Pevné flexibilní desky s plošnými spoji (PCB) jsou oblíbené pro svou všestrannost a odolnost v různých elektronických aplikacích. Tyto desky jsou známé svou schopností odolávat ohybovému a torznímu namáhání při zachování spolehlivého elektrického spojení.Tento článek se podrobně podívá na materiály používané v deskách plošných spojů s pevným ohybem, abyste získali přehled o jejich složení a vlastnostech. Odhalením materiálů, které dělají z pevných a flexibilních desek plošných spojů pevné a flexibilní řešení, můžeme pochopit, jak přispívají k rozvoji elektronických zařízení.
1. Pochopitpevná-flex struktura PCB：
Pevně ohebná deska plošných spojů je deska s plošnými spoji, která kombinuje tuhé a flexibilní substráty a vytváří jedinečnou strukturu. Tato kombinace umožňuje deskám plošných spojů používat trojrozměrné obvody, což poskytuje flexibilitu návrhu a optimalizaci prostoru pro elektronická zařízení. Struktura desek rigid-flex se skládá ze tří hlavních vrstev. První vrstva je tuhá vrstva, vyrobená z tuhého materiálu, jako je FR4 nebo kovové jádro. Tato vrstva poskytuje desku plošných spojů strukturální podporu a stabilitu a zajišťuje její trvanlivost a odolnost proti mechanickému namáhání.
Druhá vrstva je pružná vrstva vyrobená z materiálů jako je polyimid (PI), tekutý krystalový polymer (LCP) nebo polyester (PET). Tato vrstva umožňuje PCB ohýbat, kroutit a ohýbat, aniž by to ovlivnilo její elektrický výkon. Flexibilita této vrstvy je rozhodující pro aplikace, které vyžadují, aby se deska plošných spojů vešla do nepravidelných nebo těsných prostorů. Třetí vrstvou je adhezivní vrstva, která spojuje tuhé a pružné vrstvy dohromady. Tato vrstva je obvykle vyrobena z epoxidových nebo akrylových materiálů, vybraných pro jejich schopnost zajistit silnou vazbu mezi vrstvami a zároveň poskytovat dobré elektrické izolační vlastnosti. Lepicí vrstva hraje zásadní roli při zajišťování spolehlivosti a životnosti desek rigid-flex.
Každá vrstva v rigid-flex struktuře PCB je pečlivě vybrána a navržena tak, aby splňovala specifické požadavky na mechanický a elektrický výkon. To umožňuje, aby desky plošných spojů efektivně fungovaly v široké škále aplikací, od spotřební elektroniky po lékařská zařízení a letecké systémy.
2. Materiály použité v pevných vrstvách:
V pevné vrstvené konstrukci pevných-flex PCB se často používá více materiálů pro zajištění nezbytné strukturální podpory a integrity. Tyto materiály jsou pečlivě vybírány na základě jejich specifických vlastností a požadavků na výkon. Některé z nejběžněji používaných materiálů pro tuhé vrstvy v deskách plošných spojů s pevným ohybem zahrnují:
A. FR4: FR4 je materiál s tuhou vrstvou široce používaný v PCB. Jedná se o sklem vyztužený epoxidový laminát s vynikajícími tepelnými a mechanickými vlastnostmi. FR4 má vysokou tuhost, nízkou nasákavost a dobrou chemickou odolnost. Díky těmto vlastnostem je ideální jako tuhá vrstva, protože poskytuje vynikající strukturální integritu a stabilitu PCB.
B. Polyimid (PI): Polyimid je ohebný tepelně odolný materiál, který se často používá v deskách rigid-flex díky své vysoké teplotní odolnosti. Polyimid je známý pro své vynikající elektrické izolační vlastnosti a mechanickou stabilitu, díky čemuž je vhodný pro použití jako tuhé vrstvy v DPS. Zachovává si své mechanické a elektrické vlastnosti i při vystavení extrémním teplotám, díky čemuž je vhodný pro širokou škálu aplikací.
C. Kovové jádro: V některých případech, kdy je vyžadováno vynikající tepelné řízení, lze materiály kovového jádra, jako je hliník nebo měď, použít jako tuhou vrstvu v deskách plošných spojů s pevnou pružností. Tyto materiály mají vynikající tepelnou vodivost a mohou účinně odvádět teplo generované obvody. Použitím kovového jádra dokážou desky rigid-flex efektivně řídit teplo a zabránit přehřátí, což zajišťuje spolehlivost a výkon obvodu.
Každý z těchto materiálů má své výhody a je vybírán na základě specifických požadavků na návrh DPS. Faktory, jako je provozní teplota, mechanické namáhání a požadované schopnosti tepelného managementu, hrají důležitou roli při určování vhodných materiálů pro kombinaci tuhých a flexibilních pevných vrstev PCB.
