Rigid-flex printplaten (PCB's) zijn populair vanwege hun veelzijdigheid en duurzaamheid in een verscheidenheid aan elektronische toepassingen. Deze platen staan bekend om hun vermogen om buig- en torsiespanningen te weerstaan en tegelijkertijd betrouwbare elektrische verbindingen te behouden.In dit artikel wordt dieper ingegaan op de materialen die worden gebruikt in rigid-flex PCB's om inzicht te krijgen in hun samenstelling en eigenschappen. Door de materialen te onthullen die rigid-flex PCB's tot een sterke en flexibele oplossing maken, kunnen we begrijpen hoe ze bijdragen aan de vooruitgang van elektronische apparaten.
1. Begrijp derigid-flex PCB-structuur：
Een rigid-flex PCB is een printplaat die stijve en flexibele substraten combineert om een unieke structuur te vormen. Deze combinatie maakt het mogelijk dat printplaten driedimensionale circuits kunnen bevatten, wat ontwerpflexibiliteit en ruimteoptimalisatie voor elektronische apparaten biedt. De structuur van rigid-flex platen bestaat uit drie hoofdlagen. De eerste laag is de stijve laag, gemaakt van een stijf materiaal zoals FR4 of een metalen kern. Deze laag biedt structurele ondersteuning en stabiliteit aan de PCB, waardoor de duurzaamheid en weerstand tegen mechanische belasting wordt gegarandeerd.
De tweede laag is een flexibele laag gemaakt van materialen zoals polyimide (PI), vloeibaar kristalpolymeer (LCP) of polyester (PET). Deze laag zorgt ervoor dat de PCB kan buigen, draaien en buigen zonder de elektrische prestaties te beïnvloeden. De flexibiliteit van deze laag is van cruciaal belang voor toepassingen waarbij de PCB in onregelmatige of krappe ruimtes moet passen. De derde laag is de lijmlaag, die de stijve en flexibele lagen met elkaar verbindt. Deze laag is meestal gemaakt van epoxy- of acrylmaterialen, gekozen vanwege hun vermogen om een sterke verbinding tussen de lagen te bieden en tegelijkertijd goede elektrische isolatie-eigenschappen te bieden. De lijmlaag speelt een cruciale rol bij het garanderen van de betrouwbaarheid en levensduur van rigid-flex platen.
Elke laag in de rigid-flex PCB-structuur is zorgvuldig geselecteerd en ontworpen om te voldoen aan specifieke mechanische en elektrische prestatie-eisen. Hierdoor kunnen PCB's efficiënt werken in een breed scala aan toepassingen, van consumentenelektronica tot medische apparatuur en ruimtevaartsystemen.
2. Materialen gebruikt in stijve lagen:
Bij de stijve laagconstructie van rigid-flex PCB's worden vaak meerdere materialen gebruikt om de noodzakelijke structurele ondersteuning en integriteit te bieden. Deze materialen worden zorgvuldig geselecteerd op basis van hun specifieke eigenschappen en prestatie-eisen. Enkele van de meest gebruikte materialen voor stijve lagen in rigid-flex PCB's zijn:
A. FR4: FR4 is een stijf laagmateriaal dat veel wordt gebruikt in PCB's. Het is een glasversterkt epoxylaminaat met uitstekende thermische en mechanische eigenschappen. FR4 heeft een hoge stijfheid, een lage wateropname en een goede chemische bestendigheid. Deze eigenschappen maken het ideaal als stijve laag, omdat het een uitstekende structurele integriteit en stabiliteit aan de PCB biedt.
B. Polyimide (PI): Polyimide is een flexibel hittebestendig materiaal dat vanwege zijn hoge temperatuurbestendigheid vaak wordt gebruikt in rigid-flex platen. Polyimide staat bekend om zijn uitstekende elektrische isolatie-eigenschappen en mechanische stabiliteit, waardoor het geschikt is voor gebruik als stijve lagen in PCB's. Het behoudt zijn mechanische en elektrische eigenschappen, zelfs bij blootstelling aan extreme temperaturen, waardoor het geschikt is voor een breed scala aan toepassingen.
