Pevné flexibilné dosky plošných spojov (PCB) sú obľúbené pre svoju všestrannosť a odolnosť v rôznych elektronických aplikáciách. Tieto dosky sú známe svojou schopnosťou odolávať ohybovým a torzným namáhaniam pri zachovaní spoľahlivých elektrických spojení.Tento článok sa podrobne pozrie na materiály používané v pevných ohybných PCB, aby ste získali prehľad o ich zložení a vlastnostiach. Odhalením materiálov, ktoré robia z pevných a flexibilných dosiek plošných spojov silné a flexibilné riešenie, môžeme pochopiť, ako prispievajú k pokroku elektronických zariadení.
1. Pochoptetuhá-flex štruktúra PCB：
Pevná ohybná doska plošných spojov je doska s plošnými spojmi, ktorá kombinuje pevné a flexibilné substráty a vytvára jedinečnú štruktúru. Táto kombinácia umožňuje doskám plošných spojov využívať trojrozmerné obvody, ktoré poskytujú flexibilitu dizajnu a optimalizáciu priestoru pre elektronické zariadenia. Štruktúra dosiek rigid-flex pozostáva z troch hlavných vrstiev. Prvá vrstva je tuhá vrstva, vyrobená z pevného materiálu, ako je FR4 alebo kovové jadro. Táto vrstva poskytuje štrukturálnu podporu a stabilitu DPS, zaisťuje jej trvanlivosť a odolnosť voči mechanickému namáhaniu.
Druhá vrstva je flexibilná vrstva vyrobená z materiálov ako je polyimid (PI), polymér na báze tekutých kryštálov (LCP) alebo polyester (PET). Táto vrstva umožňuje PCB ohýbať, krútiť a ohýbať bez ovplyvnenia jej elektrického výkonu. Flexibilita tejto vrstvy je rozhodujúca pre aplikácie, ktoré vyžadujú, aby sa doska plošných spojov zmestila do nepravidelných alebo úzkych priestorov. Tretia vrstva je lepiaca vrstva, ktorá spája pevné a pružné vrstvy dohromady. Táto vrstva je zvyčajne vyrobená z epoxidových alebo akrylových materiálov, zvolených pre ich schopnosť poskytnúť silné spojenie medzi vrstvami a zároveň poskytnúť dobré elektrické izolačné vlastnosti. Vrstva lepidla hrá zásadnú úlohu pri zabezpečovaní spoľahlivosti a životnosti dosiek s pevným ohybom.
Každá vrstva v pevnej a flexibilnej štruktúre PCB je starostlivo vybraná a navrhnutá tak, aby spĺňala špecifické požiadavky na mechanický a elektrický výkon. To umožňuje, aby dosky plošných spojov fungovali efektívne v širokom spektre aplikácií, od spotrebnej elektroniky až po lekárske prístroje a letecké systémy.
2. Materiály používané v pevných vrstvách:
Pri konštrukcii pevných vrstiev dosiek plošných spojov s pevným ohybom sa často používa viacero materiálov, ktoré poskytujú potrebnú štrukturálnu podporu a integritu. Tieto materiály sú starostlivo vyberané na základe ich špecifických vlastností a požiadaviek na výkon. Niektoré z najčastejšie používaných materiálov pre pevné vrstvy v doskách plošných spojov s pevným ohybom zahŕňajú:
A. FR4: FR4 je materiál s tuhou vrstvou, ktorý sa bežne používa v doskách plošných spojov. Ide o sklom vystužený epoxidový laminát s výbornými tepelnými a mechanickými vlastnosťami. FR4 má vysokú tuhosť, nízku absorpciu vody a dobrú chemickú odolnosť. Vďaka týmto vlastnostiam je ideálny ako pevná vrstva, pretože poskytuje vynikajúcu štrukturálnu integritu a stabilitu PCB.
