Fleksibilna štampana pločica se također naziva fleksibilna štampana pločica, fleksibilni krug ili fleksibilna ožična ploča. Kao što ime pokazuje, to je vrsta štampane pločice koja se savija. Može se savijati, motati, rastezati i pomicati u tri dimenzije. Fleksibilne štampane pločice izrađuju se na tankom filmu poput poliamida ili poliestera. Pružaju visoku pouzdanost i vrlo dobru fleksibilnost.

Fleksibilni tiskani krugovi (FPC) potječu iz 1950-ih godina., kada su istraživači u Sjedinjenim Američkim Državama razvili tehnike za štampanje i graviranje ravnih provodnika na fleksibilne podloge kao alternativu tradicionalnim snopovima kablova. Proizvođači su koristili poliestersku ili poliamidnu foliju kao osnovu. Ove folije čine ploču čvrstom i savitljivom. Ugradnjom kola na tanke plastične listove mnogi mali dijelovi mogu se složiti u skučenim prostorima. Rezultat je kolo koje se može savijati, presavijati i prilagoditi kompaktnim oblicima. Fleksibilna kola su lagana, zauzimaju malo prostora, dobro se hlade i lako se montiraju. Riješila su ograničenja starih metoda povezivanja.

Fleksibilni krug ima tri glavne grupe materijala. Prva je izolacijski film. Druga je provodnik. Treća je ljepilo. Ovi dijelovi rade zajedno kako bi zadovoljili potrebu za manjim i mobilnim elektroničkim uređajima. Fleksibilni krugovi omogućavaju uređajima da postanu gušći, manji i pouzdaniji.

Materijali koji se koriste u fleksibilnim štampanim pločicama

1. Izolaciona folija

Izolacioni film čini glavni bazni sloj za pločicu. Ljepilo se koristi za povezivanje bakarne folije s izolacionim filmom. U višeslojnim fleksibilnim dizajnima film se također koristi za povezivanje unutrašnjih slojeva.

Izolacijski film štiti ploču od prašine i vlage. Također smanjuje naprezanje kada se ploča savija. Vodljivi sloj je izrađen od bakarne folije.

Neki fleksibilni krugovi koriste krute dijelove izrađene od aluminija ili nehrđajućeg čelika. Ti kruti dijelovi pružaju dimenzionalnu stabilnost. Pružaju fizičku potporu dijelovima i žicama. Također smanjuju naprezanje. Ljepilo povezuje krute dijelove s fleksibilnim krugom.

Još jedan uobičajeni materijal je vezni sloj koji oblaže obje strane izolacionog filma. Ovaj vezni sloj pruža izolaciju i pomaže u spajanju slojeva. Može ukloniti potrebu za nekim slojevima filma i omogućava proizvođačima da spoje više slojeva s manje dijelova.

Postoji mnogo vrsta izolacijskih filmova. Najčešće korišteni su poliamid i poliester. Oko osamdeset posto proizvođača fleksibilnih kola u SAD-u koristi poliamidni film. Oko dvadeset posto koristi poliester film.

poliamid Nije lako zapaljiv. Zadržava svoj oblik, otporan je na kidanje i može izdržati toplinu za lemljenje. Poliester, također nazivan PET (polietilen tereftalat), ima fizička svojstva slična poliamidu. Ima nižu dielektričnu konstantu i upija manje vlage. Ali ne podnosi visoke temperature jednako dobro. Poliestar se topi na oko 250°C i ima temperaturu staklenog prijelaza (Tg) od oko 80°C. To ograničava njegovu upotrebu u proizvodima koji zahtijevaju intenzivno lemljenje rubova ploče. Pri niskim temperaturama upotrebe, poliester može djelovati kruto. Ipak, poliester je dobar za telefone i druge proizvode koji nisu izloženi teškim uvjetima.

Poliamidne folije se često kombinuju s poliamidnim ili akrilnim ljepilima. Poliesterske folije se obično kombinuju s poliesterskim ljepilima.

