Fleksibelt printkort kaldes også fleksibelt printkort, fleksibelt kredsløb eller fleksibelt ledningskort. Som navnet viser, er det en slags printkort, der kan bøjes. Det kan foldes, rulles, strækkes og bevæge sig i tre dimensioner. Fleksible printkort er lavet på en tynd film som polyimid eller polyester. De giver høj pålidelighed og meget god fleksibilitet.

Fleksible trykte kredsløb (FPC) har deres oprindelse tilbage i 1950'erne., da forskere i USA udviklede teknikker til at printe og ætse flade ledere på fleksible substrater som et alternativ til traditionelle ledningsnet.. Producenterne brugte polyester- eller polyimidfilm som base. Disse film gør printet stærkt og bøjeligt. Ved at indlejre kredsløb på tynde plastplader kan mange små dele stables på trange steder. Resultatet er et kredsløb, der kan bøjes, foldes og passe ind i kompakte former. Fleksible kredsløb er lette, fylder lidt, køler godt og er nemme at montere. De løste begrænsningerne ved gamle forbindelsesmetoder.

Et fleksibelt kredsløb har tre hovedgrupper af materialer. Den første er den isolerende film. Den anden er lederen. Den tredje er klæbemiddel. Disse dele arbejder sammen for at imødekomme behovet for mindre og mobile elektroniske enheder. Fleksible kredsløb gør, at enhederne bliver tættere, mindre og mere pålidelige.

Materialer brugt i fleksible printkort

1. Isolerende film

Den isolerende film udgør det vigtigste basislag for kredsløbet. Klæbestof bruges til at binde kobberfolie til den isolerende film. I flexdesigns med flere lag bruges filmen også til at binde de indre lag sammen.

Den isolerende film beskytter kredsløbet mod støv og fugt. Den reducerer også stress, når printet bøjes. Lederlaget er lavet af kobberfolie.

Nogle flexkredsløb bruger stive dele lavet af aluminium eller rustfrit stål. Disse stive dele giver dimensionsstabilitet. De giver fysisk støtte til dele og ledninger. De reducerer også stress. Limen binder de stive dele til det fleksible kredsløb.

Et andet almindeligt materiale er et bindelag, der dækker begge sider af den isolerende film. Dette bindingslag giver isolering og hjælper med at forbinde lagene. Det kan fjerne behovet for nogle filmlag og giver producenterne mulighed for at sammenføje mange lag med færre dele.

Der findes mange typer isoleringsfilm. De mest anvendte er polyimid og polyester. Omkring firs procent af producenterne af fleksible kredsløb i USA bruger polyimidfilm. Omkring tyve procent bruger polyesterfilm.

Polyimid er ikke let at brænde. Det holder sin form, modstår rivning og kan tåle loddevarme. Polyester, også kaldet PET (polyethylenterephthalat), har fysiske egenskaber, der ligger tæt på polyimid. Det har en lavere dielektrisk konstant og absorberer mindre fugt. Men det modstår ikke høj varme lige så godt. Polyester smelter ved ca. 250 °C og har en glasovergangstemperatur (Tg) på ca. 80 °C. Det begrænser brugen af det i produkter, der kræver kraftig lodning på printkanten. Ved lave temperaturer kan polyester virke stift. Alligevel er polyester godt til telefoner og andre produkter, der ikke udsættes for barske forhold.

Polyimidfilm kombineres ofte med polyimid- eller akrylklæbemidler. Polyesterfilm kombineres normalt med polyesterklæbemidler.

2. Leder

Kobberfolie passer godt til fleksible kredsløb. Kobberfolie kan fremstilles ved elektrodeponering (ED) eller ved valsning og udglødning (RA). Den ene side af ED-kobber er skinnende. Den anden side har en mat procesoverflade. ED-kobber er bøjeligt og kan fås i mange tykkelser og bredder. Den matte side af ED-kobber får ofte en særlig behandling for at få det til at klæbe bedre.

RA-kobber er både fleksibelt og glat. Det kan være stærkere. RA-kobber er nyttigt i design, der kræver gentagne bøjninger eller dynamisk flex.

3. Klæbemiddel

Klæbestoffer gør mere end at binde den isolerende film til lederen. De kan fungere som dæklag, beskyttende belægninger eller overlejringslag. Den største forskel er, hvordan laget påføres. Dæklaget binder sig til den isolerende film og danner en lamineret struktur.