B. Polyimid (PI): Polyimid je flexibilný tepelne odolný materiál, ktorý sa často používa v doskách s pevným ohybom kvôli svojej odolnosti voči vysokej teplote. Polyimid je známy svojimi vynikajúcimi elektrickými izolačnými vlastnosťami a mechanickou stabilitou, vďaka čomu je vhodný na použitie ako pevné vrstvy v doskách plošných spojov. Zachováva si svoje mechanické a elektrické vlastnosti aj pri vystavení extrémnym teplotám, vďaka čomu je vhodný pre širokú škálu aplikácií.
C. Kovové jadro: V niektorých prípadoch, keď sa vyžaduje vynikajúce tepelné riadenie, môžu byť materiály kovového jadra, ako je hliník alebo meď, použité ako pevná vrstva v pevných ohybných doskách plošných spojov. Tieto materiály majú vynikajúcu tepelnú vodivosť a dokážu efektívne odvádzať teplo generované obvodmi. Použitím kovového jadra môžu dosky s pevným ohybom efektívne riadiť teplo a zabrániť prehriatiu, čím sa zabezpečí spoľahlivosť a výkon obvodu.
Každý z týchto materiálov má svoje výhody a je vybraný na základe špecifických požiadaviek na návrh DPS. Faktory, ako je prevádzková teplota, mechanické namáhanie a požadované schopnosti tepelného manažmentu, všetky hrajú dôležitú úlohu pri určovaní vhodných materiálov na kombináciu pevných a flexibilných pevných vrstiev PCB.
Je dôležité poznamenať, že výber materiálov pre tuhé vrstvy v pevných ohybných doskách plošných spojov je kritickým aspektom procesu návrhu. Správny výber materiálu zaisťuje štrukturálnu integritu, tepelné riadenie a celkovú spoľahlivosť PCB. Výberom správnych materiálov môžu dizajnéri vytvoriť pevné ohybné PCB, ktoré spĺňajú prísne požiadavky rôznych priemyselných odvetví vrátane automobilového priemyslu, letectva, medicíny a telekomunikácií.
3. Materiály použité v pružnej vrstve:
Flexibilné vrstvy v pevných-flex PCB uľahčujú charakteristiky ohýbania a skladania týchto dosiek. Materiál použitý na pružnú vrstvu musí vykazovať vysokú pružnosť, elasticitu a odolnosť voči opakovanému ohýbaniu. Bežné materiály používané pre pružné vrstvy zahŕňajú:
A. Polyimid (PI): Ako už bolo spomenuté, polyimid je všestranný materiál, ktorý slúži na dvojaké účely v pevných ohybných PCB. Vo vrstve flex umožňuje doske ohýbať sa a ohýbať bez straty elektrických vlastností.
B. Liquid Crystal Polymer (LCP): LCP je vysokovýkonný termoplastický materiál známy svojimi vynikajúcimi mechanickými vlastnosťami a odolnosťou voči extrémnym teplotám. Poskytuje vynikajúcu flexibilitu, rozmerovú stabilitu a odolnosť proti vlhkosti pre pevné a flexibilné návrhy PCB.
C. Polyester (PET): Polyester je lacný, ľahký materiál s dobrou flexibilitou a izolačnými vlastnosťami. Bežne sa používa pre pevné ohybné dosky plošných spojov, kde je kritická nákladová efektívnosť a schopnosť mierneho ohýbania.
D. Polyimid (PI): Polyimid je bežne používaný materiál v pevných a flexibilných pružných vrstvách PCB. Má vynikajúcu pružnosť, odolnosť voči vysokej teplote a dobré elektrické izolačné vlastnosti. Polyimidový film možno ľahko laminovať, leptať a spájať s ďalšími vrstvami DPS. Vydržia opakované ohýbanie bez straty svojich elektrických vlastností, vďaka čomu sú ideálne pre flexibilné vrstvy.