2. Dirigent

Bakrena folija je pogodna za fleksibilne krugove. Bakrena folija se može proizvesti elektrodepozicijom (ED) ili valjanjem i žarenjem (RA). Jedna strana ED bakra je sjajna. Druga strana ima mat površinu procesa. ED bakar je savitljiv i može biti u raznim debljinama i širinama. Mat strana ED bakra često se posebno obrađuje kako bi se bolje lijepila.

RA bakar je istovremeno fleksibilan i gladak. Može biti i jači. RA bakar je koristan u dizajnima koji zahtijevaju ponovno savijanje ili dinamičko savijanje.

3. Ljepilo

Ljepila čine više od pukog spajanja izolacionog filma na vodič. Ona mogu djelovati kao pokrovni slojevi, zaštitni premazi ili prekrivni slojevi. Glavna razlika je u načinu nanošenja sloja. Pokrovni sloj se veže za izolacioni film i formira laminiranu strukturu.

Sitotisak se koristi za pokrivanje ljepilom i premazivanje. Ne koriste sve laminirane strukture ljepila. Laminati bez ljepila omogućavaju izradu tanjih, fleksibilnijih kola. Oni također nude bolji prijenos topline nego laminati na bazi ljepila. Budući da nema sloja ljepila koji bi blokirao toplinu, toplina se bolje provodi kroz kolo. To omogućava fleksibilnim laminatima bez ljepila rad u uvjetima u kojima bi fleksibilni laminati na bazi ljepila mogli otkazati.

Koraci lemljenja za FPC (proces lemljenja FPC)

Ispod su praktični koraci za ručno lemljenje PQFP čipa i uobičajenih SMD komponenti na fleksibilnim pločicama. Koristite ove korake kao jasan vodič. Također se pridržavajte sigurnosnih i ESD pravila.

1. Prije lemljenja nanesite fluks na kontakte. Koristite lemilicu za obradu kontakata. Time se izbjegava loše posrebrivanje ili oksidacija kontakata. Čipovi obično ne zahtijevaju pripremu.

2. Upotrijebite pincetu da pažljivo postavite PQFP čip na PCB. Ovo učinite kako biste izbjegli savijanje ili lomljenje pinova. Poravnajte čip s padovima. Provjerite da li je čip okrenut u pravom smjeru. Zagrijte peglu na temperaturu iznad 300°C. Nanesite malo kalaja na vrh lemilice. Alatkom pritisnite poravnati čip. Nanesite malu količinu kalaja na dva dijagonalna pina. Držite čip i zalemite ta dva dijagonalna pina. Time ćete učvrstiti čip na mjestu. Nakon što su ta dva pina zalemljena, provjerite poravnanje. Po potrebi pomaknite ili uklonite i ponovo postavite čip.

3. Kada počnete lemiti sve pinove, nanesite kalaj na vrh leme. Nanesite fluks na sve pinove kako bi ostali natopljeni. Dodirnite vrh leme na kraj svakog pina dok ne vidite kako se kalaj ulijeva u pin. Tokom lemljenja držite vrh leme paralelan pinovima. To pomaže spriječiti stvaranje mostova od previše kalaja.

4. Nakon lemljenja svih pinova, upotrijebite fluks da navlažite sve pinove i očistite kalaj. Uklonite višak kalaja kako biste uklonili kratka spojena i mostove. Na kraju, upotrijebite pincetu da provjerite loše lemne spojeve. Kada završite, očistite ploču. Upotrijebite alkohol i čvrstu četku, zatim brišite duž smjera pinova dok tragovi kalaja ne nestanu.

5. SMD otpornici i kondenzatori su lakši. Postavite komponentu na pad. Zatim postavite jedan kraj na pad i držite ga pincetom. Prvo zalemite jedan kraj. Provjerite položaj. Ako je poravnato, zalemite drugi kraj.

