши традиційні обмеження фізичного проектування, інженери можуть:

• Прокладати високошвидкісні сигнали через кілька площин без розривів імпедансу.
• Ізолювати чутливі аналогові або ВЧ-ділянки в гнучкій зоні, мінімізуючи ЕМІ.
• Збирати повноцінні багатоплатні пристрої як окремі модулі — значно спрощуючи інтеграцію та тестування кінцевого продукту.

Компроміси щодо вартості та виробництва

Важливо зважати рідно-гнучка плата переваги проти початкових та поточних витрат:

• Плати з жорстко-гнучкими платами зазвичай коштують у 2–3 рази більше за одиницю порівняно з простою гнучкою схемою або жорсткою друкованою платою з підсилювачем, головним чином через складні багатошарові конструкції та багатоетапне виготовлення.
• Однак ці витрати компенсуються меншою кількістю етапів складання, нижчим рівнем відмов та скороченням повернень у полі —особливо для високоякісних або критично важливих пристроїв.

Розуміння гнучкості у гнучких та жорстко-гнучких друкованих платах

Однією з визначальних ознак є гнучка друкована плата (Flex PCB) або жорстко-гнучке коло полягає в його здатності згинатися та пристосовуватися до тривимірних форм і рухів, необхідних сучасним електронним конструкціям. Однак, забезпечення надійної продуктивності при згинанні вимагає уважного підходу до механічних, матеріальних та компоновочних деталей. Різниця між конструкцією, яка витримує мільйони циклів згинання, і тією, що руйнується після кількох сотень, часто полягає у розумінні та застосуванні основних гнучкість гнучких друкованих плат правил.

Статичний проти динамічного проектування гнучких друкованих плат

Гнучкі кола піддаються або статичний або динамічному згинанню :

• Статичний гнучкий: Друкована плата згинається лише один раз або кілька разів під час складання чи встановлення і залишається у фіксованому стані протягом усього строку служби (наприклад, модуль сенсора камери, який складається під певним кутом).
• Динамічний гнучкий: Коло згинанняється багаторазово під час звичайного використання (наприклад, шарнірні ділянки у складних телефонах, браслети для фітнесу або робототехніка).

Головна ідея: Динамічні гнучкі друковані плати повинні бути спроектовані значно обережніше, із більшим радіусом згину та використанням більш міцних матеріалів і схем трасування, щоб уникнути втоми міді та утворення тріщин у провідниках.

Радіус згину та коефіцієнт згину

Найважливішим параметром надійності гнучких плат є радіус згину — мінімальний радіус, на який можна вигнути гнучку ділянку без ризику механічного або електричного пошкодження.

Загальні рекомендації щодо мінімального радіуса згину:

Поради щодо проектування згинаних ділянок

1. Уникайте різких вигинів

• Використовуйте широкі, плавні вигини — ніколи не робіть згини під 90°. Плавні трасування рівномірно розподіляють механічне навантаження та запобігають локальним пошкодженням.

2. Орієнтуйте провідники уздовж осі вигину

• Провідники (дорожки) мають проходити паралельно напрямку вигину — ніколи не перпендикулярно. Це забезпечує вирівнювання напрямку механічного навантаження та структури міді для найкращої гнучкості.

3. Знайдіть сліди на нейтральній осі

• Ключовий термін: нейтральна вигнута вісь — геометричний центр гнучкого ділянки, де стиснення та розтягування мінімізуються. Маршрутування чутливих провідників має проходити як можна ближче до цієї осі.

4. Товщина міді та перехресне шахування

• Використовуйте найтоншої міді (часто 0,5 унції або менше), необхідної для ваших потреб щодо провідності струму; тонша мідь може витримати більше циклів вигинання.
• Перехресне шахування мідного заливання у зонах вигину, щоб додатково підвищити гнучкість і зменшити напруження (замість суцільного заливання, яке може потріскатися).
• Для екранування ЕМІ використовуйте рельєфна площина з перехресним штрихуванням щоб забезпечити гнучкість із збереженням цілісності сигналу.

