Жестко-гибкие печатные платышироко используются в бытовой электронике, автомобильной электронике, аэрокосмической и других областях благодаря своей способности обеспечивать стабильную механическую опору в жестких зонах и гибкие гибкие соединения в гибких зонах. Жесткие и гибкие печатные платы играют решающую роль — от подключения складного экрана смартфона до сложной проводки внутри моторного отсека автомобиля. В процессе проектирования и производства контроль радиуса изгиба является ключевым элементом, обеспечивающим производительность и надежность продукта. Неправильный радиус изгиба может вызвать ряд серьезных проблем, таких как растрескивание медной фольги, отслоение диэлектрического слоя, обрыв цепи и т. д., что может привести к выходу из строя всей функции электронного изделия.
1. Жесткая гибкая структура печатной платы и принцип изгиба.
1. Структурный состав
Жестко-гибкая печатная плата состоит из жесткой области, гибкой области и переходной области между ними. Жесткие базовые материалы, такие как FR-4, обычно используются в жестких зонах, а на них накладываются много-медная фольга и диэлектрические слои, как и в традиционной многослойной печатной плате, чтобы обеспечить прочную основу для установки компонентов. Гибкая часть изготовлена из полиимида в качестве подложки в сочетании с медной фольгой и защитной пленкой, что придает плате способность сгибаться. Переходная зона является ключевой частью для достижения плавного соединения между жесткостью и гибкостью. Благодаря специальным процессам ламинирования обеспечивается непрерывность электрических соединений и механических свойств между различными зонами.
2. Принцип изгиба
Когда гибкая область жесткой гибкой печатной платы сгибается, внутренний материал подвергается сжимающему напряжению, а внешний материал - растягивающему напряжению. По мере увеличения степени изгиба напряжение постоянно накапливается. Существует предел напряжения, которое могут выдержать материалы, и как только этот предел будет превышен, это может привести к повреждению материала. Чем меньше радиус изгиба, тем больше разница напряжений между внутренней и внешней сторонами материала и тем выше риск повреждения. Например, в носимых устройствах жесткие и гибкие печатные платы приходится часто сгибать. Если радиус изгиба рассчитан неправильно, за короткий промежуток времени может произойти разрыв медной фольги, что приведет к неисправности устройства.
2. Ключевые факторы, влияющие на радиус изгиба
1. Характеристики материала
медная фольга
Медная фольга, как основной проводящий слой, из-за своей толщины оказывает существенное влияние на ее характеристики изгиба. Толстая медная фольга (35 мкм или толще) создает большее растягивающее напряжение и склонна к растрескиванию при изгибе из-за своей высокой жесткости. Много-структура из медной фольги увеличит общую толщину гибкой области, тем самым увеличивая требуемый радиус изгиба. Например, жестко-гибкие печатные платы с толстой медной фольгой, используемые в некоторых силовых цепях, требуют большего радиуса изгиба для обеспечения надежности по сравнению с платами с обычной толщиной медной фольги.
субстрат
Толщина подложки из ПИ-пленки, обычно используемой в гибких областях, является ключевым фактором, определяющим ее характеристики при изгибе. Тонкие подложки (25 мкм или менее) подходят для конструкций с малым радиусом изгиба, но их механическая прочность низкая, а длительный-сгибание склонно к усталостному разрушению. Толстые подложки (50 мкм и выше) обладают высокой механической прочностью, но плохими характеристиками изгиба и требуют большего радиуса изгиба. Во внутренней проводке смартфонов, требующей большого пространства, часто используются тонкие подложки PI для достижения малого радиуса изгиба и удовлетворения требований компактной планировки пространства.
обложка фильма
Толщина и свойства материала покровной пленки влияют на распределение напряжений при изгибе. Тонкая покрывающая пленка может улучшить характеристики изгиба гибких участков, но износостойкость и изоляционные характеристики могут снизиться. Толстая покрывающая пленка увеличивает жесткость на изгиб, что требует большего радиуса изгиба. В жестко-гибкой печатной плате, используемой для подключения автомобильных датчиков, для обеспечения долговременной-надежности в сложных условиях выбрана немного более толстая и высокоэффективная-защитная пленка, и, соответственно, необходимо увеличить радиус изгиба.
2. Структура правления
количество слоев
Чем больше слоев в гибкой части, тем больше общая толщина и хуже характеристики изгиба. Чрезмерное штабелирование может увеличить внутреннее напряжение, делая более склонным к проблемам при сгибании. Поэтому при проектировании количество гибких слоев следует свести к минимуму, чтобы улучшить характеристики изгиба.
Симметричная укладка
Симметрия ламинированных конструкций в гибких зонах имеет решающее значение. Асимметричные структуры, такие как толщина медной фольги или асимметрия толщины подложки, могут создавать концентрацию напряжений во время изгиба, значительно увеличивая риск растрескивания или расслоения. Только обеспечив симметричную укладку, можно равномерно распределить нагрузку и гарантировать хорошие характеристики гибки.
