Stijve flexibele PCB versus flexibele PCB

Stijve versus flexibele printplaten: welke is het beste?

Een rigid-flex printplaat (PO) is een half-om-half printplaatontwerp dat componenten van zowel hardboard als flexibele circuits combineert. Rigid-flex PCB's zijn stijf op bepaalde punten van de printplaat en flexibel op andere. Hierdoor kunnen rigid-flex PCB's worden ingeklapt of constant worden gebogen, terwijl de staat van gebieden die extra ondersteuning nodig hebben, behouden blijft. De circuits bestaan ​​meestal uit meerdere lagen en bestaan ​​uit flexibele circuitsubstraten, gecombineerd met stijve platen. De flexibele lagen zijn volledig bedekt en doordringen de stijve delen van de printplaat.
Een van de belangrijkste voordelen van een rigid-flex PCB is het dunne profiel. De standaard diëlektricum in flexibele circuits is 001 – 002 inch, waardoor het een uitstekende keuze is voor ultralichte – en ultralichte – bundelbehoeften. Lijmloze overlays, HDI en dunne koperlagen maken het perfect voor uitzonderlijke lijninnovatie, waardoor u de kleinste, lichtste en lichtste oplossing voor uw circuitontwerpen krijgt.

Rigid-Flex PCB-typen

Rigide-flexibele PCB's ondersteunen twee essentiële toepassingstypen: flex om in te voeren en dynamische flex.
Flex-to-introductie is de meest bekende vorm van rigid-flex PCB-toepassing. In deze circuittoepassing overlapt de printplaat slechts één keer wanneer het apparaat wordt gemonteerd of verwijderd. In werkelijkheid blijft het flexibele deel van de printplaat stabiel tijdens gebruik, hoewel er enige vervorming kan optreden als gevolg van trillingen.
Het is daarom van cruciaal belang dat een printplaat de mogelijkheid heeft om te buigen en meerdere keren te draaien tijdens gebruik. Dit type circuittoepassing staat bekend als een speciale flex. Het vereist speciale aandacht om te garanderen dat het flexibele deel van de printplaat bestand is tegen herhaalde slijtage. Wanneer deze printplaten zijn ontworpen met een goede twist sweep, kunnen ze probleemloos een groot aantal flexcycli aan.

Stijve-flexibele PCB-structuur 

De kenmerken van een rigide flexibele PCB 

• Alle lijnen zijn zo gerangschikt dat het verenigingswerk van een overtollige lijn bespaard kan blijven;
• Doordat ze minder wegen en minder ruimte nodig hebben, zijn deze rigide flexcircuits de perfecte keuze voor medische toepassingen, zoals bijvoorbeeld pacemakers.
• Het kan het volume van het item aanzienlijk verkleinen en het is nuttiger om over te brengen.
• Het kan het gewicht van het stevige voorwerp verminderen;
• Het kan de fijnheid verbeteren en de samenhang van de driedimensionale ruimte in de beperkte ruimte versterken.

Rigid-flex PCB-toepassingen 

Hoewel ze duurder zijn, zijn rigid-flexplaten ongelooflijk flexibel en kunnen ze worden aangepast aan toepassingen in een breed scala aan sectoren. Ze zijn uitermate geschikt voor militaire, luchtvaart- en therapeutische apparaten, maar kunnen ook worden toegepast op bepaalde industriële producten. Er zijn een aantal omstandigheden die rigid-flex PCB's tot een ideale oplossing maken. In dergelijke gevallen zijn deze platen de investering waard, maar ze kunnen ook de meest financieel verstandige keuze zijn. Deze omvatten:
• Situaties met hoge schok- en trillingsbelasting. Rigid-flex PCB's zijn uitzonderlijk schokbestendig en kunnen hoge spanningen aan die op de een of andere manier tot defecten aan de apparatuur zouden leiden.
• Toepassingen met hoge nauwkeurigheid waarbij constante kwaliteit belangrijker is dan kostenoverwegingen. In situaties waarin een link of connectordefect gevaarlijk zou zijn, zijn de sterkere, rigide flex-PCB's ideaal.
• Toepassingen met hoge diktes. Sommige gemeenten beschikken niet over de benodigde oppervlakte voor alle belangrijke connectoren en kabels. Een rigide flexcircuit kan de ruimte stroomlijnen om dit probleem op te lossen.
• Toepassingen die verschillende stijve platen vereisen. Wanneer gemeenten te maken krijgen met meer dan vier bijbehorende platen, kan het ideaal en praktischer zijn om deze te vervangen door één stijve flex-printplaat.

