Жорсткі гнучкі друковані платишироко використовуються в споживчій електроніці, автомобільній електроніці, аерокосмічній та інших сферах завдяки своїй здатності забезпечувати стабільну механічну опору в жорстких зонах і гнучкі згинальні з’єднання в гнучких зонах. Жорсткі гнучкі друковані плати відіграють вирішальну роль, починаючи від підключення смартфонів до складних проводів у моторному відсіку автомобіля. Контроль радіусу вигину є основним елементом у процесі проектування та виробництва, який забезпечує продуктивність і надійність продукту. Неправильний радіус вигину може спричинити низку серйозних проблем, таких як розтріскування мідної фольги, відшаровування шару діелектрика, розрив ланцюга тощо, що може призвести до відмови всієї функції електронного продукту.
1, жорстка гнучка структура друкованої плати та принцип згинання
1. Структурний склад
Жорстка гнучка друкована плата складається з жорсткої області, гнучкої області та перехідної області між ними. Жорсткі базові матеріали, такі як FR-4, зазвичай використовуються в жорстких зонах, а багато-шарові мідні фольги та діелектричні шари накладаються, як і традиційні багатошарові друковані плати, щоб забезпечити надійну основу для встановлення компонентів. Гнучка область виготовлена з полііміду як підкладки, поєднаної з мідною фольгою та покривною плівкою, що надає дошці здатність до згинання. Перехідна зона є ключовою частиною для досягнення плавного зв'язку між жорсткістю та гнучкістю. За допомогою спеціальних процесів ламінування забезпечується безперервність електричних з’єднань і механічних властивостей між різними зонами.
2. Принцип згинання
Коли гнучка частина жорсткої гнучкої друкованої плати згинається, внутрішній матеріал піддається стискаючому навантаженню, а зовнішній – розтягуванню. У міру збільшення ступеня вигину напруга постійно накопичується. Існує межа навантаження, яку можуть витримувати матеріали, і коли ця межа перевищена, це може призвести до матеріальних збитків. Чим менший радіус вигину, тим більша різниця напруг між внутрішньою та зовнішньою сторонами матеріалу, і тим вищий ризик пошкодження. Наприклад, у носимих пристроях жорсткі гнучкі друковані плати потрібно часто згинати. Якщо радіус вигину не розроблено належним чином, мідна фольга може розірватися за короткий проміжок часу, що призведе до несправності пристрою.
2. Ключові фактори, що впливають на радіус вигину
1. Характеристики матеріалу
мідна фольга
Мідна фольга, як основний провідний шар, має значний вплив на його характеристики згинання через свою товщину. Товста мідна фольга (35 мкм або більше) створює більшу напругу розтягування та схильна до розтріскування при згинанні через свою високу жорсткість. Багатошарова -структура мідної фольги збільшить загальну товщину гнучкої області, таким чином збільшуючи необхідний радіус вигину. Наприклад, жорсткі гнучкі друковані плати з товстої мідної фольги, які використовуються в деяких схемах живлення, вимагають більшого радіуса вигину для забезпечення надійності порівняно з платами зі звичайною товщиною мідної фольги.
підкладка
Товщина підкладки плівки PI, яка зазвичай використовується в гнучких областях, є ключовим фактором, що визначає її продуктивність на згинання. Тонкі підкладки (25 мкм або менше) придатні для конструкцій з малим радіусом вигину, але їхня механічна міцність низька, а довготривале-згинання схильне до втомного руйнування. Товсті підкладки (50 мкм або більше) мають високу механічну міцність, але погані характеристики вигину та вимагають більшого радіуса вигину. У внутрішній проводці смартфонів, яка займає дуже велике місце, тонкі PI підкладки часто використовуються для досягнення малого радіуса вигину та відповідності вимогам компактного простору.
покривна плівка
Товщина і властивості матеріалу покривної плівки впливають на розподіл напруги під час вигину. Тонка покривна плівка може покращити продуктивність згинання гнучких ділянок, але зносостійкість та ізоляційні характеристики можуть бути знижені. Товста покривна плівка збільшує жорсткість вигину, вимагаючи більшого радіуса вигину. У жорсткій гнучкій друкованій платі, яка використовується для підключення автомобільних датчиків, для забезпечення тривалої-надійності в складних середовищах вибрано трохи товщу та високо-ефективну покривну плівку, і, відповідно, радіус вигину конструкції потрібно збільшити.
2. Структура ради
кількість шарів
Чим більше шарів у гнучкій частині, тим більша загальна товщина і тим гірша продуктивність вигину. Надмірне укладання може збільшити внутрішню напругу, що робить його більш схильним до проблем під час згинання. Тому при проектуванні кількість гнучких шарів має бути максимально зведена до мінімуму, щоб покращити продуктивність згинання.
Симетричне укладання
Симетрія ламінованих конструкцій у гнучких областях має вирішальне значення. Асиметричні структури, такі як товщина мідної фольги або асиметрія товщини підкладки, можуть створювати концентрацію напруги під час згинання, значно збільшуючи ризик розтріскування або розшарування. Тільки забезпечивши симетричне укладання можна рівномірно розподілити напругу та гарантувати гарну продуктивність згинання.