C. Metalen kern: In sommige gevallen, wanneer uitstekend thermisch beheer vereist is, kunnen metalen kernmaterialen zoals aluminium of koper worden gebruikt als een stijve laag in rigid-flex PCB's. Deze materialen hebben een uitstekende thermische geleidbaarheid en kunnen de door circuits gegenereerde warmte effectief afvoeren. Door een metalen kern te gebruiken, kunnen rigid-flex-platen de hitte effectief beheersen en oververhitting voorkomen, waardoor de betrouwbaarheid en prestaties van het circuit worden gegarandeerd.
Elk van deze materialen heeft zijn eigen voordelen en wordt geselecteerd op basis van de specifieke vereisten van het PCB-ontwerp. Factoren zoals bedrijfstemperatuur, mechanische spanning en vereiste thermische beheermogelijkheden spelen allemaal een belangrijke rol bij het bepalen van de juiste materialen voor het combineren van stijve en flexibele stijve PCB-lagen.
Het is belangrijk op te merken dat de selectie van materialen voor stijve lagen in rigid-flex PCB's een cruciaal aspect is van het ontwerpproces. Een juiste materiaalkeuze garandeert de structurele integriteit, het thermisch beheer en de algehele betrouwbaarheid van de PCB. Door de juiste materialen te kiezen, kunnen ontwerpers rigid-flex PCB's maken die voldoen aan de strenge eisen van verschillende industrieën, waaronder de automobielsector, de lucht- en ruimtevaart, de medische sector en de telecommunicatie.
3. Materialen gebruikt in de flexibele laag:
Flexibele lagen in rigid-flex PCB's vergemakkelijken de buig- en vouweigenschappen van deze platen. Het voor de flexibele laag gebruikte materiaal moet een hoge flexibiliteit, elasticiteit en weerstand tegen herhaaldelijk buigen vertonen. Veelgebruikte materialen voor flexibele lagen zijn onder meer:
A. Polyimide (PI): Zoals eerder vermeld, is polyimide een veelzijdig materiaal dat twee doelen dient in rigid-flex PCB's. In de flexlaag zorgt het ervoor dat het bord kan buigen en buigen zonder zijn elektrische eigenschappen te verliezen.
B. Liquid Crystal Polymer (LCP): LCP is een hoogwaardig thermoplastisch materiaal dat bekend staat om zijn uitstekende mechanische eigenschappen en weerstand tegen extreme temperaturen. Het biedt uitstekende flexibiliteit, maatvastheid en vochtbestendigheid voor rigid-flex PCB-ontwerpen.
C. Polyester (PET): Polyester is een goedkoop, lichtgewicht materiaal met goede flexibiliteit en isolerende eigenschappen. Het wordt vaak gebruikt voor rigid-flex PCB's waarbij kosteneffectiviteit en gematigde buigmogelijkheden van cruciaal belang zijn.
D. Polyimide (PI): Polyimide is een veelgebruikt materiaal in stijve, flexibele PCB-flexibele lagen. Het heeft een uitstekende flexibiliteit, hoge temperatuurbestendigheid en goede elektrische isolatie-eigenschappen. Polyimidefilm kan eenvoudig worden gelamineerd, geëtst en aan andere lagen van de PCB worden gehecht. Ze zijn bestand tegen herhaaldelijk buigen zonder hun elektrische eigenschappen te verliezen, waardoor ze ideaal zijn voor flexibele lagen.