Je důležité poznamenat, že výběr materiálů pro tuhé vrstvy v deskách s pevnými spoji je kritickým aspektem procesu návrhu. Správný výběr materiálu zajišťuje strukturální integritu, tepelný management a celkovou spolehlivost PCB. Výběrem správných materiálů mohou designéři vytvořit neohebné PCB, které splňují přísné požadavky různých průmyslových odvětví, včetně automobilového průmyslu, letectví, lékařství a telekomunikací.
3. Materiály použité v pružné vrstvě:
Flexibilní vrstvy v deskách s pevným ohybem usnadňují ohýbání a skládání těchto desek. Materiál použitý pro pružnou vrstvu musí vykazovat vysokou pružnost, elasticitu a odolnost proti opakovanému ohýbání. Mezi běžné materiály používané pro pružné vrstvy patří:
A. Polyimid (PI): Jak již bylo zmíněno dříve, polyimid je všestranný materiál, který slouží dvojím účelům v pevných pružných deskách plošných spojů. Ve vrstvě flex umožňuje desce ohýbat a ohýbat bez ztráty elektrických vlastností.
B. Liquid Crystal Polymer (LCP): LCP je vysoce výkonný termoplastický materiál známý pro své vynikající mechanické vlastnosti a odolnost vůči extrémním teplotám. Poskytuje vynikající flexibilitu, rozměrovou stabilitu a odolnost proti vlhkosti pro pevné-flex návrhy PCB.
C. Polyester (PET): Polyester je levný, lehký materiál s dobrou pružností a izolačními vlastnostmi. Běžně se používá pro pevné ohebné desky plošných spojů, kde je kritická nákladová efektivita a mírné možnosti ohýbání.
D. Polyimid (PI): Polyimid je běžně používaný materiál v tuhých a pružných pružných vrstvách PCB. Má vynikající pružnost, odolnost vůči vysokým teplotám a dobré elektroizolační vlastnosti. Polyimidový film lze snadno laminovat, leptat a lepit na další vrstvy DPS. Dokážou odolat opakovanému ohýbání, aniž by ztratily své elektrické vlastnosti, takže jsou ideální pro flexibilní vrstvy.
E. Liquid crystal polymer (LCP): LCP je vysoce výkonný termoplastický materiál, který se stále více používá jako pružná vrstva v deskách plošných spojů s pevnou pružností. Má vynikající mechanické vlastnosti, včetně vysoké pružnosti, rozměrové stálosti a vynikající odolnosti vůči extrémním teplotám. LCP fólie mají nízkou hygroskopičnost a jsou vhodné pro aplikace ve vlhkém prostředí. Mají také dobrou chemickou odolnost a nízkou dielektrickou konstantu, což zajišťuje spolehlivý výkon v náročných podmínkách.
F. Polyester (PET): Polyester, také známý jako polyethylentereftalát (PET), je lehký a nákladově efektivní materiál používaný v pružných vrstvách pevných-flex PCB. PET fólie má dobrou pružnost, vysokou pevnost v tahu a vynikající tepelnou stabilitu. Tyto fólie mají nízkou absorpci vlhkosti a mají dobré elektroizolační vlastnosti. PET se často volí, když jsou klíčovými faktory při návrhu PCB hospodárnost a mírné možnosti ohýbání.
G. Polyetherimid (PEI): PEI je vysoce výkonný technický termoplast používaný pro flexibilní vrstvu měkce a tvrdě lepených PCB. Má vynikající mechanické vlastnosti, včetně vysoké pružnosti, rozměrové stálosti a odolnosti vůči extrémním teplotám. PEI fólie má nízkou absorpci vlhkosti a dobrou chemickou odolnost. Mají také vysokou dielektrickou pevnost a elektricky izolační vlastnosti, díky čemuž jsou vhodné pro náročné aplikace.
H. Polyethylennaftalát (PEN): PEN je vysoce tepelně odolný a pružný materiál používaný pro flexibilní vrstvu pevných-flex PCB. Má dobrou tepelnou stabilitu, nízkou absorpci vlhkosti a vynikající mechanické vlastnosti. PEN fólie jsou vysoce odolné vůči UV záření a chemikáliím. Mají také nízkou dielektrickou konstantu a vynikající elektroizolační vlastnosti. Fólie PEN vydrží opakované ohýbání a skládání bez ovlivnění jejích elektrických vlastností.
I. Polydimethylsiloxan (PDMS): PDMS je pružný elastický materiál používaný pro flexibilní vrstvu měkkých a tvrdých kombinovaných PCB. Má vynikající mechanické vlastnosti, včetně vysoké pružnosti, pružnosti a odolnosti proti opakovanému ohýbání. Fólie PDMS mají také dobrou tepelnou stabilitu a elektroizolační vlastnosti. PDMS se běžně používá v aplikacích, které vyžadují měkké, pružné a pohodlné materiály, jako je nositelná elektronika a lékařská zařízení.