E. Polymér s tekutými kryštálmi (LCP): LCP je vysokovýkonný termoplastický materiál, ktorý sa čoraz viac používa ako pružná vrstva v pevných ohybných doskách plošných spojov. Má vynikajúce mechanické vlastnosti vrátane vysokej pružnosti, rozmerovej stálosti a vynikajúcej odolnosti voči extrémnym teplotám. LCP fólie majú nízku hygroskopickosť a sú vhodné pre aplikácie vo vlhkom prostredí. Majú tiež dobrú chemickú odolnosť a nízku dielektrickú konštantu, čo zaisťuje spoľahlivý výkon v náročných podmienkach.
F. Polyester (PET): Polyester, tiež známy ako polyetyléntereftalát (PET), je ľahký a cenovo výhodný materiál používaný v flexibilných vrstvách pevných-flex PCB. PET fólia má dobrú pružnosť, vysokú pevnosť v ťahu a vynikajúcu tepelnú stabilitu. Tieto fólie majú nízku absorpciu vlhkosti a majú dobré elektroizolačné vlastnosti. PET sa často vyberá, keď sú kľúčovými faktormi pri navrhovaní PCB nákladová efektívnosť a schopnosť mierneho ohýbania.
G. Polyetherimid (PEI): PEI je vysokovýkonný technický termoplast používaný na pružnú vrstvu mäkko-tvrdo spájaných PCB. Má vynikajúce mechanické vlastnosti vrátane vysokej pružnosti, rozmerovej stálosti a odolnosti voči extrémnym teplotám. PEI fólia má nízku absorpciu vlhkosti a dobrú chemickú odolnosť. Majú tiež vysokú dielektrickú pevnosť a elektricky izolačné vlastnosti, vďaka čomu sú vhodné pre náročné aplikácie.
H. Polyetylénnaftalát (PEN): PEN je vysoko tepelne odolný a flexibilný materiál používaný na pružnú vrstvu pevných-flex PCB. Má dobrú tepelnú stabilitu, nízku absorpciu vlhkosti a vynikajúce mechanické vlastnosti. PEN fólie sú vysoko odolné voči UV žiareniu a chemikáliám. Majú tiež nízku dielektrickú konštantu a vynikajúce elektroizolačné vlastnosti. Fólia PEN vydrží opakované ohýbanie a skladanie bez ovplyvnenia jej elektrických vlastností.
I. Polydimetylsiloxán (PDMS): PDMS je pružný elastický materiál používaný na pružnú vrstvu mäkkých a tvrdých kombinovaných PCB. Má vynikajúce mechanické vlastnosti vrátane vysokej pružnosti, elasticity a odolnosti voči opakovanému ohýbaniu. PDMS fólie majú tiež dobrú tepelnú stabilitu a elektroizolačné vlastnosti. PDMS sa bežne používa v aplikáciách, ktoré vyžadujú mäkké, pružné a pohodlné materiály, ako je nositeľná elektronika a zdravotnícke pomôcky.
Každý z týchto materiálov má svoje výhody a výber materiálu flex vrstvy závisí od špecifických požiadaviek na dizajn PCB. Faktory ako flexibilita, teplotná odolnosť, odolnosť proti vlhkosti, nákladová efektívnosť a schopnosť ohýbania zohrávajú dôležitú úlohu pri určovaní vhodného materiálu pre flexibilnú vrstvu v pevnej-flexnej DPS. Dôkladné zváženie týchto faktorov zabezpečuje spoľahlivosť, odolnosť a výkon PCB v rôznych aplikáciách a odvetviach.
4. Lepiace materiály v pevných-flexných PCB:
Aby bolo možné spojiť tuhé a flexibilné vrstvy dohromady, pri konštrukcii dosiek plošných spojov s pevným ohybom sa používajú lepiace materiály. Tieto spojovacie materiály zaisťujú spoľahlivé elektrické spojenie medzi vrstvami a poskytujú potrebnú mechanickú podporu. Dva bežne používané lepiace materiály sú:
A. Epoxidová živica: Lepidlá na báze epoxidovej živice sú široko používané pre ich vysokú pevnosť spoja a vynikajúce elektrické izolačné vlastnosti. Poskytujú dobrú tepelnú stabilitu a zvyšujú celkovú tuhosť dosky plošných spojov.
b. Akryl: Lepidlá na báze akrylu sú preferované v aplikáciách, kde je rozhodujúca flexibilita a odolnosť proti vlhkosti. Tieto lepidlá majú dobrú priľnavosť a kratšie časy vytvrdzovania ako epoxidy.