5. Вирізи, релейфи та пази

• Коли це можливо, додавайте вирізи або релейфні отвори у гнучкій частині, щоб видалити зайвий матеріал і полегшити кероване вигинання.
• Це має критичне значення в місцях широких вигинів для мінімізації «подібного до балки» ефекту (надмірного жорсткого закріплення) та розподілу напружень при вигинанні.

Товщина, мідь та експлуатаційні фактори

• Оберіть валкована відпалена мідь замість електроосадженої (ED) міді для максимальної пластичності та стійкості до втомлення — критично важливо для динамічних гнучких застосувань.
• Мінімізувати загальна товщина гнучкого кабелю шляхом ретельного проектування пакету: уникайте надлишку клею або товстого захисного шару, якщо це не потрібно для ізоляції.
• Передбачте вплив навколишнього середовища: високі температури, висока вологість або агресивні хімічні умови вимагають міцних матеріалів, стійких до хімічного впливу.

Приклад: Таблиця гнучкості гнучкого кабелю

Матеріали для гнучких та гнучко-жорстких друкованих плат

Матеріали, вибрані для вашого гнучка друкована плата (Flex PCB) або гнучко-жорсткого блоку безпосередньо впливають на гнучкість, надійність, довговічність, вартість та навіть можливість виготовлення. Розуміння властивостей основних матеріалів, клеїв, підсилених шарів і покриттів є ключовим для застосування найефективніших настанов для проектування гнучко-жорстких друкованих плат та відповідності галузевим стандартам, таким як IPC-4202, IPC-4203 та IPC-4204.

Поширені матеріали для гнучких друкованих плат та їхні ролі

1. Діелектрик та захисна плівка

• Поліімідна плівка: Основний матеріал у галузі гнучких друкованих плат, поліімід відрізняється винятковою гнучкістю, термічною стійкістю та стійкістю до хімічних впливів. Найвищі ґатунки поліімідів, що використовуються у гнучких ланцюгах, мають діелектрична стала (Dk) у діапазоні від ~2,5 до 3,2 при 10 ГГц , що дозволяє надійне проектування контрольованого імпедансу для високошвидкісних сигналів.
• Коверлей: Шар на основі полііміду, який ламіновано на верхню та нижню сторони гнучкого друкованого елемента для забезпечення ізоляції, механічного захисту та зниження напруження в місцях згину.
  • Примітка : Товщина коверлею та рівномірність клейового шару мають ключове значення для витримування повторних згинів та забезпечення ізоляції між міддю та навколишнім середовищем.

2. Провідники: Вибір мідної фольги

• Катаний відпалений мідний дріт: Золотий стандарт для динамічних гнучких друкованих елементів, цей тип міді є механічно пластичним, стійкий до утворення тріщин і ідеальний для високогнучких або динамічних застосувань.
• Електроосаджена (ED) мідь: Підходить для статичних гнучких елементів або ділянок із низьким рівнем згинання — вона має нижчу вартість, але менш стійка до повторних згинів.
• Вага міді: Більшість гнучких конструкцій використовують мідь 0,5 або 1 унцію. Тонша мідь збільшує гнучкість, але має бути збалансована з вимогами до провідності струму.

бондплі та клеї

• Акриловий клей: Універсальний та економічний варіант для загального використання; підходить для більшості побутових пристроїв або стандартної електроніки.
• Епоксидний клей: Забезпечує кращу термостійкість і стійкість до вологи; переважно використовується в авіаційно-космічній галузі або для високонадійних збірок.
• Тискочутливі клейові матеріали (PSA): Зручні для кріплення гнучких друкованих плат до металевих, пластикових або композитних корпусів, де може знадобитися повторне складання або переустановка.
• Термореактивні клейові плівки: Забезпечує постійне з'єднання, затверділе від нагріву, у критичних пакетах.