Každý z těchto materiálů má své výhody a výběr materiálu flex vrstvy závisí na konkrétních požadavcích návrhu DPS. Faktory, jako je flexibilita, teplotní odolnost, odolnost proti vlhkosti, nákladová efektivita a schopnost ohýbání, hrají důležitou roli při určování vhodného materiálu pro pružnou vrstvu v rigid-flex PCB. Pečlivé zvážení těchto faktorů zajišťuje spolehlivost, životnost a výkon desek plošných spojů v různých aplikacích a průmyslových odvětvích.
4. Adhezivní materiály v pevných-flex PCB:
Aby bylo možné spojit tuhé a pružné vrstvy dohromady, používají se při konstrukci desek plošných spojů rigid-flex adhezivní materiály. Tyto spojovací materiály zajišťují spolehlivé elektrické spojení mezi vrstvami a poskytují nezbytnou mechanickou podporu. Dva běžně používané spojovací materiály jsou:
A. Epoxidová pryskyřice: Lepidla na bázi epoxidové pryskyřice jsou široce používána pro svou vysokou pevnost spoje a vynikající elektroizolační vlastnosti. Poskytují dobrou tepelnou stabilitu a zvyšují celkovou tuhost obvodové desky.
b. Akryl: Lepidla na akrylové bázi jsou preferována v aplikacích, kde je rozhodující flexibilita a odolnost proti vlhkosti. Tato lepidla mají dobrou pevnost spoje a kratší dobu vytvrzování než epoxidy.
C. Silikon: Lepidla na bázi silikonu se běžně používají v deskách rigid-flex kvůli jejich pružnosti, vynikající tepelné stabilitě a odolnosti vůči vlhkosti a chemikáliím. Silikonová lepidla odolávají širokému teplotnímu rozsahu, díky čemuž jsou vhodná pro aplikace, které vyžadují flexibilitu a odolnost vůči vysokým teplotám. Poskytují účinné spojení mezi tuhými a pružnými vrstvami při zachování požadovaných elektrických vlastností.
D. Polyuretan: Polyuretanová lepidla poskytují rovnováhu pružnosti a pevnosti spoje u pevných-flexních desek plošných spojů. Mají dobrou přilnavost k různým podkladům a nabízejí vynikající odolnost vůči chemikáliím a teplotním změnám. Polyuretanová lepidla také absorbují vibrace a zajišťují mechanickou stabilitu PCB. Často se používají v aplikacích, které vyžadují flexibilitu a robustnost.
E. UV tvrditelná pryskyřice: UV tvrditelná pryskyřice je lepidlo, které rychle vytvrzuje, když je vystaveno ultrafialovému (UV) světlu. Nabízejí rychlé lepení a vytvrzování, díky čemuž jsou vhodné pro velkosériovou výrobu. UV vytvrditelné pryskyřice poskytují vynikající přilnavost k různým materiálům, včetně pevných a flexibilních substrátů. Vykazují také vynikající chemickou odolnost a elektrické vlastnosti. Pryskyřice vytvrditelné UV zářením se běžně používají pro pevné pružné desky plošných spojů, kde jsou kritické rychlé doby zpracování a spolehlivé spojení.
F. Lepidlo citlivé na tlak (PSA): PSA je adhezivní materiál, který vytváří spojení, když je aplikován tlak. Poskytují pohodlné a jednoduché řešení lepení pro pevné ohebné desky plošných spojů. PSA poskytuje dobrou přilnavost k různým povrchům, včetně pevných a flexibilních substrátů. Umožňují přemístění během montáže a v případě potřeby je lze snadno vyjmout. PSA také nabízí vynikající flexibilitu a konzistenci, takže je vhodný pro aplikace vyžadující ohýbání a ohýbání desek plošných spojů.
Závěr:
Pevné flexibilní desky plošných spojů jsou nedílnou součástí moderních elektronických zařízení a umožňují komplexní návrhy obvodů v kompaktních a všestranných pouzdrech. Pro inženýry a konstruktéry, kteří se snaží optimalizovat výkon a spolehlivost elektronických produktů, je zásadní porozumět materiálům použitým při jejich konstrukci. Tento článek se zaměřuje na materiály běžně používané při konstrukci pevných a pružných desek plošných spojů, včetně tuhých a flexibilních vrstev a adhezivních materiálů. Zvážením faktorů, jako je tuhost, flexibilita, tepelná odolnost a náklady, mohou výrobci elektroniky vybrat správné materiály na základě jejich specifických požadavků na aplikaci. Ať už je to FR4 pro tuhé vrstvy, polyimid pro flexibilní vrstvy nebo epoxid pro lepení, každý materiál hraje roli při zajišťování odolnosti a funkčnosti pevných-flex PCB v dnešním elektronickém průmyslu hraje zásadní roli.
Čas odeslání: 16. září 2023
Zadní