Serigrafi bruges til limdækning og belægning. Ikke alle laminerede strukturer bruger klæbemidler. Klæbefrie laminater giver tyndere og mere fleksible kredsløb. De giver også bedre varmeoverførsel end limbaserede laminater. Fordi der ikke er noget klæbelag til at blokere for varmen, bevæger varmen sig bedre gennem kredsløbet. Det gør, at klæbefri flex kan fungere under forhold, hvor klæbebaseret flex kan svigte.

Loddetrin til FPC (FPC-loddeproces)

Nedenfor finder du praktiske trin til håndlodning af en PQFP-chip og almindelige SMD-dele på fleksible kredsløb. Brug disse trin som en klar vejledning. Følg også sikkerheds- og ESD-reglerne.

1. Påfør flux på puderne før lodning. Brug et strygejern til at behandle puderne. På den måde undgår man dårlig fortinning eller pad-oxidation. Chips behøver normalt ikke forarbejde.

2. Brug en pincet til forsigtigt at placere PQFP-chippen på printkortet. Gør dette for at undgå at bøje eller knække ledningerne. Juster chippen med puderne. Sørg for, at chippen peger den rigtige vej. Varm strygejernet op til over 300°C. Kom lidt loddemiddel på spidsen af strygejernet. Tryk den justerede chip ned med et værktøj. Kom en lille smule loddemetal på de to diagonale pins. Hold chippen, og lod de to diagonale stifter. Dette vil holde chippen på plads. Når de to stifter er loddet, skal du kontrollere justeringen. Flyt eller fjern chippen, hvis det er nødvendigt, og sæt den på plads igen.

3. Når du begynder at lodde alle stifterne, skal du tilføje loddetin til jernspidsen. Påfør flux på alle stifter for at holde dem våde. Rør ved jernspidsen for enden af hvert ben, indtil du ser loddetinnet flyde ind i benet. Hold jernspidsen parallelt med stifterne under lodningen. På den måde undgår du, at stifterne danner bro på grund af for meget loddemiddel.

4. Når du har loddet alle stifter, skal du bruge flux til at gøre alle stifter våde og rense loddet. Fjern ekstra loddetin for at fjerne kortslutninger og broer. Brug til sidst en pincet til at undersøge, om der er dårlige lodninger. Når du er færdig, skal du rengøre printet. Brug alkohol og en stiv børste, og tør så langs pin-retningen, indtil lodderesterne er væk.

5. SMD-modstande og -kondensatorer er nemmere. Placer delen på en pad. Placer derefter den ene ende på puden, og hold den med en pincet. Lod den ene ende først. Tjek placeringen. Hvis den er på linje, lodder du den anden ende.

De vigtigste forskelle mellem stive printkort og fleksible kredsløb

Stive printkort er, hvad folk normalt tænker på som printkort. De bruger ledere og andre dele på en ikke-ledende plade. Den ikke-ledende plade indeholder ofte glas. Glasset gør printet stærkt og stift. Stive printkort giver god støtte til dele og god varmebestandighed.

Fleksible printkort har også ledende spor på en ikke-ledende base. Men basen er fleksibel, f.eks. polyimid. En fleksibel base gør, at kredsløbet kan bøjes, håndtere vibrationer, køle godt og foldes i mange former. På grund af disse former er fleksible kredsløb nu almindelige i kompakte og nye elektroniske designs.

Ud over grundmaterialet og stivheden er der andre store forskelle:

• Valg af leder: Flex bruger ofte blødere RA-kobber i stedet for hårdt ED-kobber. Det hjælper, hvis kredsløbet skal bøjes uden at revne.

• Fremstilling: Flexproducenter bruger ikke loddemaske som stive printkort. De bruger coverlay eller covercoat til at beskytte de blottede spor.

• Omkostninger: Flexkredsløb koster normalt mere end stive plader. Men et flexboard kan give ingeniørerne mulighed for at krympe et produkt. Det kan sænke de samlede produktomkostninger, fordi et mindre produkt kan koste mindre at fremstille eller sende.

Sådan vælger du mellem stive og fleksible printkort

Begge typer kan fungere i mange produkter. Nogle anvendelser har mere gavn af den ene type. F.eks. giver stive printkort mening i større produkter som tv'er og stationære pc'er. Kompakte produkter som telefoner og wearables har ofte brug for fleksible kredsløb.