4. FCCL (Гнучкий плівковий матеріал, покритий міддю)

• Цей матеріал складається з поліімідної плівки, покритої фольгою з міді — утворює основні шари всіх гнучких плат. FCCL виготовляється у версіях із клеєм та без клею, при цьому варіант без клею має кращі електричні та експлуатаційні характеристики, менше поглинає вологу та має вищу температурну стійкість.

Гнучкі конструкції із клеєм та без клею

Найкраща практика:

Для високонадійних та динамічних гнучких конструкцій конструкції без клею тепер вважаються золотим стандартом.

Ребра жорсткості та поверхневі покриття

• Матеріали ребер жорсткості:  
  • Ребро жорсткості з каптону: Використовується для роз'ємів ZIF (нульового зусилля підключення) або там, де гнучкі ділянки потребують локального підсилення.
  • Ребро жорсткості FR-4: Розміщується під жорсткими монтажними зонами або роз'ємами, щоб запобігти вигину/навантаженню.
  • Металеве ребро жорсткості (наприклад, нержавіюча сталь, алюміній): Використовується в місцях кріплення з високим навантаженням та високим опором до ударів.
• Поверхневі обробки:  
  • ENIG (хімічне нікелювання та іммерсійне золочення): Поширений для контактів із контролюваною імпедансною здатністю або високою надійністю.
  • OSP, HASL, срібло, олово: Обирається на основі технологічного процесу складання та вимог до продуктивності.

Швидкий довідник матеріалів (зі стандартами IPC)

Вибір правильного матеріалу для багатошарової структури: що потрібно пам'ятати

• Використання поліімід та відпалений прокатаний мідний провідник для будь-якого гнучкого ланцюга, який передбачає понад десятки тисяч циклів вигинання (наприклад, динамічна гнучкість у носимих пристроях або авіації)
• Для високочастотних сигналів перевірте діелектрична проникненість своєї плівки та основного матеріалу — критично важливо для застосувань <10 ГГц.
• Завжди консультуйтеся зі своїм виробником гнучких друкованих плат на ранніх етапах — варіанти матеріалів можуть збільшити вартість, затримати терміни або навіть обмежити свободу проектування залежно від місцевих поставок та сертифікації процесів.

Кращі практики компонування та трасування гнучких та жорстко-гнучких друкованих плат

Компонування та трасування гнучка друкована плата (Flex PCB) або жорстко-гнучке коло це набагато більше, ніж просто з'єднання точок — саме тут механічна та електрична інженерія справді поєднуються. Правильний вибір компонування має вирішальне значення для максимізації терміну служби при згинанні, мінімізації відмов у експлуатації (наприклад, тріщин у через’ємних з'єднаннях або ефекту «I-балки»), а також для забезпечення можливості виготовлення та виходу придатної продукції. Нижче наведено базові правила та професійні поради, які допоможуть вам застосувати найкращі настанов для проектування гнучко-жорстких друкованих плат до вашого наступного проекту.

Загальні правила компонування

• Використовуйте достатній радіус вигину: Набір великі радіуси вигину у всіх гнучких зонах, що значно зменшує втомлення провідників і ризик розриву доріжок. Завжди дотримуйтесь рекомендованого радіуса вигину/співвідношення вигину від IPC-2223 для вашого пакета (див. попередній розділ).
• Надавати перевагу плавним доріжкам замість кутових: Прокладайте доріжки плавно та перпендикулярно лініям вигину. Уникайте гострих кутів (90° та 45°), які концентрують механічне напруження і можуть призвести до обриву.
• Орієнтація доріжок: Спрямовуйте всі доріжки уздовж лінії вигину (паралельно напрямку гнучкості). Перпендикулярні провідники набагато частіше ламаються при багаторазовому вигинанні.
• Мінімізуйте перетинання доріжок у зоні вигину: Не розміщуйте кілька доріжок безпосередньо одна навпроти іншої на суміжних шарах, щоб уникнути Ефекту I-балки — механізм відмови, коли протилежні провідники створюють жорстку, схильну до утворення тріщин зону.

