Elastyczne i sztywno-giętkie obwody drukowane w ofercie PCBWay

Elastyczne i sztywno-giętkie obwody drukowane w ofercie PCBWay

Obwody elastyczne oraz sztywno-giętkie (ang. rigid-flex) są nieodłącznym elementem współczesnej technologii elektronicznej. W niektórych zastosowaniach użycie tego rodzaju PCB jest podyktowane koniecznością upakowania dużej liczby modułów i złączy rozproszonych w wyjątkowo ciasnej przestrzeni (np. w obudowie smartfona), w innych pierwszorzędne znaczenie ma natomiast możliwość pracy obwodów elastycznych w warunkach powtarzalnego zginania. Niezależnie od motywacji stojącej za wyborem technologii flex/rigid-flex, jedno jest pewne – wyprodukowanie niezawodnych płytek na podłożach polimerowych jest nie lada wyzwaniem technologicznym. Dla doświadczonego zespołu PCBWay takie zlecenia są jednak chlebem powszednim.

Elastyczne obwody drukowane spotykamy obecnie praktycznie we wszystkich gałęziach współczesnej elektroniki. Płytki drukowane typu flex oraz rigid-flex są bowiem „elastyczne” nie tylko w znaczeniu mechanicznym, ale także aplikacyjnym – pozwalają na użytkowanie niemal 100% przestrzeni dostępnej wewnątrz najbardziej nawet kompaktowych urządzeń, stąd tak często można je znaleźć m.in. w aparatach cyfrowych (zarówno w body lustrzanek i aparatów bezlusterkowych, jak i w obiektywach), urządzeniach mobilnych czy ubieralnych, aktywnych implantach medycznych oraz setkach innych produktów.

Obwody elastyczne są także niezastąpione w zastosowaniach, które wymagają połączenia dwóch (lub więcej) modułów przemieszczających się względem siebie podczas pracy urządzenia – przykładem mogą być głowice drukarek atramentowych, skanery dokumentów, napędy optyczne komputerów i wiele innych.

Do niedawna użycie obwodu sztywno-giętkiego lub w pełni elastycznego wiązało się z koniecznością poniesienia przez producenta urządzenia sporych kosztów wdrożeniowych – taka implementacja była więc w praktyce opłacalna tylko przy produkcji wielkoskalowej. Sytuacja uległa diametralnej zmianie w momencie wprowadzenia tego rodzaju płytek drukowanych do oferty PCBWay – czołowego producenta PCB oraz dostawcy kompleksowych usług montażowych.

Rysunek 1. PCBWay oferuje produkcję płytek sztywno-giętkich z usztywnieniami na bazie FR4, poliimidu, a nawet stali nierdzewnej lub aluminium

Zalety obwodów drukowanych typu flex i rigid-flex

Elastyczność obwodów z omawianej grupy umożliwia niemal dowolne układanie połączeń oraz rozmieszczanie poszczególnych modułów wewnątrz obudowy urządzenia, nawet o bardzo złożonej geometrii. Bezpośrednie przejście z części sztywnej (zwykle zbudowanej w oparciu o laminat FR4, ale nie tylko) na elastyczną (na podłożu polimerowym) pozwala na całkowitą lub przynajmniej znaczną eliminację konwencjonalnych złączy i wtyków oraz wiązek kablowych, co znakomicie ułatwia integrację docelowego produktu i przynosi niemałe oszczędności związane z uproszczeniem procesu montażu. Cienkie paski obwodów elastycznych (o grubości na poziomie ułamka milimetra) zapewniają także nieporównanie większą trwałość w warunkach powtarzalnego zginania – w porównaniu do najlepszych nawet wiązek kablowych. Znacznie wyższa jest też odporność na udary, wibracje i naprężenia, co ma znaczenie w urządzeniach intensywnie eksploatowanych lub pracujących w szczególnie wymagających środowiskach (np. sprzęt militarny). Obwody elastyczne na podłożach poliimidowych pozwalają na uzyskanie promienia gięcia na poziomie 1 mm, zaś zakres temperatur pracy dochodzi nawet do 200°C. Podłoża poliestrowe (PET) zapewniają natomiast wyższą (w porównaniu do poliimidu) wytrzymałość na rozdarcie (800 g vs 500 g).

Rysunek 2. Budowa stosu 2-warstwowego obwodu elastycznego ze szczeliną powietrzną

Obwody sztywno-giętkie i elastyczne – możliwości technologiczne

PCBWay świadczy kompleksowe usługi w zakresie produkcji elastycznych obwodów drukowanych o liczbie warstw od 1 do 16 (fotografie 1...3), przy czym całkowita grubość PCB może zawierać się w przedziale od 4 do 40 milsów (nie licząc części usztywniającej, np. w przypadku złączy krawędziowych bądź płytek rigid-flex). Tolerancja geometrii obwodów jednowarstwowych wynosi ±1 mils, zaś jeśli chodzi o płytki wielowarstwowe wartość ta jest nieznacznie większa (±1,2 milsa). Największe produkowane obwody mogą dochodzić nawet do 27,5” w najdłuższym wymiarze, co pozwala na realizację najbardziej rozbudowanych projektów.