C. Silikón: Lepidlá na báze silikónu sa bežne používajú v doskách rigid-flex kvôli ich pružnosti, vynikajúcej tepelnej stabilite a odolnosti voči vlhkosti a chemikáliám. Silikónové lepidlá odolávajú širokému teplotnému rozsahu, vďaka čomu sú vhodné pre aplikácie, ktoré vyžadujú flexibilitu a odolnosť voči vysokej teplote. Poskytujú efektívne spojenie medzi pevnými a pružnými vrstvami pri zachovaní požadovaných elektrických vlastností.
D. Polyuretán: Polyuretánové lepidlá poskytujú rovnováhu ohybnosti a pevnosti spoja v pevných ohybných PCB. Majú dobrú priľnavosť k rôznym podkladom a ponúkajú vynikajúcu odolnosť voči chemikáliám a teplotným zmenám. Polyuretánové lepidlá tiež absorbujú vibrácie a poskytujú mechanickú stabilitu PCB. Často sa používajú v aplikáciách, ktoré vyžadujú flexibilitu a robustnosť.
E. Živica vytvrditeľná UV: Živica vytvrditeľná UV žiarením je lepidlo, ktoré rýchlo vytvrdzuje, keď je vystavené ultrafialovému (UV) svetlu. Ponúkajú rýchle lepenie a vytvrdzovanie, vďaka čomu sú vhodné pre veľkoobjemovú výrobu. Živice vytvrditeľné UV žiarením poskytujú vynikajúcu priľnavosť k rôznym materiálom, vrátane pevných a flexibilných substrátov. Vykazujú tiež vynikajúcu chemickú odolnosť a elektrické vlastnosti. Živice vytvrditeľné UV žiarením sa bežne používajú pre pevné ohybné PCB, kde sú kritické rýchle časy spracovania a spoľahlivé spojenie.
F. Lepidlo citlivé na tlak (PSA): PSA je adhézny materiál, ktorý vytvára spoj pri pôsobení tlaku. Poskytujú pohodlné a jednoduché riešenie lepenia pre pevné ohybné dosky plošných spojov. PSA poskytuje dobrú priľnavosť k rôznym povrchom, vrátane pevných a flexibilných substrátov. Umožňujú premiestnenie počas montáže a v prípade potreby sa dajú ľahko odstrániť. PSA tiež ponúka vynikajúcu flexibilitu a konzistenciu, vďaka čomu je vhodný pre aplikácie vyžadujúce ohýbanie a ohýbanie PCB.
Záver:
Pevné flexibilné dosky plošných spojov sú neoddeliteľnou súčasťou moderných elektronických zariadení, ktoré umožňujú zložité návrhy obvodov v kompaktných a všestranných baleniach. Pre inžinierov a dizajnérov, ktorí sa snažia optimalizovať výkon a spoľahlivosť elektronických produktov, je dôležité porozumieť materiálom použitým pri ich konštrukcii. Tento článok sa zameriava na materiály bežne používané pri konštrukcii pevných a flexibilných dosiek plošných spojov vrátane pevných a flexibilných vrstiev a adhezívnych materiálov. Po zvážení faktorov, ako je tuhosť, flexibilita, tepelná odolnosť a náklady, môžu výrobcovia elektroniky vybrať správne materiály na základe ich špecifických požiadaviek na aplikáciu. Či už ide o FR4 pre tuhé vrstvy, polyimid pre flexibilné vrstvy alebo epoxid pre lepenie, každý materiál zohráva dôležitú úlohu pri zabezpečovaní odolnosti a funkčnosti pevných-flex PCB v dnešnom elektronickom priemysle.
Čas odoslania: 16. september 2023
Späť