Ključne razlike između krutog štampanog ploca i fleksibilnog kola

Tvrde tiskane pločice su ono što ljudi obično zamišljaju pod nazivom tiskane pločice. One koriste provodnike i druge komponente na nevodljivoj ploči. Nevodljiva ploča često sadrži staklo. Staklo čini ploču čvrstom i krutom. Tvrde tiskane pločice pružaju dobru potporu za komponente i dobru otpornost na toplinu.

Fleksibilne tiskane pločice također imaju vodljive tragove na nevodljivoj osnovi. Ali je osnova fleksibilna, poput poliamida. Fleksibilna osnova omogućava sklopu da se savija, podnosi vibracije, dobro se hladi i preklapa u različite oblike. Zbog tih oblika, fleksibilni sklopovi sada su uobičajeni u kompaktnim i novim elektroničkim dizajnima.

Osim osnovnog materijala i krutosti, druge velike razlike uključuju:

• Izbor provodnika: Flex često koristi mekši RA bakar umjesto tvrdog ED bakra. To pomaže ako se pločica mora savijati bez pucanja.

• Proizvodnja: Fleksibilni PCB-ovi ne koriste masku za lemljenje kao kruti PCB-ovi. Umjesto toga koriste zaštitni sloj (coverlay) ili premaz (covercoat) za zaštitu golih tragova.

• Trošak: Fleksibilne sklopovine obično su skuplje od krutih ploča. Ali fleksibilna ploča može inženjerima omogućiti da smanje proizvod. To može sniziti ukupni trošak proizvoda jer manji proizvod može koštati manje za izradu ili transport.

Kako odabrati između krutih i fleksibilnih tiskanih pločica

Oba tipa mogu raditi u mnogim proizvodima. Neke primjene više koriste od jednog tipa. Na primjer, kruti tiskani pločasti sklopovi imaju smisla u većim proizvodima poput televizora i stolnih računara. Kompaktni proizvodi poput telefona i nosivih uređaja često trebaju fleksibilne krugove.

Kada birate, razmislite o:

• Šta vaš proizvod treba da radi.

• Ono što industrija obično koristi za slične proizvode.

• Kako upotreba jedne vrste može promijeniti troškove ili sastavljanje.

Ako vašem uređaju treba savijanje, pregibanje ili ušteda prostora, odaberite fleksibilni. Ako vam je potreban niski trošak i visoka čvrstoća montaže za velike dijelove, odaberite kruti.

Ojačanja za fleksibilne tiskane pločice

Ojačanja se također nazivaju pločama za ojačanje, potporne ploče ili rebra za ojačanje. Koriste se u elektronici za kontrolu savijanja. Ojačanja rješavaju problem da fleksibilne ploče mogu biti previše savitljive. Čine područja za priključivanje jačima i olakšavaju montažu.

Uobičajene vrste ojačanja:

• Ojačanja od nehrđajućeg čelika

• Aluminijumske rebraste ojačanja

• Poliesterski ojačivači

• Poliamidni ojačivači

• Ojačanja od staklenih vlakana

• PTFE (Teflon) ojačanja

• Pojačanja od polikarbonata

Pravila rukovanja za poliamidne (PI) ojačanja:

1. Peći PI ojačanja na 80 °C 30 minuta prije upotrebe.

2. Radite u čistoj sobi na otprilike 25 °C i 65% relativne vlažnosti ako možete.

3. Uskoro upotrijebite svježe rezane PI ojačanja. Ako stoje duže od jednog dana, dobro ih zapečatite.

4. Očistite sučelje na mjestu gdje se FPC susreće s ojačanjem prije lijepljenja.

5. Koristite ispravno spajanje i uvjete prešanja pri korištenju različitih preša.

6. Nakon očvršćivanja, pričekajte da se kalup ohladi prije otvaranja i vađenja dijela.

7. Ne hladite PI ojačanja brzo nakon laminacije. Ako morate, premjestite dio na nosač s polaganim hlađenjem, poput stakloplastične tkanine. Ako koristite platen-prešu, pričekajte dok se proizvod ne ohladi na sobnu temperaturu.

