Plăci de circuite imprimate flexibile rigidesunt utilizate pe scară largă în electronice de larg consum, electronice auto, aerospațiale și alte domenii datorită capacității lor de a oferi suport mecanic stabil în zone rigide și conexiuni flexibile de îndoire în zone flexibile. De la conexiunea cu ecranul pliabil al smartphone-urilor până la cablarea complexă din interiorul compartimentelor motorului mașinii, plăcile de circuite imprimate flexibile rigide joacă un rol crucial. În procesul său de proiectare și fabricație, controlul razei de îndoire este un element de bază pentru a asigura performanța și fiabilitatea produsului. Raza de îndoire necorespunzătoare poate cauza o serie de probleme grave, cum ar fi crăparea foliei de cupru, decojirea stratului dielectric, ruperea circuitului etc., ceea ce poate duce la defectarea întregii funcții a produsului electronic.
1, Structura plăcii de circuit imprimat flexibil rigid și principiul de îndoire
1. Compoziția structurală
O placă de circuit imprimat flexibil rigidă constă dintr-o regiune rigidă, o regiune flexibilă și o zonă de tranziție între cele două. Materialele de bază rigide, cum ar fi FR-4 sunt de obicei utilizate în zone rigide, iar foliile de cupru multi-strat și straturi dielectrice sunt suprapuse, la fel ca placa de circuit imprimat tradițională cu mai multe straturi, pentru a oferi o bază solidă pentru instalarea componentelor. Zona flexibilă este realizată din poliimidă ca substrat, combinată cu folie de cupru și folie de acoperire, dând plăcii capacitatea de îndoire. Zona de tranziție este o parte cheie pentru realizarea unei conexiuni lină între rigiditate și flexibilitate. Prin procese specifice de laminare se asigură continuitatea conexiunilor electrice și a proprietăților mecanice între diferite zone.
2. Principiul de îndoire
Atunci când zona flexibilă a plăcii de circuit imprimat flexibil flexibil se îndoaie, materialul interior este supus unei tensiuni de compresiune, iar materialul exterior este supus unei solicitări de tracțiune. Pe măsură ce gradul de îndoire crește, stresul se acumulează continuu. Există o limită a tensiunii pe care materialele o pot suporta, iar odată ce această limită este depășită, poate provoca daune materiale. Cu cât raza de îndoire este mai mică, cu atât este mai mare diferența de efort între părțile interioare și exterioare ale materialului și cu atât este mai mare riscul de deteriorare. De exemplu, în dispozitivele portabile, plăcile de circuite imprimate flexibile rigide trebuie să fie îndoite frecvent. Dacă raza de îndoire nu este proiectată corespunzător, se poate produce ruperea foliei de cupru într-o perioadă scurtă de timp, provocând funcționarea defectuoasă a dispozitivului.
2, Factori cheie care afectează raza de îndoire
1. Caracteristicile materialelor
folie de cupru
Folia de cupru, ca strat conductiv principal, are un impact semnificativ asupra performanței sale de îndoire datorită grosimii sale. Folia groasă de cupru (35 μ m sau mai groasă) generează o tensiune de tracțiune mai mare și este predispusă la fisurare atunci când este îndoită datorită rigidității sale ridicate. Structura cu mai multe straturi din folie de cupru va crește grosimea totală a zonei flexibile, crescând astfel raza de îndoire necesară. De exemplu, plăcile de circuite imprimate rigide rigide din folie de cupru utilizate în unele circuite de putere necesită o rază de îndoire mai mare pentru a asigura fiabilitatea în comparație cu plăcile cu grosimea obișnuită a foliei de cupru.
substrat
Grosimea substratului filmului PI utilizat în mod obișnuit în zonele flexibile este factorul cheie care determină performanța sa de îndoire. Substraturile subțiri (25 μm sau mai puțin) sunt potrivite pentru proiecte cu raze de îndoire mici, dar rezistența lor mecanică este slabă, iar încovoierea pe termen lung este predispusă la cedarea la oboseală. Substraturile groase (50 μm sau mai mult) au o rezistență mecanică ridicată, dar performanțe slabe la îndoire și necesită o rază de îndoire mai mare. În cablarea internă a smartphone-urilor care necesită foarte mult spațiu, substraturile PI subțiri sunt adesea folosite pentru a obține o rază de îndoire mică și pentru a îndeplini cerințele de dispunere a spațiului compact.
folie de acoperire
Grosimea și proprietățile materialului foliei de acoperire afectează distribuția tensiunilor în timpul îndoirii. Filmul de acoperire subțire poate îmbunătăți performanța de îndoire a zonelor flexibile, dar rezistența la uzură și performanța izolației pot fi reduse. Filmul gros de acoperire crește rigiditatea la îndoire, necesitând o rază de îndoire mai mare. În placa de circuit imprimat flex rigid utilizată pentru conectarea senzorilor de automobile, pentru a asigura fiabilitatea-pe termen lung în medii complexe, este selectată o peliculă de acoperire puțin mai groasă și-de înaltă performanță și, în consecință, designul razei de îndoire trebuie mărit.
2. Structura consiliului
numărul de straturi
Cu cât sunt mai multe straturi în partea flexibilă, cu atât grosimea totală este mai mare și performanța de îndoire este mai slabă. Stivuirea excesivă poate crește stresul intern, făcându-l mai predispus la probleme în timpul îndoirii. Prin urmare, în proiectare, numărul de straturi flexibile ar trebui redus la minimum pe cât posibil pentru a îmbunătăți performanța de îndoire.