3. Стандарты контроля радиуса изгиба и методы расчета.
1. Отраслевые стандарты
Отраслевые стандарты, такие как IPC-2223, содержат рекомендации по радиусу изгиба жестких и гибких печатных плат. Вообще говоря, рекомендуемый радиус изгиба в 10–15 раз превышает толщину гибкой доски, чтобы избежать растрескивания и механических повреждений. Но разные сценарии применения предъявляют разные требования к надежности, и стандарты также могут различаться. В областях с высокими требованиями к надежности, таких как аэрокосмическая промышленность, стандарты радиуса изгиба зачастую более строгие.
2. Расчет по эмпирической формуле
Одиночный изгиб
Основываясь на обширном практическом опыте, формула для расчета минимального радиуса изгиба при одном изгибе выглядит следующим образом: Rmin1=k1 × T, где Rmin1 — минимальный радиус изгиба при одном изгибе, T — общая толщина гибкой части, а k1 — коэффициент одиночного изгиба, обычно в диапазоне от 6 до 10. Например, если общая толщина гибкой части составляет 0,2 мм, когда k1 принимается равным 8, Rmin1=8 × 0.2=1.6 мм.
многократный изгиб
Для сценариев применения, требующих частого изгиба, формула расчета минимального радиуса изгиба при повторном изгибе выглядит следующим образом: Rmin2=k2 × T. Rmin2 — минимальный радиус изгиба для повторного изгиба, а k2 — коэффициент повторного изгиба, обычно от 12 до 20. Если общая толщина гибкой части по-прежнему составляет 0,2 мм, а k2 установлено равным 15, Rmin2=15 × 0.2=3 мм.
4. Меры по оптимизации радиуса изгиба.
1. Оптимизация проводки
Избегайте поворотов под прямым углом
В изогнутых зонах сигнальные линии должны избегать поворотов под прямым углом и использовать метод изогнутого перехода. Под прямым углом происходит концентрация напряжений, а круговые переходы позволяют эффективно рассеивать напряжения и снижать риск растрескивания медной фольги.
Распределенная проводка
Избегайте концентрации нескольких сигнальных линий в изогнутых областях, чтобы уменьшить локальное напряжение. Разумное планирование проводки для равномерного распределения сигналов может помочь повысить надежность изгиба.
Отрегулируйте ширину и интервал линий
Ширина линии в изогнутой области должна быть соответствующим образом увеличена (обычно в 1,5 раза больше обычной ширины линии), а расстояние между линиями должно быть увеличено, чтобы предотвратить короткие замыкания или растрескивание во время изгиба и обеспечить стабильные электрические характеристики.
2. Многоуровневая оптимизация дизайна
Уменьшите количество слоев
Упростите количество гибких слоев, уменьшите общую толщину, улучшите характеристики изгиба и уменьшите возникновение внутренних напряжений.
Обеспечьте симметричную укладку
Строго обеспечьте симметричную укладку медной фольги и защитной пленки, чтобы равномерно распределить напряжение во время изгиба и избежать различных проблем, вызванных концентрацией напряжений.
3. Оптимизация покровной пленки
Выбирайте материалы с высокой пластичностью.
Использование полиимида с высокой пластичностью и других материалов для покрытия для улучшения характеристик изгиба гибких участков и повышения долговечности плиты.
Разумный дизайн окна
Конструкция окна должна быть нанесена на защитную пленку в изогнутой области, чтобы уменьшить концентрацию напряжений, но следует убедиться, что окно не влияет на электрические изоляционные характеристики.
4. Оптимизация конструкции зоны гибки.
Установите изогнутую буферную зону
Спроектируйте буферные зоны вокруг изогнутой области, чтобы избежать чрезмерного количества сигнальных проводов и переходных отверстий в этой области, а также уменьшить помехи от напряжений.
Четко определите направление изгиба
Четко определите направление изгиба гибкой детали, избегайте сложного распределения напряжений и обеспечьте стабильный и надежный процесс гибки.
5. Управление напряжением через отверстие
Уменьшите количество сквозных отверстий
Сквозные отверстия в изогнутых областях увеличивают локальное напряжение, поэтому установку сквозных отверстий следует свести к минимуму, чтобы уменьшить точки концентрации напряжений.
Внедрение усовершенствованной технологии сквозных-отверстий
Используя процесс заполнения сквозных отверстий или глухих сквозных отверстий, можно повысить стабильность сквозных отверстий во время изгиба и предотвратить растрескивание.
Стандарт контроля радиуса изгиба жестко-гибких печатных плат имеет решающее значение для обеспечения их производительности и надежности. Благодаря глубокому пониманию свойств материала и факторов структуры слоев, которые влияют на радиус изгиба, точному расчету радиуса изгиба с использованием отраслевых стандартов и эмпирических формул, а также принятию ряда эффективных мер, таких как оптимизация проводки и оптимизация укладки, можно значительно улучшить характеристики изгиба гибких печатных плат.