Voordelen

Meer uitgebreid hebben rigide-flex-PCB's de volgende aandachtspunten:
• Kan aanzienlijke schokken en trillingen verdragen
• Ontelbare flexcycli doorstaan
• Verminder het bundelgewicht
• Verhoging van de circuitdikte
• Verminderen van belangrijke verzameltaken.
Rigide flex circuitgroepen zijn ideaal om connectoren te verminderen of mogelijk zelfs helemaal weg te laten, omdat de arbeid, opbrengst, transmissie en betrouwbaarheid in hun toepassing onmisbaar zijn. Daarom kan elke groep die van deze functies kan profiteren, profiteren van een rigide flex PCB.

Veelgebruikt materiaal voor flexibele, stijve PCB's

De prestaties van rigide flexibele printplaten zijn afhankelijk van het substraatmateriaal, dat in principe bestaat uit flexibele diëlektrische folie en flexibele lijm. Flexibele diëlektrische folie, het belangrijkste type flexibel substraat, bestaat meestal uit polyester (Mylar), dat over het algemeen wordt gebruikt in laagwaardige afwerkingen, polyimide (Kapton), het meest voorkomende type, en fluorpolymeer (PTFE), dat doorgaans wordt gebruikt in militaire en luchtvaartproducten.

Van deze drie soorten flexibele materialen heeft polyimide de hoogste diëlektrische constante met uitstekende elektrische en mechanische eigenschappen en hogetemperatuurbestendigheid, maar het is duur en absorbeert gemakkelijk vocht. Vergeleken met polyimide qua prestaties, biedt polyester echter een slechte hogetemperatuurbestendigheid. Polytetrafluorethyleen wordt voornamelijk gebruikt in producten met een hoge frequentie en een lage diëlektrische constante.

De belangrijkste materialen die aan flexibele lijmfolie worden toegevoegd, zijn acrylaat, epoxy en polyester. Acrylaat en polyesterimide bieden een uitstekende hechting, hoge flexibiliteit en een over het algemeen hoge thermische weerstand en hittebestendigheid. Het heeft echter een relatief hoge thermische rekcoëfficiënt, waardoor de binnendikte niet meer dan 0.05 mm mag zijn. Epoxylijm heeft een uitstekende hechting en wordt meestal aangebracht om de deklaag en de binnenlaag te lijmen. Bovendien heeft het zo'n lage thermische rekcoëfficiënt dat het voordelig is om de thermische weerstand van doorlopende gaten te verbeteren.

Flex Circuit Overlay

Een flexcircuit-overlay, of coverlay, zoals het ook wel wordt genoemd, is een afdekproces dat wordt gebruikt om de buitenste hardware van een flexcircuit te bedekken en te beschermen. De coverlay-folie van een flexcircuit is vergelijkbaar met een stijve PCBDe lassluier van 's, met één groot verschil: de coverlay-folie is flexibel! Volgens allflexinc.com: "De coverlay-folie is grotendeels een polyimidefolie die bedekt is met een thermohardende lijm. De diktes variëren van 0005 inch tot 005 inch, met 001 inch en 002 inch als de meest bekende."

Wanneer moet je stijf en wanneer flexibel gebruiken?

Stijve flex-printplaten kosten doorgaans minder dan flexibele circuits. Ik zeg "normaal gesproken", omdat er, gezien de totale kosten van eigendom, een paar toepassingen zijn die, bij gebruik van flexibele PCB's, goedkoper kunnen zijn in vergelijking met het gebruik van stijve PCB's. Om een ​​reëel en nauwkeurig beeld te krijgen van de totale kosten van eigendom, moet u eerst beseffen dat flexibele circuits de noodzaak van onderdelen zoals connectoren, kabelsets en andere overbodig kunnen maken. Veel elektronische apparaten (pc's en pc's, geluidsconsoles, SSD's, flatscreen-tv's en -monitoren, kinderspeelgoed en andere elektronische apparaten) gebruiken stijve PCB's in plaats van flexibele PCB's. Bovendien kunnen flexibele circuits worden aangetroffen in ultraconservatieve of potentieel elite-apparaten, zoals gps-apparaten, tablets, pda's, camera's en wearables.
De moderniteit is niet de belangrijkste reden om flexibele circuits te gebruiken; ook lowtech-toepassingen kunnen zo nu en dan gebruikmaken van innovaties op het gebied van flexibele circuits, omdat de installatie hierdoor een stuk eenvoudiger wordt.

