Rigid-flex tiskane ploče (PCB) popularne su zbog svoje svestranosti i izdržljivosti u raznim elektroničkim primjenama. Ove su ploče poznate po svojoj sposobnosti da izdrže naprezanja na savijanje i torziju dok istovremeno održavaju pouzdane električne veze.Ovaj članak će detaljno razmotriti materijale koji se koriste u krutim savitljivim PCB pločama kako bi se dobio uvid u njihov sastav i svojstva. Otkrivanjem materijala koji čine rigid-flex PCB-e snažnim i fleksibilnim rješenjem, možemo razumjeti kako oni doprinose napretku elektroničkih uređaja.
1. Razumjetirigid-flex PCB struktura:
Kruto-savitljivi PCB je tiskana ploča koja kombinira krute i fleksibilne podloge kako bi oblikovala jedinstvenu strukturu. Ova kombinacija omogućuje sklopnim pločama trodimenzionalni sklop, pružajući fleksibilnost dizajna i optimizaciju prostora za elektroničke uređaje. Struktura rigid-flex ploča sastoji se od tri glavna sloja. Prvi sloj je kruti sloj, izrađen od krutog materijala kao što je FR4 ili metalna jezgra. Ovaj sloj pruža strukturnu potporu i stabilnost PCB-u, osiguravajući njegovu trajnost i otpornost na mehanička opterećenja.
Drugi sloj je fleksibilni sloj izrađen od materijala kao što su poliimid (PI), polimer s tekućim kristalima (LCP) ili poliester (PET). Ovaj sloj omogućuje PCB-u savijanje, uvijanje i savijanje bez utjecaja na njegove električne performanse. Fleksibilnost ovog sloja ključna je za aplikacije koje zahtijevaju da PCB stane u nepravilne ili uske prostore. Treći sloj je ljepljivi sloj, koji spaja krute i fleksibilne slojeve. Ovaj je sloj obično izrađen od epoksidnih ili akrilnih materijala, odabranih zbog njihove sposobnosti da osiguraju jaku vezu između slojeva, a istovremeno daju dobra svojstva električne izolacije. Ljepljivi sloj igra ključnu ulogu u osiguravanju pouzdanosti i vijeka trajanja krutih savitljivih ploča.
Svaki sloj u rigid-flex PCB strukturi pažljivo je odabran i dizajniran kako bi zadovoljio specifične zahtjeve mehaničkih i električnih performansi. To PCB-ima omogućuje učinkovit rad u širokom rasponu primjena, od potrošačke elektronike do medicinskih uređaja i zrakoplovnih sustava.
2. Materijali koji se koriste u krutim slojevima:
U krutoslojnoj konstrukciji krutih-savitljivih PCB-a često se koristi više materijala za pružanje potrebne strukturne potpore i cjelovitosti. Ovi materijali pažljivo su odabrani na temelju njihovih specifičnih karakteristika i zahtjeva za izvedbom. Neki od najčešće korištenih materijala za krute slojeve u krutim savitljivim PCB-ima uključuju:
A. FR4: FR4 je kruti slojeviti materijal koji se široko koristi u PCB-ima. To je epoksidni laminat ojačan staklom s izvrsnim toplinskim i mehaničkim svojstvima. FR4 ima visoku krutost, nisku apsorpciju vode i dobru kemijsku otpornost. Ova svojstva ga čine idealnim kao kruti sloj jer pruža izvrstan strukturni integritet i stabilnost PCB-a.
B. Poliimid (PI): Poliimid je fleksibilan materijal otporan na toplinu koji se često koristi u krutim savitljivim pločama zbog svoje otpornosti na visoke temperature. Poliimid je poznat po svojim izvrsnim svojstvima električne izolacije i mehaničkoj stabilnosti, što ga čini prikladnim za upotrebu kao kruti slojevi u PCB-ima. Zadržava svoja mehanička i električna svojstva čak i kada je izložen ekstremnim temperaturama, što ga čini pogodnim za širok raspon primjena.
C. Metalna jezgra: U nekim slučajevima, kada je potrebno izvrsno upravljanje toplinom, materijali metalne jezgre kao što su aluminij ili bakar mogu se koristiti kao kruti sloj u krutim savitljivim PCB-ima. Ovi materijali imaju izvrsnu toplinsku vodljivost i mogu učinkovito raspršiti toplinu koju stvaraju krugovi. Korištenjem metalne jezgre, rigid-flex ploče mogu učinkovito upravljati toplinom i spriječiti pregrijavanje, osiguravajući pouzdanost i performanse kruga.
Svaki od ovih materijala ima svoje prednosti i odabire se na temelju specifičnih zahtjeva PCB dizajna. Čimbenici poput radne temperature, mehaničkog naprezanja i potrebnih mogućnosti upravljanja toplinom igraju važnu ulogu u određivanju odgovarajućih materijala za kombiniranje krutih i fleksibilnih PCB krutih slojeva.
