Твърди гъвкави печатни платкисе използват широко в потребителската електроника, автомобилната електроника, космическата техника и други области поради способността им да осигуряват стабилна механична опора в твърди зони и гъвкави огъващи се връзки в гъвкави зони. От свързването на сгъваем екран на смартфони до сложното окабеляване вътре в отделенията на двигателя на автомобила, твърдите гъвкави печатни платки играят решаваща роля. В процеса на проектиране и производство контролът на радиуса на огъване е основен елемент за осигуряване на производителност и надеждност на продукта. Неправилният радиус на огъване може да причини редица сериозни проблеми, като напукване на медно фолио, отлепване на диелектричен слой, счупване на верига и т.н., което може да доведе до повреда на цялата функция на електронния продукт.
1, Твърда гъвкава структура на печатна платка и принцип на огъване
1. Структурен състав
Твърдата гъвкава печатна платка се състои от твърда област, гъвкава област и преходна област между двете. Твърди основни материали като FR-4 обикновено се използват в твърди зони, а много-слойните медни фолиа и диелектричните слоеве се наслагват, точно като традиционната многослойна печатна платка, за да осигурят солидна основа за инсталиране на компоненти. Гъвкавата зона е направена от полиимид като субстрат, комбиниран с медно фолио и покривно фолио, което придава на дъската способност за огъване. Преходната зона е ключова част за постигане на плавна връзка между твърдост и гъвкавост. Чрез специфични процеси на ламиниране се осигурява непрекъснатостта на електрическите връзки и механичните свойства между различните зони.
2. Принцип на огъване
Когато гъвкавата зона на твърдата гъвкава печатна платка се огъне, вътрешният материал е подложен на напрежение на натиск, а външният материал е подложен на напрежение на опън. Тъй като степента на огъване се увеличава, напрежението се натрупва непрекъснато. Има ограничение на напрежението, което материалите могат да издържат, и след като това ограничение бъде превишено, то може да причини материални щети. Колкото по-малък е радиусът на огъване, толкова по-голяма е разликата в напрежението между вътрешната и външната страна на материала и толкова по-висок е рискът от повреда. Например, в устройствата за носене, твърдите гъвкави печатни платки трябва често да се огъват. Ако радиусът на огъване не е проектиран правилно, медното фолио може да се счупи за кратък период от време, което да доведе до неизправност на устройството.
2, Ключови фактори, влияещи върху радиуса на огъване
1. Характеристики на материала
медно фолио
Медното фолио, като основен проводящ слой, има значително влияние върху ефективността на огъване поради дебелината си. Дебелото медно фолио (35 μm или по-дебело) генерира по-голямо напрежение на опън и е склонно към напукване при огъване поради високата си твърдост. Много{3}}слойната структура от медно фолио ще увеличи общата дебелина на гъвкавата зона, като по този начин ще увеличи необходимия радиус на огъване. Например твърдите и гъвкави печатни платки с дебело медно фолио, използвани в някои силови вериги, изискват по-голям радиус на огъване, за да осигурят надеждност в сравнение с платките с обикновена дебелина на медното фолио.
субстрат
Дебелината на PI филмовия субстрат, който обикновено се използва в гъвкави зони, е ключовият фактор, определящ неговата производителност на огъване. Тънките субстрати (25 μm или по-малко) са подходящи за проекти с малък радиус на огъване, но тяхната механична якост е слаба и дългосрочното огъване е предразположено към разрушаване поради умора. Дебелите субстрати (50 μm или повече) имат висока механична якост, но лоши характеристики на огъване и изискват по-голям радиус на огъване. При вътрешното окабеляване на смартфоните, което изисква много пространство, тънките PI субстрати често се използват за постигане на огъване с малък радиус на огъване и за изпълнение на изискванията за компактно пространствено оформление.
покривен филм
Дебелината и свойствата на материала на покриващия филм влияят върху разпределението на напрежението по време на огъване. Тънкото покриващо фолио може да подобри ефективността на огъване на гъвкавите зони, но устойчивостта на износване и изолационните характеристики могат да бъдат намалени. Дебелото покриващо фолио увеличава твърдостта на огъване, което изисква по-голям радиус на огъване. В твърдата гъвкава печатна платка, използвана за свързване на автомобилни сензори, за да се осигури дългосрочна-надеждност в сложни среди, е избран малко по-дебел и-ефективен покриващ филм и съответно дизайнът на радиуса на огъване трябва да бъде увеличен.
2. Структура на борда
брой слоеве
Колкото повече слоеве има в гъвкавата част, толкова по-голяма е общата дебелина и толкова по-лоша е производителността на огъване. Прекомерното подреждане може да увеличи вътрешното напрежение, което го прави по-податлив на проблеми по време на огъване. Следователно при проектирането броят на гъвкавите слоеве трябва да бъде сведен до минимум, доколкото е възможно, за да се подобри ефективността на огъване.
Симетрично подреждане
Симетрията на ламинираните конструкции в гъвкавите зони е от решаващо значение. Асиметричните структури, като дебелината на медното фолио или асиметрията на дебелината на субстрата, могат да генерират концентрация на напрежение по време на огъване, което значително увеличава риска от напукване или разслояване. Само чрез осигуряване на симетрично подреждане напрежението може да бъде равномерно разпределено и да се гарантира добро представяне на огъване.