Багатошаровий гнучкий: Просунуті рекомендації

При використанні багатошарових гнучких друкованих плат необхідно більш ретельно виконувати трасування:

• Ступінчасті траси: Зміщуйте провідники між шарами, щоб розподілити напруження і віддалити його від конкретних точок.
• Захисні перемички та поступові переходи: Для переходів між жорсткими та гнучкими ділянками додавайте структури «захисних перемичок» — широкі траси або форми міді, які закріплюються на краю переходу. Звужуйте мідь від широкого до вузького, замість різких ступінчастих змін.
• Зони заборони розташування елементів: Не розміщуйте віа, контактні майданчики або компоненти в активних згинальних зонах. Це мінімізує ризик утворення тріщин у віа та відшаровування трас.
• Відстань від отвору до міді: Зберігайте щонайменше 8 mil (0,2 мм) відстань між свердлом і міддю на всьому протязі конструкції — особливо важливо для контактних пальців роз’єму ZIF або кромкових з’єднань.

Кнопка (лише площадки) проти плакування панелі — компроміси

Найкраща практика: Для динамічних, високогнучких ділянок покриття тільки контактного майданчика («кнопка») забезпечує довший термін служби при вигині; для статичних або жорстких ділянок платування панелі може забезпечити більш міцні з'єднання.

Конструкція отворів: надійність на кожному переході

• Використовуйте каплевидні переходи на майданчиках та отворах: Каплевидні майданчики (закруглення) у основі з'єднань отворів і контактних площадок розподіляють напруження, зменшуючи ризик утворення тріщин у міді на краю свердління.
• Мінімальне кільце анулінгу Підтримуйте мінімальне кільцеве простір 8 міл мінімум для всіх переходів і контактних майданчиків, щоб запобігти обривам ланцюга та покращити вихід придатної продукції під час виробництва.
• Розміщуйте переходи подалі від країв жорстких накладок: Уникайте розташування переходів у зонах жорстких з'єднань або поблизу них, а також біля країв жорстких накладок, щоб зменшити концентрацію напружень і запобігти тріщинам через «краєвий ефект».
• Відстань між переходами та від переходів до міді: Дотримуйтесь достатньої відстані, щоб запобігти короткому замиканню та врахувати технологічні допуски виробництва згідно з рекомендаціями IPC.

Таблиця підсумкових даних трасування

Поради щодо трасування та компоновки

• Співпраця ECAD/MCAD: Використовуйте визначення зон конструкції та інструменти візуалізації вигнутих ділянок у програмному забезпеченні для проектування друкованих плат (наприклад, Cadence OrCAD X або Altium), щоб забезпечити дотримання правил відступів, типів контактних майданчиків і рекомендацій щодо перехідних ділянок.
• Огляд DFM: Завжди замовляйте перевірку DFM у виробника гнучких друкованих плат, щоб виявити помилки компоновки до початку виробництва — багато хто використовує власні аналітичні інструменти та може вказати на проблеми, такі як недостатній зазор, не підтримувані контактні майданчики та неправильне розміщення жорстких накладок.
• Решітчасті площини: Замінюйте суцільні мідні заливки решітчастими заповнювачами в гнучких зонах, щоб зберегти екранування ЕМІ без втрати гнучкості.

Конструкція шаруватого дизайну для надійних жорстких гнучких PCB

Добре спроектована гнуча конструкція PCB є основою надійного гнучко-жорсткого блоку , узгоджуючи механічну гнучкість із електричними характеристиками. Правильний вибір кількості шарів, товщини та матеріалів допомагає оптимізувати гнучкість, цілісність сигналу, екранування ЕМІ та можливість виготовлення. У цьому розділі розглядається, як спроектувати ефективну конструкцію, що відповідає механічним і електричним вимогам вашого продукту.

Врахування проектування: статичне проти динамічного використання

Статичні гнучкі конструкції: Призначені для плат, які згинаються один або кілька разів (наприклад, фіксовані згини всередині корпусів). Вони можуть витримувати більшу кількість шарів (до 8+ шарів) і помірний радіус вигину, оскільки механічне навантаження обмежене після складання.