Tænk over det, når du vælger:

• Hvad dit produkt skal kunne.

• Hvad branchen normalt bruger til lignende produkter.

• Hvordan brugen af en type kan ændre omkostninger eller montering.

Hvis din enhed skal foldes, bøjes eller være pladsbesparende, skal du vælge flex. Hvis du har brug for lave omkostninger og høj monteringsstyrke til store dele, skal du vælge rigid.

Afstivere til fleksible printkort

Afstivere kaldes også forstærkningsplader, støtteplader eller forstærkningsribber. De bruges i elektronik til at kontrollere bøjningen. Afstivere løser problemet med, at flexboards kan være for bøjelige. De gør plug-in-områder stærkere og hjælper med at samle dem.

Almindelige afstivende typer:

• Afstivere i rustfrit stål

• Afstivere af aluminium

• Afstivere af polyester

• Afstivere af polyimid

• Afstivere af glasfiber

• Afstivere af PTFE (teflon)

• Afstivere af polykarbonat

Håndteringsregler for afstivere af polyimid (PI):

1. Bag PI-stivere ved 80 °C i 30 minutter før brug.

2. Arbejd i et renrum ved ca. 25°C og 65% relativ luftfugtighed, hvis du kan.

3. Brug snart friskskårne PI-stivere. Hvis de ligger mere end en dag, skal de forsegles godt.

4. Rengør grænsefladen, hvor FPC'en møder afstiveren, før limning.

5. Brug korrekte limnings- og pressebetingelser, når du bruger forskellige presser.

6. Efter hærdning skal du vente på, at jiggen køler af, før du åbner og fjerner delen.

7. PI-afstivere må ikke afkøles hurtigt efter laminering. Fjern delen på et langsomt opvarmet underlag som glasfiberdug, hvis du er nødt til det. Hvis du bruger en pladepresse, skal du vente, til produktet er kølet ned til stuetemperatur.

Sådan undgår du buler og revner i fleksible printkort

Den neutrale bøjeakse for et flexkredsløb er muligvis ikke centreret i stakken. Korrekt håndtering hjælper med at stoppe buler og revner.

Fleksible printkort er både mekaniske og elektriske dele. Sporlayoutet skal gøre hele kredsløbet stærkt. I modsætning til et stift kort kan et fleksibelt kort bøjes, vrides og foldes, så det passer ind i det endelige produkt. Hvis bøjningen går ud over et punkt, sættes kobberet under stærk spænding. Det kan ødelægge flexen eller lave buler.

Flex giver designere muligheder, som stive plader ikke har. Selv når flex er det rigtige til opgaven, betyder det ikke, at kobberspor aldrig vil svigte. Kobber har også grænser for, hvor meget det kan holde til.

Der er mange ting, man skal være opmærksom på, især når produktet skal bøjes dynamisk (bøjes under brug), eller når det skal foldes ind i små rum. Præcision er vigtig for at undgå revner.

Designovervejelser for at forbedre

Bøjning og bøjning

Nedenfor er der klare designideer til at øge levetiden og pålideligheden.

Kend stresspunkterne og bøjningsradius

Kend grænserne for bøjning, foldning og vridning. Ved enkeltsidet bøjning vil kobberet revne, hvis strækningen eller sammenpresningen overskrider bøjningsradius eller stresspunkt. Arbejd altid inden for disse grænser.

Neutral akse

Til dynamisk flexbrug er enkeltsidede flexdesigns bedst. Enkeltsidet giver kobberet plads til at sidde nær strukturens centrum. I dette layout bliver kobberet ikke kraftigt komprimeret eller strakt under dynamisk bøjning.

Tyndere er bedre

Tyndere stakke bøjes lettere. De har en mindre indre bøjningsradius og mindre stress på det ydre lag. Til dele, der bøjes meget, skal du bruge tyndere kobber og tyndere dielektriske lag.

I-bjælke layout

I-bjælke betyder, at kobber eller dielektriske lag overlapper direkte på begge sider. Det gør foldeområdet stærkere. Fordi det indre lag komprimeres, får det ydre lag mere stræk. For at reducere dette skal du forskyde sporene på modsatte sider.