Fotografia 1. Elastyczny obwód jednowarstwowy

Minimalny promień gięcia w przypadku obwodu jednowarstwowego wynosi zaledwie 3...6 grubości PCB, przy konstrukcji dwuwarstwowej współczynnik ten rośnie do 7...10, zaś rozbudowane stosy wielowarstwowe mogą być bezpiecznie zginane na promieniu będącym 10...15-krotnością grubości PCB.

Rysunek 3. Budowa stosu 4-warstwowego obwodu elastycznego ze szczeliną powietrzną

W aplikacjach wymagających najwyższego stopnia miniaturyzacji (w szczególności w obwodach HDI) duże znaczenie mają limity produkcyjne dotyczące średnicy otworów oraz szerokości ścieżek i odstępów izolacyjnych. Tutaj także PCBWay ma czym się pochwalić – minimalna średnica otworu może wynosić zaledwie 4 milsy, zaś możliwe do wytworzenia szerokości ścieżek i odstępów zaczynają się już od 2 milsów!

Fotografia 2. Dwuwarstwowy obwód drukowany na podłożu elastycznym

Warto dodać, że PCBWay wytwarza nie tylko obwody standardowe, lecz także płytki przeznaczone do pracy w obwodach radiowych (RF) z impedancją falową kontrolowaną z dokładnością do ±4 Ω (w zakresie do 50 Ω) lub ±7% (przy docelowej wartości impedancji charakterystycznej powyżej 50 Ω).

Rysunek 4. Budowa stosu 6-warstwowego obwodu elastycznego ze szczeliną powietrzną

Na koniec tej części artykułu dodajmy jeszcze informacje na temat wykończenia obwodów elastycznych i sztywno-giętkich. Producent oferuje dwa podstawowe kolory soldermaski (zielony oraz czarny), stosowane w części usztywnionej (tj. przeznaczonej do montażu komponentów SMD). W zakresie zabezpieczenia powierzchni padów firma umożliwia wybór jednej z następujących technologii:

  • HASL,
  • ENIG,
  • ENEPIG,
  • pokrycia elektrolityczne nikiel + złoto,
  • miękkie złocenie,
  • twarde złocenie,
  • srebrzenie immersyjne,
  • tymczasowe pokrycia organiczne (tzw. OSP),
  • cynowanie immersyjne.
Fotografia 3. Wielowarstwowa płytka elastyczna o nietypowej geometrii

Szczegóły dotyczące konstrukcji stosu obwodów wielowarstwowych

W projekcie każdej wielowarstwowej płytki drukowanej jednym z najważniejszych parametrów technologicznych jest konstrukcja stosu. PCBway oferuje szeroką gamę standardowych stosów – przykładowo: w przypadku płytek dwuwarstwowych dostępnych jest aż 19 predefiniowanych opcji o grubości całkowitej od 0,1 mm do 0,38 mm. Obwody elastyczne o 4 warstwach występują w 8 wersjach grubości całkowitej (od 0,2 mm do 0,33 mm), a wciąż mówimy tutaj tylko o płytkach bez części sztywnej – w obszarze konstrukcji hybrydowych część sztywna bazuje na laminacie szklano-epoksydowym FR4, nadającym temu rejonowi płytki grubość finalną 1,549 mm.

Szczególną odmianą wielowarstwowych obwodów elastycznych są konstrukcje ze szczeliną powietrzną (ang. airgap), tj. całkowicie pozbawione warstwy prepregu w części giętkiej. PCBWay wytwarza tego rodzaju płytki drukowane w wersjach 2-, 4- 6- i 8-warstwowych – odpowiednie konstrukcje stosu można zobaczyć na rysunkach.

Rysunek 5. Budowa stosu 8-warstwowego obwodu elastycznego ze szczeliną powietrzną

Podsumowanie

Obwody elastyczne oraz sztywno-giętkie powoli tracą już pozycję symbolu nowoczesności, stając się technologią coraz szerzej rozpowszechnioną, a w wielu zastosowaniach – wręcz konieczną. Z tego względu bogata oferta usług PCBWay obejmuje nie tylko produkcję niemal wszystkich odmian obwodów sztywnych, ale także rozmaitych wykonań elastycznych 1...16-warstwowych. Wieloletnie doświadczenie zespołu PCBWay, w połączeniu z rozbudowanym parkiem maszynowym i najnowocześniejszą aparaturą kontrolno-pomiarową, pozwalają firmie na wytyczanie nowych standardów w zakresie produkcji zaawansowanych obwodów do najbardziej wymagających aplikacji.

www.pcbway.com

Artykuł ukazał się w
Elektronika Praktyczna
maj 2024

Elektronika Praktyczna Plus lipiec - grudzień 2012

Elektronika Praktyczna Plus

Monograficzne wydania specjalne

Elektronik maj 2024

Elektronik

Magazyn elektroniki profesjonalnej

Raspberry Pi 2015

Raspberry Pi

Wykorzystaj wszystkie możliwości wyjątkowego minikomputera

Świat Radio maj - czerwiec 2024

Świat Radio

Magazyn krótkofalowców i amatorów CB

Automatyka, Podzespoły, Aplikacje kwiecień 2024

Automatyka, Podzespoły, Aplikacje

Technika i rynek systemów automatyki

Elektronika Praktyczna maj 2024

Elektronika Praktyczna

Międzynarodowy magazyn elektroników konstruktorów

Elektronika dla Wszystkich maj 2024

Elektronika dla Wszystkich

Interesująca elektronika dla pasjonatów