Динамічні гнучкі конструкції: Для гнучких ланцюгів, які піддаються повторюваному циклічному вигинанню (сотні тисяч або мільйони циклів), ці конструкції вимагають:

• • Менша кількість шарів (зазвичай 1-2 шари, щоб мінімізувати напруження).
  • Більші радіуси вигину (наприклад, >100× товщини гнучкого матеріалу).
  • Використання прокатаного відпаленого мідного дроту.
  • Тонкі діелектричні шари з поліімідних плівок із високою температурою склування (Tg).

Парна кількість шарів та симетрична структура

Парна кількість шарів із симетричним розташуванням мінімізує короблення та механічні напруження. Належно збалансовані внутрішні шари допомагають забезпечити:

• Механічна стійкість: Запобігання скручуванню під час виготовлення або вигинання в експлуатації.
• Електрична ефективність: Збалансована імпеданс та зниження перехідних перешкод між слідами.

Спеціальні техніки у виготовленні структури

Техніка книжкового зшивання: Використовується у багатошарових гнучких друкованих платах для з'єднання кількох гнучких шарів шляхом ламінування двох або більше гнучких ланок одна до одної з використанням міжшарового клею. Цей метод підвищує механічну міцність, не жертвуючи гнучкістю.

Конструкція з повітряним проміжком: Передбачає контрольовані повітряні проміжки між гнучкими шарами або між гнучкими та жорсткими секціями для зменшення діелектричної сталої та втрат, що покращує передачу сигналів на високих частотах і контроль імпедансу.

Міркування щодо цілісності сигналу та екранування ЕМІ/РФІ

• Щоб підтримувати контрольоване хвильове опір у гнучких трасах проектування пакета має ретельно контролювати товщину діелектрика, вагу мідної фольги та значення Dk матеріалу.
• Планарні шари землі та живлення мають використовувати решітчасте заповнення міддю для забезпечення екранування від ЕМІ/РФІ без погіршення гнучкості.
• Екрануючі шари, розташовані близько до високошвидкісних трас, зменшують шум сигналу, що критично важливо в авіаційній, медичній та телекомунікаційній галузях.

Методи створення макетів та інструменти проектування

Фізичні макети: Паперові або майларові прототипи допомагають візуалізувати зони згину та механічне прилягання до виготовлення.

Інтеграція ECAD/MCAD: Використовуйте інструменти, такі як Cadence OrCAD, Altium або Siemens NX, щоб моделювати зони багатошарових структур, радіуси згину та механічні напруження.

Інструменти для шаруваття: Багато виробників друкованих плат надають онлайн-інструменти для підбору шаруваття та матеріалів, що допомагає на етапі проектування виконувати розрахунки імпедансу та перевірку сумісності матеріалів.

Приклад шаруваття для 4-шарової статичної гнучкої ділянки

Баланс між гнучкими та жорсткими ділянками

• Гнучкі шари зазвичай проходять крізь жорсткі плати у перехідній зоні.
• Для підвищення надійності жорсткі ділянки повинні охоплювати гнучкі основи, уникайте використання гнучких шарів як зовнішніх, щоб запобігти розривам.
• Використання заокруглені кути (фаски) на контурах жорстко-гнучких плат для зменшення концентрації напружень та підвищення виходу придатної продукції при виробництві.

Дотримання стандартів IPC щодо проектування, виготовлення та випробувань

Дотримання галузевих стандартів має важливе значення для забезпечення відповідності вашого рідно-гнучка плата очікуванням щодо якості, надійності та технологічності. Стандарти IPC є основою для постійних практик проектування, виготовлення, інспектування та складання в електронній промисловості. Нижче наведено ключові стандарти IPC, які допоможуть вам реалізувати проект жорстко-гнучкої друкованої плати від концепції до виробництва.

Ключові стандарти IPC для проектування жорстко-гнучких друкованих плат

Як ці стандарти впливають на проектування жорстко-гнучких плат

Радіус вигину та керування механічними навантаженнями: IPC-2223 визначає рекомендовані мінімальні радіуси вигину залежно від кількості гнучких шарів і загальної товщини пакета — це критично важливо для запобігання втомі провідників та розтріскуванню переходів.