Skarpe bøjninger eller folder

Mange flexboards er designet til at kunne foldes. Et godt lavet board kan klare den første fold eller det første vrid. Men det er ikke godt at folde et krøllet område gentagne gange. Kobberet vil gå i stykker med tiden. Det kan ikke anbefales. Brug designtricks som afrundede hjørnespor i foldeområdet.

Andre tips til at undgå revner:

• Brug loddede eller fortinnede baner.

• Brug RA-kobber eller ED-kobber med kontrolleret kornretning.

• Brug en dækkende polyimidfilm i bøjningsområdet.

• Brug afstivningsribber i bunden og et dæklag på toppen.

Andre praktiske design- og procesnoter

• Når du lægger dele i, skal du holde sporene væk fra huller og skarpe kanter. Det mindsker risikoen for brud.

• Brug runde pudeformer, og tilføj fileter på spor i nærheden af bøjninger.

• Hold vias ude af bøjningszoner med høj belastning. Hvis du er nødt til at placere vias, så brug forstærkning.

• Brug afrundede hjørner på spor og puder. Rette vinkler koncentrerer stress og kan forårsage revner.

• Når du lægger spor på tværs af en fold, skal du prøve at lægge dem vinkelret på foldens akse, når det er muligt. Det sænker trækspændingen.

• Ved gentagne bevægelser skal du prøve at bruge en overgang fra flex til plade, der holder bøjningen i et frit område uden dele eller vias.

Bemærkninger om montagehåndtering og miljø

• Opbevar polyimid og andre materialer i tørre, forseglede poser. Fugt kan skade limen og forårsage delaminering.

• Hold arbejdsområderne rene. Støv og olie skader limningen.

• Ved reflow-lodning skal man følge materialets tids- og temperaturgrænser. Polyimid klarer høj varme, men det gør polyester ikke.

• Når du bruger lim, skal du følge hærdningskurver og afkølingstrin. For hurtig afkøling kan forårsage stress og skævvridning.

• Brug ESD-beskyttelse, når du håndterer fleksible kredsløb. Nogle kredsløb har følsomme IC'er.

Almindelige anvendelser af fleksible printkort

Fleksible kredsløb er populære i mange produkter:

• Mobiltelefoner og tablets

• Kameraer

• Bærbare enheder

• Medicinsk udstyr og sensorer

• Sensorer til biler og dele til instrumentbrættet

• Luft- og rumfart og militær elektronik

• LED-belysning og displays

• Stik og kabelsamlinger

Deres største fordele er lille størrelse, lav vægt og evnen til at passe ind i mærkelige former.

Fordele og begrænsninger ved flexkredsløb

Fordele:

• Spar plads og reducer vægten.

• Tillad bevægelige eller sammenklappelige dele.

• Mindre behov for stik, fordi flex kan forbindes mellem pladerne.

• God termisk ydeevne, når den er designet rigtigt.

• Forbedret pålidelighed i mange dynamiske anvendelser.

Grænser:

• Omkostningerne er højere end simple stive PCB'er.

• Håndtering kræver mere omhu.

• Nogle materialer kan ikke tåle høj loddevarme.

• Risici ved dynamisk bøjning med kort levetid, hvis designet er forkert.

Test og kvalitetskontrol

For at sikre pålidelighed:

• Brug bøjningstest til at kontrollere den dynamiske bøjningslevetid.

• Brug termisk cykling til at teste modstandsdygtighed over for temperaturændringer.

• Undersøg med røntgen eller mikroskop for skjulte revner.

• Brug træktest på limede afstivere og forbindelser for at kontrollere holdestyrken.

• Tjek impedans og kontinuitet for signallinjer.

Afsluttende noter og hurtige tips

• Vælg polyimid for højere varme og større pålidelighed. Vælg polyester, når lavere omkostninger og lavere varme er i orden.

• Til dynamisk flex skal du bruge enkeltsidede tynde stakke og RA-kobber.

• Tilføj afstivere ved forbindelsespunkterne for at lette monteringen.

• Hold bøjningsradier store, når du kan. Større radier giver længere levetid.

• Hvis du ser buler eller revner tidligt, skal du gennemgå bøjningsstedet og stakken. Skift kobbertype, tykkelse eller tilføj et dæklag.

• Sørg for, at monteringstrinnene passer til materialegrænserne. Brug f.eks. ikke loddeprocesser ved høj temperatur på polyesterbaseret flex.