Važno je napomenuti da je odabir materijala za krute slojeve u krutim savitljivim PCB-ima kritičan aspekt procesa projektiranja. Pravilan odabir materijala osigurava strukturni integritet, upravljanje toplinom i ukupnu pouzdanost PCB-a. Odabirom pravih materijala, dizajneri mogu stvoriti krute-savitljive PCB ploče koje zadovoljavaju stroge zahtjeve raznih industrija, uključujući automobilsku, zrakoplovnu, medicinsku i telekomunikacijsku.
3. Materijali korišteni u fleksibilnom sloju:
Fleksibilni slojevi u rigid-flex PCB-ima olakšavaju karakteristike savijanja i preklapanja ovih ploča. Materijal koji se koristi za fleksibilni sloj mora pokazivati visoku fleksibilnost, elastičnost i otpornost na opetovano savijanje. Uobičajeni materijali koji se koriste za fleksibilne slojeve uključuju:
A. Poliimid (PI): Kao što je ranije spomenuto, poliimid je svestran materijal koji ima dvostruku namjenu u krutim savitljivim PCB-ima. U savitljivom sloju omogućuje da se ploča savija i savija bez gubitka svojih električnih svojstava.
B. Polimer s tekućim kristalima (LCP): LCP je termoplastični materijal visokih performansi poznat po izvrsnim mehaničkim svojstvima i otpornosti na ekstremne temperature. Pruža izvrsnu fleksibilnost, dimenzionalnu stabilnost i otpornost na vlagu za krute savitljive PCB dizajne.
C. Poliester (PET): Poliester je jeftin, lagan materijal s dobrom fleksibilnošću i izolacijskim svojstvima. Obično se koristi za krute savitljive tiskane ploče gdje su isplativost i umjerena sposobnost savijanja kritični.
D. Poliimid (PI): Poliimid je često korišteni materijal u krutim i fleksibilnim PCB fleksibilnim slojevima. Ima izvrsnu fleksibilnost, otpornost na visoke temperature i dobra svojstva električne izolacije. Poliimidni film može se lako laminirati, urezati i zalijepiti na druge slojeve PCB-a. Mogu izdržati opetovano savijanje bez gubitka svojih električnih svojstava, što ih čini idealnim za fleksibilne slojeve.
E. Polimer s tekućim kristalima (LCP): LCP je termoplastični materijal visokih performansi koji se sve više koristi kao fleksibilni sloj u krutim savitljivim PCB-ima. Ima izvrsna mehanička svojstva, uključujući visoku fleksibilnost, dimenzijsku stabilnost i izvrsnu otpornost na ekstremne temperature. LCP filmovi imaju nisku higroskopnost i prikladni su za primjenu u vlažnim okruženjima. Također imaju dobru kemijsku otpornost i nisku dielektričnu konstantu, osiguravajući pouzdan rad u teškim uvjetima.
F. Poliester (PET): Poliester, također poznat kao polietilen tereftalat (PET), lagan je i isplativ materijal koji se koristi u fleksibilnim slojevima krutih-savitljivih PCB-a. PET folija ima dobru fleksibilnost, visoku vlačnu čvrstoću i izvrsnu toplinsku stabilnost. Ovi filmovi imaju nisku apsorpciju vlage i imaju dobra svojstva električne izolacije. PET se često bira kada su isplativost i umjerena sposobnost savijanja ključni čimbenici u dizajnu PCB-a.
G. Polieterimid (PEI): PEI je inženjerska termoplastika visokih performansi koja se koristi za fleksibilni sloj meko-tvrdo spojenih PCB-a. Ima izvrsna mehanička svojstva, uključujući visoku fleksibilnost, dimenzijsku stabilnost i otpornost na ekstremne temperature. PEI film ima nisku apsorpciju vlage i dobru kemijsku otpornost. Također imaju visoku dielektričnu čvrstoću i električna izolacijska svojstva, što ih čini prikladnima za zahtjevne primjene.
H. Polietilen naftalat (PEN): PEN je vrlo otporan na toplinu i fleksibilan materijal koji se koristi za fleksibilni sloj rigid-flex PCB-a. Ima dobru toplinsku stabilnost, nisko upijanje vlage i izvrsna mehanička svojstva. PEN folije su vrlo otporne na UV zračenje i kemikalije. Također imaju nisku dielektričnu konstantu i izvrsna svojstva električne izolacije. PEN film može izdržati opetovano savijanje i preklapanje bez utjecaja na njegova električna svojstva.
I. Polidimetilsiloksan (PDMS): PDMS je fleksibilni elastični materijal koji se koristi za fleksibilni sloj mekih i tvrdih kombiniranih PCB-a. Ima izvrsna mehanička svojstva, uključujući visoku fleksibilnost, elastičnost i otpornost na opetovano savijanje. PDMS filmovi također imaju dobru toplinsku stabilnost i svojstva električne izolacije. PDMS se obično koristi u aplikacijama koje zahtijevaju meke, rastezljive i udobne materijale, kao što su nosiva elektronika i medicinski uređaji.