E. Vloeibaar kristalpolymeer (LCP): LCP is een hoogwaardig thermoplastisch materiaal dat steeds vaker wordt gebruikt als flexibele laag in rigid-flex PCB's. Het heeft uitstekende mechanische eigenschappen, waaronder een hoge flexibiliteit, maatvastheid en uitstekende weerstand tegen extreme temperaturen. LCP-films hebben een lage hygroscopiciteit en zijn geschikt voor toepassingen in vochtige omgevingen. Ze hebben ook een goede chemische bestendigheid en een lage diëlektrische constante, waardoor betrouwbare prestaties onder zware omstandigheden worden gegarandeerd.
F. Polyester (PET): Polyester, ook bekend als polyethyleentereftalaat (PET), is een lichtgewicht en kosteneffectief materiaal dat wordt gebruikt in de flexibele lagen van rigid-flex PCB's. PET-folie heeft een goede flexibiliteit, hoge treksterkte en uitstekende thermische stabiliteit. Deze films hebben een lage vochtopname en goede elektrische isolatie-eigenschappen. PET wordt vaak gekozen wanneer kosteneffectiviteit en matige buigmogelijkheden sleutelfactoren zijn bij het PCB-ontwerp.
G. Polyetherimide (PEI): PEI is een hoogwaardig technisch thermoplastisch materiaal dat wordt gebruikt voor de flexibele laag van zacht-hard gebonden PCB's. Het heeft uitstekende mechanische eigenschappen, waaronder hoge flexibiliteit, maatvastheid en weerstand tegen extreme temperaturen. PEI-folie heeft een lage vochtopname en een goede chemische bestendigheid. Ze hebben ook een hoge diëlektrische sterkte en elektrisch isolerende eigenschappen, waardoor ze geschikt zijn voor veeleisende toepassingen.
H. Polyethyleennaftalaat (PEN): PEN is een zeer hittebestendig en flexibel materiaal dat wordt gebruikt voor de flexibele laag van rigid-flex PCB's. Het heeft een goede thermische stabiliteit, lage vochtopname en uitstekende mechanische eigenschappen. PEN-films zijn zeer goed bestand tegen UV-straling en chemicaliën. Ze hebben ook een lage diëlektrische constante en uitstekende elektrische isolatie-eigenschappen. PEN-film is bestand tegen herhaaldelijk buigen en vouwen zonder de elektrische eigenschappen ervan te beïnvloeden.
I. Polydimethylsiloxaan (PDMS): PDMS is een flexibel elastisch materiaal dat wordt gebruikt voor de flexibele laag van zachte en harde gecombineerde PCB's. Het heeft uitstekende mechanische eigenschappen, waaronder een hoge flexibiliteit, elasticiteit en weerstand tegen herhaaldelijk buigen. PDMS-films hebben ook goede thermische stabiliteit en elektrische isolatie-eigenschappen. PDMS wordt vaak gebruikt in toepassingen die zachte, rekbare en comfortabele materialen vereisen, zoals draagbare elektronica en medische apparaten.
Elk van deze materialen heeft zijn eigen voordelen, en de keuze van het flexlaagmateriaal hangt af van de specifieke vereisten van het PCB-ontwerp. Factoren zoals flexibiliteit, temperatuurbestendigheid, vochtbestendigheid, kosteneffectiviteit en buigvermogen spelen een belangrijke rol bij het bepalen van het geschikte materiaal voor de flexibele laag in een rigid-flex PCB. Zorgvuldige afweging van deze factoren garandeert de betrouwbaarheid, duurzaamheid en prestaties van PCB's in een verscheidenheid aan toepassingen en industrieën.
4. Zelfklevende materialen in rigid-flex PCB's:
Om de stijve en flexibele lagen aan elkaar te hechten, worden lijmmaterialen gebruikt in de rigid-flex PCB-constructie. Deze verbindingsmaterialen zorgen voor een betrouwbare elektrische verbinding tussen de lagen en zorgen voor de nodige mechanische ondersteuning. Twee veelgebruikte hechtmaterialen zijn:
A. Epoxyhars: Kleefstoffen op basis van epoxyhars worden veel gebruikt vanwege hun hoge hechtsterkte en uitstekende elektrische isolatie-eigenschappen. Ze zorgen voor een goede thermische stabiliteit en verbeteren de algehele stijfheid van de printplaat.