Правила проектування зон переходу: IPC-2223 та IPC-6013 наголошують на зонах, заборонених для розміщення елементів навколо переходів із гнучкої до жорсткої частини — без контактних площадок, переходів або доріжок занадто близько до країв, щоб мінімізувати розшарування або руйнування.

Вимоги до ламінатів та клеїв: Вибір матеріалів, сумісних з IPC, забезпечує стабільну роботу в умовах тривалих термоциклів, вигинних навантажень та вологості, а використання клеїв регулюється стандартом IPC-FC-234.

Інспекція та приймання: Використання критеріїв IPC-600 та IPC-610 дозволяє виробникам та збирачам належним чином класифікувати недоліки, встановлюючи рівні допусків, адаптовані до вимог гнучких друкованих плат.

Рекомендації щодо збирання: Згідно з IPC-A-610 та J-STD-001, процес збирання жорстко-гнучких друкованих плат вимагає суворих методів паяння та контролю вологості (попереднє випалювання), особливо враховуючи чутливість полііміду до вологи.

Контроль якості та випробування

Стандарти IPC також передбачають:

• Тестування на цілісність монтажних отворів та адгезію провідників оптичне, рентгенівське та мікроперетинне тестування монтажних отворів.
• Процеси попереднього випалювання з низьким вмістом вологи для збирання гнучких друкованих плат задля запобігання ефекту «попкорнінгу» під час паяння у хвилі.
• Тестування в умовах експлуатаційного стресу: термоциклування, вібрація, перевірка терміну служби на вигин

Короткий огляд: стандарти IPC та їх роль у проектах жорстко-гнучких друкованих плат

Чинники вартості та впливу на час виконання

Проектування та виробництво гибкі друковані плати та жорстко-гнучкі друковані плати включає складні змінні, що безпосередньо впливають на вартість і термін виготовлення. Розуміння цих чинників дозволяє інженерам та керівникам продуктів оптимізувати конструкції для швидкого та економічного виробництва без погіршення якості або надійності.

Основні чинники вартості у проектуванні гнучких та жорстко-гнучких друкованих плат

Поширені причини затримок у часі виконання

Невідповідні вимоги згинання Вказання радіусів вигину, що менші за можливості виготовлення або рекомендації IPC, призводить до необхідності переділу та затримок у виробництві.

Неповні або неоднозначні дані проектування Відсутність ключової документації, такої як специфікації переходу гнучкого до жорсткого шару, деталі роз’ємів ZIF, визначення пакета шарів або допусків між отвором та міддю, призводить до багаторазових уточнень інженерами та простою.

Проблеми, пов’язані з проектуванням Приклади включають неправильну трасування слідів у місцях вигину, помилки розміщення вивідних отворів або надмірні мідні площини в гнучких зонах, які виявляються інструментами DFM після подання.

Нечіткі інструкції зі складання Складання гнучких плат вимагає попереднього прогріву/контролю вологи, правильного використання жорстких вставок і настанов щодо оснащення. Відсутність цих даних може спричинити плутанину серед збірників і втрату часу.

Профільна порада: Надання повний креслення виготовлення та комплексні специфікації , разом з ранньою Консультацією DFM від вашого виробника гнучких друкованих плат, значно скорочує терміни виготовлення та зменшує витрати на повторне проектування.

Збалансування вартості та якості

При оптимізації вартості з урахуванням термінів виконання пам'ятайте, що:

• Замовлення швидкісні прототипи можуть збільшити вартість одиниці продукту, але прискорюють цикли розробки.
• Уніфікація ітерацій проектування для зменшення змін після початку виготовлення дозволяє значно економити кошти.
• Інвестиції в комплексне виробництво з одним постачальником — який займається як виготовленням, так і збиранням — мінімізує затримки у комунікації та ризики втрати якості.
• Раннє залучення виробників, таких як Sierra Circuits , які пропонують інструменти онлайн-розрахунку вартості та підтримку DFM, спрощує точність оцінки ціни та термінів поставки.