Kako spriječiti udubljenja i pukotine na fleksibilnim tiskanim pločicama

Neutralna osovina savijanja fleksibilnog kola možda nije centrirana u hrpi. Pravilno rukovanje pomaže spriječiti udubljenja i pukotine.

Fleksibilne tiskane pločice su i mehanički i električni dijelovi. Raspored tragova mora učiniti cijeli krug čvrstim. Za razliku od krute ploče, fleksibilna ploča se može savijati, uvijati i presavijati kako bi se uklopila u konačni proizvod. Ako se savijanje previše ojača, bakar se stavlja pod snažno naprezanje. To može razbiti fleksibilnu pločicu ili napraviti udubljenja.

Fleksibilne ploče daju dizajnerima opcije koje krute ploče nemaju. Čak i kada je fleksibilnost prikladna za zadatak, to ne znači da bakrene staze nikada neće otkazati. Bakar također ima ograničenja u naprezanju koje može podnijeti.

Morate paziti na mnogo stvari, posebno kada će proizvod biti izložen dinamičkom savijanju (savijanju tokom upotrebe) ili kada se mora sklopiti u male prostorne otvore. Preciznost je važna kako bi se izbjegle pukotine.

Razmatranja za poboljšanje dizajna

fleksija i savijanje

Ispod su jasne dizajnerske ideje za povećanje trajanja i pouzdanosti.

Znajte tačke opterećenja i radijus savijanja.

Znajte granice savijanja, preklapanja i uvijanja. Kod jednostranog savijanja, ako rastezanje ili stiskanje premaši radijus savijanja ili tačku naprezanja, bakar će se napuknuti. Uvijek radite unutar ovih granica.

Neutrirana os

Za dinamičku upotrebu fleksibilnih pločica najbolji su jednostrani fleksibilni dizajni. Jednostrani dizajn omogućava bakru da se nalazi blizu centra strukture. U ovom rasporedu bakar nije snažno komprimiran niti rastegnut tokom dinamičkog savijanja.

Što je tanje, to je bolje

Tanje slojevi se lakše savijaju. Imaju manji unutrašnji radijus savijanja i manje opterećenje na vanjski sloj. Za dijelove koji se mnogo savijaju, koristite tanje bakrene i tanje dielektrične slojeve.

Raspored I-greda

I-profil znači da se bakreni ili dielektrični slojevi direktno preklapaju na obje strane. To čini područje preklopa jačim. Budući da se unutrašnji sloj komprimira, vanjski sloj doživljava veće rastezanje. Da biste to smanjili, pomaknite tragove na suprotnim stranama.

Oštri savijaji ili nabori

Mnoge fleksibilne ploče su dizajnirane da se savijaju. Dobro izrađena ploča može podnijeti prvi savij ili uvijanje. Ali višestruko savijanje zarezane oblasti nije dobro. Bakar će se s vremenom slomiti. To se ne preporučuje. Koristite dizajnerske trikove poput zaobljenih tragova na uglovima u zoni savijanja.

Ostali savjeti za izbjegavanje pucanja:

• Koristite lemljene ili kalajisane staze.

• Koristite RA bakar ili ED bakar s kontroliranim smjerom zrna.

• Koristite poliamidnu foliju za prekrivanje u području savijanja.

• Koristite rebra za ojačanje na dnu i sloj pokrova na vrhu.

Ostale praktične bilješke o dizajnu i procesu

• Kada utovarujete dijelove, držite tragove podalje od rupa i oštrih rubova. To smanjuje rizik od loma.

• Koristite okrugle oblike jastučića i dodajte filete na tragove blizu savijanja.

• Držite via-e izvan zona visokog naprezanja u zavojima. Ako morate postaviti via-e, koristite ojačanje.