3, Стандарти за контрол на радиуса на огъване и методи за изчисление
1. Индустриални стандарти
Индустриални стандарти като IPC-2223 предоставят насоки за радиуса на огъване на твърдите гъвкави печатни платки. Най-общо казано, препоръчителният радиус на огъване е 10 до 15 пъти дебелината на гъвкавата плоскост, за да се избегне напукване и механична повреда. Но различните сценарии на приложение имат различни изисквания за надеждност и стандартите също могат да варират. В области с високи изисквания за надеждност, като космическата промишленост, стандартите за радиуса на огъване често са по-строги.
2. Изчисляване по емпирична формула
Единично огъване
Въз основа на обширния практически опит, формулата за изчисляване на минималния радиус на огъване по време на единично огъване е: Rmin1=k1 × T, където Rmin1 е минималният радиус на огъване по време на единично огъване, T е общата дебелина на гъвкавата част и k1 е единичният коефициент на огъване, обикновено вариращ от 6 до 10. Например, ако общата дебелина на гъвкавата част е 0,2 mm, когато k1 се приема за 8, Rmin1=8 × 0.2=1.6mm.
многократно огъване
За сценарии на приложение, които изискват често огъване, формулата за изчисляване на минималния радиус на огъване за многократно огъване е: Rmin2=k2 × T. Rmin2 е минималният радиус на огъване за многократно огъване, а k2 е коефициентът за многократно огъване, обикновено между 12 и 20. Ако общата дебелина на гъвкавата част все още е 0,2 mm и k2 е настроен на 15, Rmin2=15 × 0.2=3 mm.
4, Мерки за оптимизация на радиуса на огъване
1. Оптимизиране на окабеляването
Избягвайте завоите под прав ъгъл
В извити зони сигналните линии трябва да избягват завои под прав ъгъл и да използват метод за окабеляване с извит преход. Под прав ъгъл възниква концентрация на напрежението, докато кръговите преходи могат ефективно да разпръснат напрежението и да намалят риска от напукване на медно фолио.
Разпределено окабеляване
Избягвайте концентрирането на множество сигнални линии в извити зони, за да намалите локалния стрес. Разумното планиране на окабеляването за равномерно разпределяне на сигналите може да помогне за подобряване на надеждността на огъване.
Регулирайте ширината на линията и разстоянието
Широчината на линията в извитата област трябва да бъде подходящо разширена (обикновено 1,5 пъти конвенционалната ширина на линията), а разстоянието между линиите трябва да бъде увеличено, за да се предотврати късо съединение или напукване по време на огъване и да се осигури стабилна електрическа работа.
2. Многослойна оптимизация на дизайна
Намалете броя на слоевете
Опростете броя на гъвкавите слоеве, намалете общата дебелина, подобрете производителността на огъване и намалете генерирането на вътрешно напрежение.
Осигурете симетрично подреждане
Стриктно осигурете симетричното подреждане на медно фолио и покриващо фолио, за да разпределите равномерно напрежението по време на огъване и да избегнете различни проблеми, причинени от концентрацията на напрежение.
3. Оптимизиране на покриващо фолио
Изберете материали с висока пластичност
Използване на полиимид с висока пластичност и други покриващи филмови материали за подобряване на производителността на огъване на гъвкавите зони и подобряване на издръжливостта на дъската.
Разумен дизайн на прозореца
Дизайнът на прозореца трябва да се приложи към покриващото фолио в извитата зона, за да се намали концентрацията на напрежение, но трябва да се гарантира, че прозорецът не влияе върху характеристиките на електрическата изолация.
4. Оптимизиране на дизайна на зоната на огъване
Настройте извита буферна зона
Проектирайте буферни зони около извитата зона, за да избегнете прекомерното окабеляване на сигнала и отворите в тази зона и да намалите смущенията на напрежението.
Определете ясно посоката на огъване
Ясно определете посоката на огъване на гъвкавата част, избягвайте сложното разпределение на напрежението и осигурете стабилен и надежден процес на огъване.
5. Управление на напрежението през отвора
Намалете броя на проходните отвори
Проходните отвори в извитите области ще увеличат локалното напрежение и настройката на проходните отвори трябва да бъде сведена до минимум, доколкото е възможно, за да се намалят точките на концентрация на напрежението.
Възприемане на подобрена{0}}технология за отвори
Чрез използване на процеса на запълване на проходни отвори или сляпо заровени проходни отвори, стабилността на проходните отвори по време на огъване може да бъде подобрена, за да се предотврати напукване.
Стандартът за контролиране на радиуса на огъване на твърдите гъвкави печатни платки е от решаващо значение за осигуряване на тяхната производителност и надеждност. Чрез задълбочено разбиране на свойствата на материала и факторите на структурата на слоя, които влияят на радиуса на огъване, точно изчисляване на радиуса на огъване с помощта на индустриални стандарти и емпирични формули и предприемане на серия от ефективни мерки като оптимизиране на окабеляването и оптимизиране на подреждането, производителността на огъване на твърдите гъвкави печатни платки може да бъде значително подобрена.