Швидка довідкова таблиця: урахування проектування проти впливу на вартість та час виконання

Як вибрати правильного виробника гнучких та жорстко-гнучких PCB

Партнерство з правильним гнучка друкована плата (Flex PCB) або виробником жорстко-гнучких PCB є критично важливим, щоб ваші складні конструкції перетворилися на високоякісні, надійні продукти, доставлені вчасно. На відміну від звичайних жорстких плат, гнучкі та жорстко-гнучкі схеми вимагають спеціалізованого виготовлення, точного поводження з матеріалами та суворого контролю якості, щоб відповідати високим електричним і механічним специфікаціям.

Ключові кваліфікації виробника, які потрібно врахувати

Досвід та виробничі можливості

• • Перевірений досвід роботи з виготовленням гнучких та жорстко-гнучких друкованих плат , особливо для конструкцій із динамічним вигином та багатошарових високощільних гнучких плат.
  • Наявність швидкі печатні відтворення друкованих кіл для прискорення етапів розробки
  • Досвід роботи з складними стеками , конструкціями без клею та гнучкими платами з великою кількістю шарів.
  • Здатність виробляти комплектні збірки , включаючи попереднє висушування, обробку оснастки та паяння компонентів згідно з IPC-A-610 та J-STD-001.

Матеріали та технології

• • Доступ до преміум поліімідні плівки , відпалені мідні фольги , а також просунуту Ламінати FCCL .
  • Експертиза в галузі конструкцій з клеєм та без клею гнучких конструкцій.
  • Сучасні варіанти поверхневих покриттів (ENIG, OSP тощо) та вибір відповідних підсилених шарів (Kapton, FR-4, метал).

Підтримка проектування для виготовлення (DFM)

• • Міцна інженерна співпраця під час оглядів проекту для перевірки радіуса вигину, трасування доріжок, розміщення монтажних отворів та структури шарів.
  • Доступ до онлайн-розрахунку вартості та інструментів аналізу конструкції на технологічність , що дозволяє ранньо виявляти проблеми з конструюванням і точно оцінювати терміни виготовлення.
  • Надання детальних креслень виготовлення та контрольних списків для складання спеціально розроблених для гнучких плат.

Сертифікація та забезпечення якості

• • Відповідність ключовим стандартам: IPC-2221, IPC-2223, IPC-6013, IPC-600, IPC-A-610, J-STD-001 .
  • Сертифікація ISO 9001 або AS9100, що свідчить про надійні системи забезпечення якості.
  • Протоколи контролю вологості, такі як пропікання та робота в умовах контрольованої вологості.

Виробництво під ключ на одному підприємстві

• • Виробничі майданчики, які обслуговують як виготовлення гнучких друкованих плат, так і їх збірку , що зменшує складність логістики та розриви у комунікації.
  • Здатність забезпечити швидке отримання зворотного зв'язку та оперативне вирішення проблем.

Питання, які слід задати майбутньому виробнику гнучких друкованих плат

Переваги раннього включення вашого виробника

• Спеціалізовані рекомендації щодо стек-апу використовуючи свою бібліотеку матеріалів і експертні знання у технологічних процесах.
• Краще зменшення ризиків виявляючи проблеми з виготовленням до стадії підготовки оснастки.
• Оптимізований вартість та терміни виконання шляхом обґрунтованих компромісних рішень.
• Більша ймовірність успішного виробництва під ключ , від прототипу до масового виробництва.