Begrijpen wanneer u beide moet gebruiken

U moet nu begrijpen wanneer u een stijve printplaat moet gebruiken en wanneer u een flexibele printplaat moet gebruiken. De stijve printplaten kosten uiteraard minder dan flexibele printplaten. Aan de andere kant kunnen de kosten van het eigen bedrijf en de toepassing bepalen hoeveel u moet uitgeven. Er zijn gevallen waarin het gebruik van flexibele printplaten de kosten die u veroorzaakt kan verlagen. Als u de totale kosten van het eigen bedrijf wilt begrijpen, moet u een aantal feiten kennen. Flexibele printplaten maken de noodzaak voor een aantal onderdelen, zoals connectoren, kabelwartels en andere printplaten, overbodig. Als u contact opneemt met fabrikanten van flexibele printplaten, zullen zij u ongeveer hetzelfde vertellen.
Zeker, een flexibele schakeling en een stijve flexibele PO kunnen samen worden gebruikt – als een gecombineerde PCB – indien nodig. Deze methode biedt misschien wel het beste van twee werelden.

De verschillen

Bij het plannen van stijve PCB's moeten bepaalde structuurregels in acht worden genomen, waaronder minimale speling, minimale ruimte en volgbreedte, minimale afstanden tot de printplaatranden, en koper en in het algemeen structuurdiktes. Bovendien worden veel stappen in het assemblageproces gedeeld door stijve en flexibele PCB's. Dergelijke processtappen omvatten het penetreren en plateren van openingen en via's, het maken van foto's en het aanbrengen van vlakken, het aanbrengen van koperen naden, kussens, ontwerpen en vlakken, en het opwarmen van de circuitbelastingen om vocht van de PCB's te verwijderen. In het assemblageproces gaan stijve PCB's naar het lasstation, terwijl flexibele circuits naar het coverlaystation gaan.

Wat zijn de middelen om een ​​rigide-flex PCB te maken?

• Het vervaardigen van rigide-flexibele structuren is ingewikkelder dan het maken van een eenvoudig rigide ontwerp, omdat er 3D-ruimte nodig is om een ​​rigide-flexibele structuur te bouwen.
• Het basismateriaal van het stijve gedeelte bestaat uit FR4 en het flexibele gedeelte bestaat uit polyimide. Daarna worden koperfolie en een afdekfolie aangebracht.
• In de eerste stap van het monteren van een rigide flex-PCB worden toegankelijke lijmen aangebracht op een koperlaag.
• Vervolgens wordt een dunne laag koperfolie over de lijm aangebracht. Koperplating kan ook worden toegepast in plaats van overlay-technologie.
• De volgende stap omvat het boren van een kleine opening in het flexibele substraat. Laserpenetratie is het meest geschikt voor het maken van exacte en precieze openingen.
• Koper wordt opgeslagen in de openingen wanneer deze in het flexontwerp worden gepenetreerd. Deze procedure staat bekend als doorgaande openingplating, waarbij koper synthetisch wordt geplateerd.
• In de volgende fase wordt een lichtgevoelige graveertechniek (tegenover de coating) op het flexoppervlak aangebracht. De raamornamentcoatingtechniek is hiervoor perfect.
• De koperfolie wordt op de juiste manier gesneden zodra de coating is aangebracht. Vanaf dat moment wordt de printplaat ontdaan van de trekweerstand.
• In de volgende fase wordt een coverlay-beveiliging aangebracht op de bovenste en onderste laag van het flexibele substraat. Polyimide is een uitstekende keuze voor gebruik als coverlay-beveiliging.
• Stansen is een volgende stap waarin het flexibele substraat wordt gesneden, afhankelijk van de ontwerpvereisten. De meest gebruikte methoden voor het snijden van het flexibele materiaal zijn de kick-the-bucket-set en de hydraulische pons. Deze technieken zorgen ervoor dat verschillende soorten flexibel materiaal met hoge nauwkeurigheid en precisie worden gesneden.
• Bij de laatste ontwikkeling wordt een flexibele plaat, geproduceerd middels het stansproces, tussen de stijve lagen gelegd, wat het laatste item oplevert dat elektrisch kan worden getest om het elektronisch toegankelijk te maken.