3, стандарти контролю радіуса вигину та методи розрахунку
1. Галузеві стандарти
Такі галузеві стандарти, як IPC-2223, містять вказівки щодо радіусу вигину жорстких гнучких друкованих плат. Загалом рекомендований радіус вигину в 10-15 разів перевищує товщину гнучкої плити, щоб уникнути розтріскування та механічних пошкоджень. Але різні сценарії застосування мають різні вимоги до надійності, і стандарти також можуть відрізнятися. У галузях із високими вимогами до надійності, наприклад у авіакосмічній галузі, стандарти щодо радіусу вигину часто суворіші.
2. Розрахунок за емпіричною формулою
Одинарний згин
Базуючись на великому практичному досвіді, формула для розрахунку мінімального радіуса згинання під час одного згинання: Rmin1=k1 × T, де Rmin1 — мінімальний радіус згинання під час одного згинання, T — загальна товщина гнучкої частини, а k1 — коефіцієнт окремого згинання, зазвичай коливається від 6 до 10. Наприклад, якщо загальна товщина гнучкої частини становить 0,2 мм, коли k1 приймається за 8, Rmin1=8 × 0.2=1.6мм.
багаторазове згинання
Для прикладних сценаріїв, які вимагають частого згинання, формула для обчислення мінімального радіуса згинання для багаторазового згинання: Rmin2=k2 × T. Rmin2 — це мінімальний радіус згинання для повторного згинання, а k2 — коефіцієнт для повторного згинання, як правило, між 12 і 20. Якщо загальна товщина гнучкої частини все ще становить 0,2 мм, а k2 встановлено на 15, Rmin2=15 × 0.2=3 мм.
4, Заходи оптимізації радіуса вигину
1. Оптимізація проводки
Уникайте поворотів під прямим кутом
У вигнутих зонах сигнальні лінії слід уникати поворотів під прямим кутом і використовувати метод з’єднання з вигнутим переходом. Під прямим кутом відбувається концентрація напруги, тоді як кругові переходи можуть ефективно розсіювати напругу та зменшувати ризик розтріскування мідної фольги.
Розведена проводка
Уникайте концентрації кількох сигнальних ліній у вигнутих областях, щоб зменшити локальне навантаження. Розумне планування проводки для рівномірного розподілу сигналів може допомогти підвищити надійність вигину.
Відрегулюйте ширину лінії та інтервал
Ширина лінії у вигнутій області має бути відповідно розширена (зазвичай у 1,5 рази від звичайної ширини лінії), а міжрядковий інтервал має бути збільшений, щоб запобігти коротким замиканням або тріщинам під час згинання та забезпечити стабільну електричну продуктивність.
2. Багатошарова оптимізація дизайну
Зменшіть кількість шарів
Спростіть кількість гнучких шарів, зменшіть загальну товщину, покращте ефективність вигину та зменшіть утворення внутрішньої напруги.
Забезпечте симетричне укладання
Строго забезпечте симетричне укладання мідної фольги та покривної плівки, щоб рівномірно розподілити напругу під час згинання та уникнути різноманітних проблем, спричинених концентрацією напруги.
3. Оптимізація укривної плівки
Вибирайте матеріали високої пластичності
Використання полііміду високої пластичності та інших покривних плівкових матеріалів для підвищення ефективності згинання гнучких ділянок і підвищення довговічності плити.
Розумна конструкція вікна
Віконна конструкція повинна бути застосована до покривної плівки в вигнутій області, щоб зменшити концентрацію напруги, але слід переконатися, що вікно не впливає на характеристики електроізоляції.
4. Оптимізація конструкції зони згину
Встановіть вигнуту буферну зону
Створіть буферні зони навколо вигнутої області, щоб уникнути надмірної кількості сигнальних проводів і отворів у цій зоні та зменшити вплив навантаження.
Чітко визначте напрямок вигину
Чітко визначте напрямок згинання гнучкої частини, уникайте складного розподілу напруги та забезпечуйте стабільний і надійний процес згинання.
5. Управління напругою через отвір
Зменшіть кількість наскрізних отворів
Наскрізні отвори в вигнутих областях збільшать локальну напругу, тому встановлення наскрізних отворів має бути мінімізовано, наскільки це можливо, щоб зменшити точки концентрації напруги.
Застосування покращеної технології наскрізних{0}}отворів
Використовуючи процес заповнення наскрізних отворів або глухих наскрізних отворів, можна підвищити стабільність наскрізних отворів під час згинання для запобігання розтріскування.
Стандарт контролю радіуса вигину жорстких гнучких друкованих плат має вирішальне значення для забезпечення їх продуктивності та надійності. Завдяки глибокому розумінню властивостей матеріалу та факторів структури шару, які впливають на радіус вигину, точного розрахунку радіуса згину за допомогою галузевих стандартів і емпіричних формул, а також вжиття низки ефективних заходів, таких як оптимізація проводки та оптимізація стекування, можна значно покращити продуктивність згинання жорстких гнучких друкованих плат.