Stivuire simetrică
Simetria structurilor laminate în zonele flexibile este crucială. Structurile asimetrice, cum ar fi grosimea foliei de cupru sau asimetria grosimii substratului, pot genera concentrarea tensiunilor în timpul îndoirii, crescând foarte mult riscul de fisurare sau delaminare. Numai prin asigurarea unei stivuiri simetrice, tensiunea poate fi distribuită uniform și se poate garanta o bună performanță la îndoire.
3, Standarde de control al razei de curbare și metode de calcul
1. Standarde industriale
Standardele industriale, cum ar fi IPC-2223, oferă îndrumări cu privire la raza de îndoire a plăcilor de circuite imprimate flexibile rigide. În general, raza de îndoire recomandată este de 10 până la 15 ori grosimea plăcii flexibile pentru a evita fisurarea și defecțiunea mecanică. Dar diferitele scenarii de aplicare au cerințe diferite pentru fiabilitate, iar standardele pot varia, de asemenea. În domeniile cu cerințe ridicate de fiabilitate, cum ar fi industria aerospațială, standardele pentru raza de curbură sunt adesea mai stricte.
2. Calculul formulei empirice
O singură îndoire
Pe baza experienței practice extinse, formula pentru calcularea razei de îndoire minimă în timpul unei singure îndoiri este: Rmin1=k1 × T, unde Rmin1 este raza minimă de îndoire în timpul unei singure îndoiri, T este grosimea totală a piesei flexibile și k1 este coeficientul de îndoire unic, de obicei variind de la 6 la 10. De exemplu, dacă grosimea totală a piesei flexibile este luată ca 1 mm. 8, Rmin1=8 × 0.2=1.6mm.
îndoiri repetate
Pentru scenariile de aplicare care necesită îndoire frecventă, formula pentru calcularea razei minime de îndoire pentru îndoirea repetată este: Rmin2=k2 × T. Rmin2 este raza minimă de îndoire pentru îndoirea repetată, iar k2 este coeficientul pentru îndoirea repetată, în general între 12 și 20. Dacă grosimea totală a piesei flexibile este tot 0. 0.2=3mm.
4, Măsuri de optimizare pentru raza de îndoire
1. Optimizarea cablajului
Evitați virajele în unghi drept
În zonele curbe, liniile de semnal trebuie să evite virajele în unghi drept și să folosească o metodă de cablare de tranziție curbă. La unghi drept, are loc concentrarea tensiunilor, în timp ce tranzițiile circulare pot dispersa eficient stresul și pot reduce riscul de fisurare a foliei de cupru.
Cablaj distribuit
Evitați concentrarea mai multor linii de semnal în zonele curbe pentru a reduce stresul local. Planificarea rezonabilă a cablajului pentru a distribui uniform semnalele poate ajuta la îmbunătățirea fiabilității la îndoire.
Reglați lățimea și spațierea liniilor
Lățimea liniei în zona curbată trebuie lărgită în mod corespunzător (de obicei de 1,5 ori lățimea convențională a liniei), iar distanța dintre linii ar trebui mărită pentru a preveni scurtcircuitele sau fisurile în timpul îndoirii și pentru a asigura o performanță electrică stabilă.
2. Optimizarea designului stratificat
Reduceți numărul de straturi
Simplificați numărul de straturi flexibile, reduceți grosimea totală, îmbunătățiți performanța de îndoire și reduceți generarea de tensiuni interne.
Asigurați stivuirea simetrică
Asigurați strict stivuirea simetrică a foliei de cupru și a filmului de acoperire pentru a distribui uniform stresul în timpul îndoirii și pentru a evita diverse probleme cauzate de concentrarea tensiunii.
3. Optimizarea foliei de acoperire
Alegeți materiale cu ductilitate ridicată
Folosind poliimidă cu ductilitate ridicată și alte materiale de film de acoperire pentru a îmbunătăți performanța de îndoire a zonelor flexibile și pentru a îmbunătăți durabilitatea plăcii.
Design rezonabil al ferestrei
Designul ferestrei trebuie aplicat pe filmul de acoperire în zona curbată pentru a reduce concentrația de stres, dar trebuie să se asigure că fereastra nu afectează performanța izolației electrice.
4. Optimizarea designului zonei de îndoire
Configurați o zonă tampon curbată
Proiectați zone tampon în jurul zonei curbate pentru a evita cablurile excesive ale semnalului și viasele în această zonă și pentru a reduce interferența de stres.
Definiți clar direcția de îndoire
Definiți în mod clar direcția de îndoire a piesei flexibile, evitați distribuția complexă a tensiunilor și asigurați un proces de îndoire stabil și fiabil.
5. Managementul stresului prin gaură
Reduceți numărul de găuri de trecere
Găurile de trecere din zonele curbe vor crește stresul local, iar fixarea găurilor de trecere ar trebui redusă la minimum pe cât posibil pentru a reduce punctele de concentrare a tensiunii.
Adoptarea unei tehnologii îmbunătățite prin-hole
Prin utilizarea procesului de umplere prin găuri sau prin găuri îngropate oarbe, stabilitatea găurilor traversante în timpul îndoirii poate fi îmbunătățită pentru a preveni fisurarea.
Standardul pentru controlul razei de îndoire a plăcilor de circuite imprimate flexibile rigide este crucial pentru a asigura performanța și fiabilitatea acestora. Prin înțelegerea profundă a proprietăților materialului și a factorilor de structură a stratului care afectează raza de îndoire, calculând cu precizie raza de îndoire folosind standarde industriale și formule empirice și luând o serie de măsuri eficiente, cum ar fi optimizarea cablajului și optimizarea stivuirii, performanța de îndoire a plăcilor de circuite imprimate flexibile rigide poate fi îmbunătățită semnificativ.