Rigid Flex PCB-kosten

De essentiële reden achter de duurdere PCB-gereedschapskosten voor flexibele of rigide printplaten komt eigenlijk neer op de hoeveelheid fysiek vervaardigde bouwprogramma's die een specifieke structuur kan hebben. De andere verklaring is het volume; maar bij lopende volumes zien we doorgaans dat de meeste klanten de extra kosten in 2000 stuks of minder terugverdienen.

De andere factor in de kosten van gereedschapsbewerkingen is het volume. Voor rigid-flex en extra-flex modellen en kleine series worden de meeste geproduceerd met lasersnijden of een vorm van mechanische besturing. Dit wordt gebruikt om de oppervlaktemontagedelen in de coverlays, het onderdeelschema en, indien nodig, de structuur van de verstevigingen te maken.

Elektrische tests op deze kleinere volumes worden doorgaans afgerond met een vliegende test. Bij de productie van flexibele en rigide flexibele circuits in grote aantallen moet u overschakelen op stalen meetlatten of mannelijke/vrouwelijke ponssets en de stekker eruit trekken. Deze stalen meetlat is een stuk duurder om te maken dan de lasersnijmachine. De elektrische testapparatuur wordt ook omgezet naar een hardwired test, wat arbeidsintensiever kan zijn. Beide factoren kunnen een initiële prijs met zich meebrengen, maar het betekent wel een aanzienlijke verlaging van de eenheidskosten bij grotere volumes.

• Lagen zijn de belangrijkste factor. Als eenzijdige flex voldoende is, probeer dan nooit meer lagen.
• Flexibele printplaattypen: enkele stuks of in panelen. Houd bij het berekenen van de kosten voor flexibele PCB's rekening met het materiaalverbruik. Flex-PCB-materiaal is een verplaatsbare eenheid en één zijde mag niet groter zijn dan 250 mm. Bij de productie stellen we de werkgrootte van de printplaat in. Als er afvalpakketten zijn, wordt dit meegenomen in de kosten voor flexibele PCB's.
• Minimale spoorbreedte/afstand: 2-3 mil.
• Minimale gatgrootte, mag niet te klein zijn, 0.25.
• Goudvingers, twee keuzes voor flexibele PCB's: goudvingers, hard goud of inundatiegoud. Hard goud is aanzienlijk duurder.
• Dikte van het koper: 1/3 oz is normaal, zorg dat het flexibel blijft en het koper niet overheerst.
• Versteviger: Flex PO-connector heeft 3 keuzes om versteviging te kiezen: Fr4-versteviger, aluminiumversteviger, Pi-versteviger. Als u de stekker opnieuw aansluit, raden wij u aan een hardere versteviging te gebruiken.
• Oppervlakteafwerking: Normaal is doordrenkt goud.
• Grootte: hogere materiaalbenuttingsgraad, minder duur.
• Hoeveelheid: Hoe meer, hoe goedkoper

In Conclusie

Ondanks het feit dat zowel stijve als flexibele printplaten op een zeer basaal niveau in een vergelijkbare behoefte voorzien – het verbinden van verschillende elektrische en mechanische segmenten – hebben beide innovaties hun plaats in het dagelijks leven. Hoewel een aanzienlijk aantal vergelijkbare ontwerpregels worden gebruikt voor zowel stijve als flexibele printplaten, vereisen flexibele printplaten enkele extra regels vanwege de extra stappen in de assemblageprocedure. Bovendien, hoewel stijve printplaten in ieder geval op het eerste gezicht goedkoper lijken, moet men de totale kosten van een ontwerp overwegen voordat men tot de conclusie komt dat flexibele printplaten te duur zijn.

Alles bij elkaar genomen is het belangrijk om te beseffen dat niet alle printplaten geschikt zijn voor de assemblage van flexibele printplaten. Voordat u met een flexibel circuitplan begint, is het raadzaam om verschillende printplaten te ontmoeten en de productiemogelijkheden van flexibele PO en de bijbehorende kosten te bespreken.