Печатные платы — это хорошо знакомая каждому технология создания электронных схем. Их распространённость привела к тому, что почти все электронные компоненты проектируются с учётом монтажа именно на них. Однако они не лишены недостатков, которые особенно проявляются при ограничениях по пространству или повышенных требованиях. Эти ограничения можно преодолеть, применяя гибкие и жёстко-гибкие (rigid-flex) платы. Обе эти технологии ценятся в специализированных областях, и мы наблюдаем их постоянный рост также в потребительской электронике. В сегодняшней статье мы рассмотрим технологии
гибких плат flex и
rigid-flex, их преимущества и области применения.
Конструкция и виды гибких плат
Гибкие печатные платы строятся практически так же, как и стандартные печатные платы (PCB). Как и они, они обладают одним или несколькими медными токопроводящими слоями, внешние слои которых могут быть покрыты защитным масочным лаком. Основное отличие заключается в том, что вместо жёсткого стеклянно-эпоксидного основания используется значительно более тонкая, естественно гибкая подложка. Материалы подложки чаще всего представляют собой термостойкие полимеры, например, полиимиды (каптон). Благодаря этому плата может гнуться или принимать любую форму без риска поломки или повреждения соединений. С другой стороны,
жёстко-гибкие печатные платы, известные под названием rigid-flex, представляют собой гибрид вышеуказанных технологий. Они содержат как участки с жёстким основанием, так и гибкие, которые ламинируются вместе в единую структуру. Жёсткие участки часто размещают электронные компоненты, а гибкие служат для соединений между ними. Продвинутые производственные процессы позволяют создавать несколько регионов с жёсткой подложкой разных слоёв, а также выводить гибкие цепи из определённых слоёв многослойной платы.
Читайте также: Технологии монтажа электронных компонентов Платы rigid-flex не следует путать с жёсткими усиленными гибкими платами. Последние имеют лишь дополнительный элемент усиления — часто металлическую пластину, приклеенную к гибкой плате. Цель усиления — усилить и стабилизировать область пайки компонентов.
Где и почему применяют гибкие платы?
Не всегда хватает места, чтобы разместить все компоненты на одном куске печатной платы. Вместо того, чтобы разбивать схему на множество модулей, можно использовать
гибкие платы, форма которых легко адаптируется под доступное внутри корпуса пространство. Один модуль flex или rigid-flex может заменить большее число традиционных PCB вместе с соединениями между ними.
Гибкие платы благодаря гораздо меньшей толщине позволяют уменьшить размеры и вес устройства. Это особенно полезно в компактных устройствах с высокой сложностью, требующих большого числа компонентов и соединений в ограниченном пространстве. Такие решения встречаются, в частности, в цифровых камерах и мобильных телефонах. [caption id="attachment_61823" align="aligncenter" width="930"]
Пример использования гибких плат в головке привода CD-ROM. Возможность адаптировать плату к форме элемента позволяет соединить все компоненты без необходимости в проводах и разъёмах[/caption] Гибкие платы, благодаря своим свойствам, могут также заменять провода. Это применяется в большинстве
LCD-дисплеев и их сенсорных панелей. Их выведенный участок гибкой ленты обычно заканчивается
разъёмом ZIF. Такую ленту можно сгибать и деформировать, что даёт некоторую свободу при установке дисплея. Эта лента, как и обычная PCB, может включать дополнительные компоненты, например, контроллер сенсора или схему стабилизации напряжения.
Читайте также: Всё о TFT LCD дисплеях Гибкие платы также применяются в устройствах с движущимися или сгибающимися частями. Отличным примером служит подвижная головка жёсткого диска. Набирают популярность и
OLED-дисплеи на гибкой подложке, которые позволяют свободно формировать, гнуть и даже сворачивать их.
Rigid-flex — решение для самых требовательных применений
Платы rigid-flex предлагают цельные и однородные соединения жёстких и гибких участков. Их основное преимущество — высокая надёжность этих соединений. Они гораздо более надёжны и обеспечивают лучшую целостность сигнала, чем даже самые высококлассные разъёмы. Всё это помогает удовлетворить высокие требования к геометрии, защите от электромагнитных помех и контролю импеданса дорожек. Возможность выведения гибких цепей из выбранных слоёв платы позволяет адаптироваться под специфические требования проектирования.
Применение технологии rigid-flex достаточно дорогостояще, а проектирование требует значительных знаний и опыта. Поэтому она предпочтительна в областях, где важны компактность и надёжность. Его используют, например, в медицинском и военном оборудовании, а также в спутниках и космических зонда.
Трудности проектирования и производства гибких плат
Проектирование гибких печатных плат — задача сложная. Гибка приводит к появлению напряжений, которые при неправильном проектировании могут повредить цепи. Поэтому необходимо соблюдать специальные правила проектирования и учитывать эффекты деформации платы. Одной из конструктивных особенностей
гибких плат является использование заштрихованных (сетчатых) областей вместо сплошных заполнений. Хорошей практикой считается также покрытие краёв контактных площадок и точек пайки защитным лаком, чтобы минимизировать риск оторваний. Если форма гибкой платы должна точно соответствовать корпусу, необходимо правильно и точно очертить контур платы. Проектировщик должен учитывать трёхмерную форму, которую плата примет при изгибе по заданному образцу. Помимо обширных знаний, это требует использования специализированного программного обеспечения.
Проектирование гибких плат и механических элементов обычно производится параллельно, и команды тесно сотрудничают. Трудности возникают и при монтаже компонентов. Гнущиеся участки затрудняют точное позиционирование и пайку. Часто требуется использование специально подготовленных несущих плат, а для rigid-flex — надёжное крепление жёстких частей на панель с помощью отрывных выступов. Диагностика и ручной ремонт гибких плат также значительно затруднены и иногда невозможны. Нельзя не затронуть и вопрос стоимости производства гибких плат. Их изготовление — гораздо более сложный процесс, требующий специального оборудования. Из-за нестандартной формы плат использование панели неэффективно, что повышает расход материалов. Всё это ведёт к значительно более высоким затратам, чем производство стандартных PCB. Поэтому
изготовление собственных плат flex и rigid-flex зачастую выходит за возможности мелких предприятий и любителей.
От концепции до готового продукта — с компанией InterElcom
Компания InterElcom предлагает широкий спектр услуг, связанных с проектированием электронных устройств,
производством и монтажом PCB, а также программированием встроенных систем. Многолетний опыт и компетенции наших специалистов — причины, по которым стоит доверить нам ваш проект. С нами вы можете быть уверены в выборе лучших технологий и компонентов, а также в профессиональном консультировании и поддержке. Приглашаем к
контакту и бесплатной оценке проекта!