• Koristite zaobljene kutove na tragovima i padovima. Pravi kutovi koncentriraju naprezanje i mogu uzrokovati pukotine.

• Kada provodite tragove preko savijanja, pokušajte ih provesti okomito na os savijanja kad god je to moguće. To smanjuje naprezanje na vuču.

• Za ponavljajuće kretanje pokušajte koristiti prijelaz flex-na-platu koji zadržava savijanje u slobodnom prostoru bez komponenti ili provodnika.

Rukovanje sklopom i napomene o okolišu

• Čuvajte poliamid i druge materijale u suhim, zapečaćenim vrećicama. Vlažnost može oštetiti ljepila i uzrokovati delaminaciju.

• Održavajte radne površine čistima. Prašina i ulja narušavaju prianjanje.

• Za reflow lemljenje slijedite vremensko-temperaturne granice materijala. Poliimid podnosi visoke temperature, ali poliester ne.

• Kada koristite ljepila, slijedite krivulje očvršćivanja i korake hlađenja. Prebrzo hlađenje može uzrokovati naprezanje i deformacije.

• Koristite ESD zaštitu pri rukovanju fleksibilnim pločicama. Neke pločice imaju osjetljive integrisane sklopove.

Uobičajene primjene fleksibilnih štampanih pločica

Fleksibilni krugovi su popularni u mnogim proizvodima:

• Mobilni telefoni i tableti

• Kamere

• Nosivi uređaji

• Medicinski uređaji i senzori

• Automobilski senzori i dijelovi instrument table

• Zrakoplovna i vojna elektronika

• LED rasvjeta i ekrani

• Konektori i sklopovi kablova

Njihove glavne prednosti su mala veličina, mala težina i mogućnost da se uklope u nepravilne oblike.

Prednosti i ograničenja fleksibilnih kola

Prednosti:

• Uštedite prostor i smanjite težinu.

• Dozvolite pomične ili preklopne dijelove.

• Manje konektora je potrebno jer se fleksibilni kablovi mogu ožičiti između ploča.

• Dobre toplotne performanse kada je pravilno dizajnirano.

• Poboljšana pouzdanost u mnogim dinamičkim upotrebama.

Ograničenja:

• Cijena je viša nego kod jednostavnih krutih tiskanih pločica.

• Rukovanje zahtijeva više pažnje.

• Neki materijali ne mogu izdržati visoku toplinu za lemljenje.

• Dinamičko savijanje može dovesti do kratkog vijeka trajanja ako je dizajn pogrešan.

Testiranje i provjere kvaliteta

Kako bi se osigurala pouzdanost:

• Koristite ispitivanje savijanja za provjeru dinamičkog vijeka trajanja pri savijanju.

• Koristite termičko cikliranje za testiranje otpornosti na promjenu temperature.

• Pregledajte rendgenskim zrakama ili mikroskopom radi skrivenih pukotina.

• Koristite testove povlačenja na zalijepljenim ojačanjima i spojnicama kako biste provjerili čvrstoću veze.

• Provjerite impedanciju i kontinuitet na signalnim vodovima.

Završne napomene i brzi savjeti

• Odaberite poliamid za veću toplinu i veću pouzdanost. Odaberite poliester kada su niži troškovi i niža toplina prihvatljivi.

• Za dinamičku fleksibilnost koristite jednostruke tanke slojeve i RA bakar.

• Dodajte ojačanja na područjima konektora kako biste olakšali montažu.

• Održavajte velike radijuse savijanja kad god možete. Veći radijusi omogućavaju duži vijek trajanja.

• Ako rano uočite udubljenja ili pukotine, pregledajte lokaciju savijanja i stog. Promijenite vrstu bakra, debljinu ili dodajte zaštitni sloj.

• Provjerite da koraci sklapanja odgovaraju ograničenjima materijala. Na primjer, nemojte koristiti procese lemljenja na visokim temperaturama na fleksibilnim pločicama na bazi poliestera.