Quali tipi di dispositivi elettronici fanno parte della tua vita quotidiana? Potrebbero essere smartphone, computer, laptop, tablet, fotocamere e altri gadget elettronici. Un elemento comune che questi dispositivi condividono è il loro utilizzo di circuiti stampati (PCB) per funzionare. Tra i vari... tipi di PCBI PCB flessibili si distinguono per le loro proprietà e applicazioni uniche. In questo blog, analizzeremo attentamente i PCB flessibili, dalla loro definizione e costruzione alle loro tipologie e applicazioni.
Che cos'è il PCB flessibile?
Un PCB flessibile si riferisce a un tipo di circuito stampato progettato per piegarsi, torcersi e adattarsi a diverse forme senza perdere funzionalità. Si differenzia dai circuiti tradizionali. PCB rigidi in quanto utilizza un materiale polimerico flessibile, come poliimmide o poliestere, come substrato di base al posto della fibra di vetro rigida. Le tracce di rame conduttive vengono laminate su questo strato di base polimerico flessibile, creando un circuito stampato sottile e flessibile. L'assenza di rinforzo rigido consente al PCB flessibile di flettersi, torcersi e contorcersi dinamicamente durante il funzionamento, rendendolo adatto ad applicazioni in cui lo spazio è limitato, il peso è un problema o il PCB deve essere inserito in spazi ristretti o attorno a superfici curve.
PCB flessibile: costruzione e materiali utilizzati
Il PCB flessibile è costituito principalmente dai seguenti strati:
- Substrato flessibile dielettrico
Lo strato dielettrico di base è essenziale per la costruzione dei percorsi conduttivi. Pertanto, la scelta di un materiale appropriato per il substrato flessibile è fondamentale. Le opzioni più comuni includono poliimmide, poliestere, PTFEe polimeri a cristalli liquidi (LCP). Tra questi, la poliimmide è il polimero flessibile più utilizzato materiale di supporto grazie alla sua superiore durevolezza, alle caratteristiche termiche e al vantaggioso rapporto costo-prestazioni.
- Strato conduttivo
Gli strati conduttivi sono costituiti da un foglio di rame o da un rivestimento di rame laminato sul substrato. Questi strati vengono incisi per formare i pattern circuitali desiderati, inclusi tracce, piazzole e via. Il rame è il materiale più diffuso per gli strati conduttivi in quanto economico. Altre opzioni includono inchiostro d'argento, costantana, carbonio, alluminio e Inconel.
- Strato adesivo
Fissa saldamente il metallo conduttore al substrato. Dovrete essere molto esigenti nella scelta dei materiali adesivi. Esistono diversi materiali adesivi disponibili per i circuiti stampati, tra cui resina epossidica, adesivi sensibili alla pressione e acrilico.
- Copertura
La pellicola protettiva viene applicata sulla parte superiore del circuito flessibile e il suo ruolo è quello di proteggere le tracce in rame da fattori avversi come umidità, polvere e contaminanti chimici. Può prevenire efficacemente problemi come i cortocircuiti elettrici. Il materiale di cui è realizzata la pellicola protettiva è in genere poliimmide, maschera di saldatura fotosensibile liquida o altri materiali dielettrici.
- rinforzo
In determinate situazioni, è possibile aggiungere un materiale di irrigidimento aggiuntivo in aree specifiche del circuito stampato flessibile. Lo scopo di questo irrigidimento è quello di conferire rigidità e supporto strutturale dove necessario. I materiali di irrigidimento comunemente utilizzati includono laminati in poliimmide con retro adesivo o FR-4.
Diversi tipi di circuiti stampati flessibili
Esistono 4 tipi principali di circuiti stampati flessibili disponibili sul mercato. Ecco i seguenti:
Circuito flessibile monofacciale
È uno dei circuiti più comuni. La sua popolarità è dovuta a diverse ragioni. Ad esempio, sono i meno costosi. Presentano varianti altamente efficaci per diverse applicazioni flessibili.
Circuito flessibile bifacciale
È il secondo design più comune per i circuiti stampati flessibili. È utile per tutte le applicazioni che richiedono un'interconnessione ad alta densità di circuiti. A differenza dei circuiti a singola faccia, presenta due strati metallici collegati tramite un foro passante placcato. Un circuito standard a doppia faccia contiene strati successivi di adesivo e pellicola di copertura su entrambi i lati di una pellicola di base.
PCB flessibile multistrato
I circuiti flessibili multistrato sono costituiti da tre o più strati di materiali conduttivi separati da strati dielettrici isolanti. Sono più costosi di altri tipi di PCB a causa della complessità della loro costruzione. Tuttavia, queste schede offrono diversi vantaggi rispetto alle loro controparti a singolo o doppio strato, come prestazioni elettriche migliorate, funzionalità avanzate e una maggiore robustezza meccanica.