Практичний приклад: підхід Sierra Circuits

Sierra Circuits є прикладом передових галузевих практик та пропонує:

• Повне внутрішнє виготовлення та збирання гнучких і жорстко-гнучких друкованих плат.
• Надійні консультації з DFM перед виробництвом
• Сучасні інструменти онлайн-розрахунку вартості та вибору матеріалів
• Виробничі процеси, сумісні з IPC, та контроль вологості
• Швидке прототипування з перевіреними показниками своєчасних поставок

Остаточний контрольний список: Вибір виробника гнучких/жорстко-гнучких друкованих плат

• Доведений досвід у виробництві динамічних гнучких та багатошарових жорстко-гнучких друкованих плат
• Розширений склад матеріалів, включаючи опції полііміду та FCCL
• Комплексні послуги з аналізу придатності конструкції для виробництва (DFM) та консультування з проектування
• Сертифікація за ISO та IPC та прозора система управління якістю
• Повноцінне виготовлення та збирання на одному майданчику
• Досвід виконання термінів поставки швидкозмінних прототипів
• Чітке, деталізоване ціноутворення та можливості масштабування обсягів

Ключові висновки та найкращі практики

Проектування та виробництво жорстко-гнучкі друковані плати є складним процесом, який вимагає комплексного підходу — від розумного вибору матеріалів і конструкції багатошарової структури до точного проектування та перевірених партнерських відносин з виробниками. Нижче наведено стислий огляд основних положень і найкращих практик, що ґрунтуються на галузевих стандартах і практичному досвіді, які допоможуть вам успішно реалізувати наступне високопродуктивне гнучке коло.

Сумки головних моментів

• Зрозумійте потреби застосування: Визначте, чи ваша конструкція вимагає статичного або динамічного згину . Для динамічного згину потрібні значно більші радіуси вигину та міцніший мідний шар і матеріали.
• Дотримуйтесь стандартів IPC: Керуватися IPC-2221, IPC-2223, IPC-6013, IPC-600, IPC-A-610 та J-STD-001 щоб забезпечити відповідність конструкції, виготовлення та складання суворісним галузевим вимогам.
• Оптимізувати радіус згину та співвідношення згину: Використовуйте рекомендовані мінімальні радіуси згину на основі кількості шарів та товщини гнучкого матеріалу, щоб уникнути передчасного пошкодження.
• Матеріал має значення: Виберіть матеріали, такі як діелектрик полііміду, мідь поздовжньої прокатки з відпалюванням, безклеювий FCCL , а також відповідні підсилювачі для вашого умов роботи.
• Компонування та трасування: Трасуйте провідники паралельно до згинів з плавними кривими, зміщуйте багатошарові траси, використовуйте достатні кільцеві ущільнення, крапельні пади та дотримуйте мінімальних відстаней між отворами та міддю.
• Конструкція багатошарової структури: Застосовуйте симетричні, парні шарові конструкції, спеціальні техніки, як-от книжкове зшивання або шари з повітряним проміжком, та захищайте гнучкі шари відповідними покриттями.
• Залучайте експертів-виробників на ранніх етапах: Співпрацювати з виробником гнучких друкованих плат досвід у комплексному швидкому виробництві, пропонує підтримку проектування та дотримання стандартів IPC.
• Контроль вартості та термінів виконання: Повні, детальні креслення виробництва та ранній DFM зменшують перевищення вартості та затримки у виробництві.

Чек-лист кращої практики

Рекомендовані ресурси та інструменти

• Завантажити Посібник з технологічності конструкції від надійних постачальників, таких як Sierra Circuits.
• Використання онлайн-інструменти для вибору структури шарів та матеріалів для точного налаштування імпедансу та механічних характеристик.
• Використовуйте програмне забезпечення CAD для друкованих плат з візуалізацією багатозонної структури шарів та згинання можливостей.

ЗАКЛЮЧНІ ДУМКИ

Конструкція гнучко-жорстких друкованих плат поєднує електричну точність із механічними вимогами — забезпечуючи баланс багатошарових конструкцій, ретельний вибір матеріалів та елегантну трасування для створення надійних рішень у найважчих галузях. Завдяки ретельному застосуванню стандартів, співпраці з досвідченими виробниками та дотриманню перевірених правил проектування ваша наступна гнучка або жорстко-гнучка друкована плата буде відзначатися високою міцністю, продуктивністю та технологічністю.