B. Acryl: Op acryl gebaseerde lijmen hebben de voorkeur in toepassingen waar flexibiliteit en vochtbestendigheid van cruciaal belang zijn. Deze lijmen hebben een goede hechtsterkte en kortere uithardingstijden dan epoxylijmen.
C. Siliconen: Op siliconen gebaseerde lijmen worden vaak gebruikt in rigid-flex platen vanwege hun flexibiliteit, uitstekende thermische stabiliteit en weerstand tegen vocht en chemicaliën. Siliconenlijmen zijn bestand tegen een breed temperatuurbereik, waardoor ze geschikt zijn voor toepassingen die zowel flexibiliteit als hoge temperatuurbestendigheid vereisen. Ze zorgen voor een effectieve verbinding tussen stijve en flexibele lagen, terwijl de vereiste elektrische eigenschappen behouden blijven.
D. Polyurethaan: Polyurethaankleefstoffen bieden een balans tussen flexibiliteit en hechtsterkte in rigid-flex PCB's. Ze hebben een goede hechting op diverse ondergronden en zijn uitstekend bestand tegen chemicaliën en temperatuurschommelingen. Polyurethaanlijmen absorberen ook trillingen en zorgen voor mechanische stabiliteit van de PCB. Ze worden vaak gebruikt in toepassingen die flexibiliteit en robuustheid vereisen.
E. UV-uithardende hars: UV-uithardbare hars is een lijm die snel uithardt bij blootstelling aan ultraviolet (UV) licht. Ze bieden snelle hecht- en uithardingstijden, waardoor ze geschikt zijn voor productie in grote volumes. UV-uithardende harsen zorgen voor een uitstekende hechting op een verscheidenheid aan materialen, waaronder stijve en flexibele substraten. Ze vertonen ook uitstekende chemische weerstand en elektrische eigenschappen. UV-uithardbare harsen worden vaak gebruikt voor rigid-flex PCB's, waarbij snelle verwerkingstijden en betrouwbare hechting van cruciaal belang zijn.
F. Drukgevoelige lijm (PSA): PSA is een lijmmateriaal dat een hechting vormt wanneer er druk op wordt uitgeoefend. Ze bieden een handige, eenvoudige verbindingsoplossing voor rigid-flex PCB's. PSA biedt een goede hechting op een verscheidenheid aan oppervlakken, inclusief stijve en flexibele substraten. Ze maken herpositionering tijdens de montage mogelijk en kunnen indien nodig eenvoudig worden verwijderd. PSA biedt ook uitstekende flexibiliteit en consistentie, waardoor het geschikt is voor toepassingen waarbij het buigen en buigen van PCB's vereist is.
Conclusie:
Rigid-flex PCB's zijn een integraal onderdeel van moderne elektronische apparaten, waardoor complexe circuitontwerpen in compacte en veelzijdige pakketten mogelijk zijn. Voor ingenieurs en ontwerpers die de prestaties en betrouwbaarheid van elektronische producten willen optimaliseren, is het van cruciaal belang om de materialen te begrijpen die bij de constructie ervan worden gebruikt. Dit artikel richt zich op materialen die vaak worden gebruikt in rigid-flex PCB-constructies, inclusief stijve en flexibele lagen en zelfklevende materialen. Door rekening te houden met factoren als stijfheid, flexibiliteit, hittebestendigheid en kosten kunnen elektronicafabrikanten de juiste materialen selecteren op basis van hun specifieke toepassingsvereisten. Of het nu gaat om FR4 voor stijve lagen, polyimide voor flexibele lagen of epoxy voor verbindingen, elk materiaal speelt een rol bij het garanderen van de duurzaamheid en functionaliteit van rigid-flex PCB's in de hedendaagse elektronica-industrie.
Posttijd: 16 september 2023
Rug