PCB rigido flessibile
Come suggerisce il nome, si tratta di una configurazione ibrida che combina circuiti stampati rigidi e flessibili. La parte rigida supporta tutti i componenti e rinforza i connettori. La parte flessibile, invece, fornisce l'intera connettività per le diverse sezioni rigide. Grazie alla loro affidabilità, resistenza e flessibilità, sono ampiamente utilizzati in applicazioni come l'elettronica militare, aerospaziale, automobilistica e commerciale.
Le applicazioni dei PCB flessibili
In termini di affidabilità, massima adattabilità e flessibilità, i PCB flessibili sono estremamente utili. Ecco alcune delle applicazioni più importanti dei circuiti stampati flessibili:
PCB flessibili nell'elettronica dei computer
Diversi componenti principali del computer si basano su circuiti flessibili per il corretto funzionamento. Ad esempio, per tenere il passo con le elevate velocità, i componenti dei dischi rigidi devono essere flessibili. Utilizzando i dischi rigidi per un lungo periodo, possono surriscaldarsi. Questo significa che i circuiti stampati devono essere in grado di resistere alle alte temperature. È qui che entrano in gioco i PCB flessibili. Analogamente ai computer, è possibile trovare circuiti stampati flessibili in altri dispositivi elettronici, come console di gioco, televisori e stampanti.
Schede stampate flessibili nell'elettronica automobilistica
La maggior parte dell'hardware elettronico per autoveicoli utilizza circuiti flessibili. Ad esempio, le unità di gestione del motore, i computer e i controller degli airbag utilizzano PCB flessibili. Possiamo trovare schede PCB flessibili anche nei cruscotti, nei sistemi di frenata antibloccaggio e nei cruscotti. Questa preferenza deriva dalla capacità unica dei PCB flessibili di adattarsi a forme irregolari e spazi compatti, eliminando la necessità di ingombranti fascette o connettori.
PCB flessibili in campo medico
I circuiti stampati flessibili rivestono un'importanza significativa in diverse applicazioni mediche e farmaceutiche. L'applicazione più comune dei circuiti stampati flessibili è la telecamera ingeribile, comunemente nota come PillCam. Questa telecamera aiuta medici e operatori sanitari ad avere una visione accurata del corpo umano. Inoltre, i PCB flessibili vengono utilizzati per creare protesi realistiche. I ricercatori hanno introdotto una tecnica per stampare circuiti su materiale flessibile e organico. Questo materiale è estremamente più piccolo dei tipici circuiti stampati flessibili, consentendogli di muoversi naturalmente senza danneggiarsi.
Vantaggi e svantaggi dei PCB flessibili
Come tutti gli altri tipi di circuiti stampati, presenta anche pro e contro:
Vantaggi dei PCB flessibili
I circuiti stampati flessibili presentano diversi vantaggi rispetto ai collegamenti elettrici convenzionali. Ecco alcuni vantaggi dei circuiti flessibili:
- Elimina completamente i collegamenti meccanici.
- Avere la capacità di produrre un segnale forte e affidabile.
- Tollera temperature molto elevate.
- Grazie alla sua flessibilità, non si rompe facilmente, il che lo rende affidabile.
- È possibile piegarlo e ripiegarlo facilmente, riducendone così le dimensioni.
- Copre un'area molto piccola a causa delle sue dimensioni ridotte.
- I circuiti flessibili sono leggeri.
Svantaggi dei circuiti stampati flessibili
Questa scheda presenta alcuni svantaggi. Ecco alcuni contro dei circuiti flessibili:
- Sebbene sia durevole, il costo iniziale di questo circuito stampato è piuttosto elevato.
- È estremamente difficile apportare modifiche a questo circuito stampato dopo averlo finalizzato.
- La sua rielaborazione e saldatura richiedono un team di ingegneri professionisti.
Quando utilizzare PCB flessibile?
I circuiti stampati flessibili sono realizzati in poliimmide o materiale simile. Possono tollerare temperature estreme, anche tra 200 e 400 °C. Pertanto, è importante utilizzare un circuito flessibile quando si sviluppano applicazioni ad alta temperatura e densità. Ad esempio, le misurazioni in foro di trivellazione in diverse industrie del gas e del petrolio trovano un buon impiego. Inoltre, sono in grado di resistere ad alte temperature e offrono un'elevata resistenza a sostanze chimiche, radiazioni e esposizione ai raggi UV. Pertanto, sono estremamente utili per tutte le applicazioni che riguardano sostanze chimiche e così via.
Perché non utilizzare esclusivamente PCB flessibili?
Nonostante i numerosi vantaggi offerti dai PCB flessibili, tra cui la versatilità e l'adattabilità, non hanno completamente sostituito i PCB rigidi. Il principale deterrente è il costo. I PCB flessibili in genere comportano costi di produzione e materiali più elevati rispetto alle loro controparti rigide. Di conseguenza, molte aziende optano per i PCB flessibili solo in applicazioni che beneficiano specificamente delle loro proprietà uniche. Per i processi di produzione e assemblaggio generali, i PCB rigidi sono preferiti per gestire e ridurre i costi complessivi.
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