Svaki od ovih materijala ima svoje prednosti, a izbor materijala savitljivog sloja ovisi o specifičnim zahtjevima PCB dizajna. Čimbenici kao što su fleksibilnost, otpornost na temperaturu, otpornost na vlagu, isplativost i sposobnost savijanja igraju važnu ulogu u određivanju odgovarajućeg materijala za fleksibilni sloj u kruto-savitljivom PCB-u. Pažljivo razmatranje ovih čimbenika osigurava pouzdanost PCB-a, trajnost i performanse u različitim primjenama i industrijama.
4. Ljepljivi materijali u krutim savitljivim PCB pločama:
Kako bi se spojili kruti i fleksibilni slojevi zajedno, ljepljivi materijali se koriste u rigid-flex PCB konstrukciji. Ovi vezni materijali osiguravaju pouzdanu električnu vezu između slojeva i pružaju potrebnu mehaničku potporu. Dva najčešće korištena materijala za lijepljenje su:
A. Epoksidna smola: Ljepila na bazi epoksidne smole naširoko se koriste zbog svoje velike čvrstoće lijepljenja i izvrsnih svojstava električne izolacije. Oni pružaju dobru toplinsku stabilnost i povećavaju ukupnu krutost tiskane ploče.
b. Akril: Ljepila na bazi akrila preferiraju se u primjenama gdje su fleksibilnost i otpornost na vlagu kritični. Ova ljepila imaju dobru snagu lijepljenja i kraće vrijeme sušenja od epoksida.
C. Silikon: Ljepila na bazi silikona obično se koriste u krutim savitljivim pločama zbog svoje fleksibilnosti, izvrsne toplinske stabilnosti i otpornosti na vlagu i kemikalije. Silikonska ljepila mogu izdržati širok raspon temperatura, što ih čini prikladnima za primjene koje zahtijevaju i fleksibilnost i otpornost na visoke temperature. Omogućuju učinkovito spajanje krutih i fleksibilnih slojeva uz zadržavanje potrebnih električnih svojstava.
D. Poliuretan: Poliuretanska ljepila pružaju ravnotežu fleksibilnosti i čvrstoće lijepljenja u krutim savitljivim PCB pločama. Imaju dobru adheziju na različite podloge i nude izvrsnu otpornost na kemikalije i promjene temperature. Poliuretanska ljepila također apsorbiraju vibracije i pružaju mehaničku stabilnost PCB-a. Često se koriste u aplikacijama koje zahtijevaju fleksibilnost i robusnost.
E. UV stvrdnjavajuća smola: UV stvrdnjavajuća smola je ljepilo koje se brzo stvrdnjava kada je izloženo ultraljubičastom (UV) svjetlu. Nude brzo vrijeme lijepljenja i stvrdnjavanja, što ih čini prikladnima za proizvodnju velikih količina. Smole koje se stvrdnjavaju UV zračenjem pružaju izvrsno prianjanje na razne materijale, uključujući krute i fleksibilne podloge. Također pokazuju izvrsnu kemijsku otpornost i električna svojstva. Smole koje se stvrdnjavaju UV-zračenjem obično se koriste za krute savitljive PCB-ove, gdje su kratko vrijeme obrade i pouzdano spajanje ključni.
F. Ljepilo osjetljivo na pritisak (PSA): PSA je ljepljivi materijal koji stvara vezu kada se primijeni pritisak. Pružaju prikladno, jednostavno rješenje za spajanje krutih savitljivih PCB ploča. PSA osigurava dobro prianjanje na različite površine, uključujući krute i fleksibilne podloge. Omogućuju ponovno postavljanje tijekom sastavljanja i mogu se lako ukloniti ako je potrebno. PSA također nudi izvrsnu fleksibilnost i dosljednost, što ga čini prikladnim za primjene koje zahtijevaju savijanje i savijanje tiskanih ploča.
Zaključak:
Rigid-flex PCB-ovi sastavni su dio modernih elektroničkih uređaja, omogućujući složene sklopove u kompaktnim i svestranim paketima. Za inženjere i dizajnere koji žele optimizirati performanse i pouzdanost elektroničkih proizvoda, ključno je razumjeti materijale koji se koriste u njihovoj izradi. Ovaj se članak fokusira na materijale koji se obično koriste u kruto-savitljivim PCB konstrukcijama, uključujući krute i fleksibilne slojeve i ljepljive materijale. Uzimajući u obzir faktore kao što su krutost, fleksibilnost, otpornost na toplinu i cijenu, proizvođači elektronike mogu odabrati prave materijale na temelju svojih specifičnih zahtjeva primjene. Bilo da se radi o FR4 za krute slojeve, poliimidu za fleksibilne slojeve ili epoksidu za lijepljenje, svaki materijal igra važnu ulogu u osiguravanju trajnosti i funkcionalnosti krutih savitljivih PCB ploča u današnjoj elektroničkoj industriji.
Vrijeme objave: 16. rujna 2023
Nazad
