Nowoczesne obwody drukowane motorem technologii ubieralnej

Płytki drukowane flex i rigid-flex – elastyczność (nie tylko) aplikacyjna

Elektronika ubieralna jest jedną z najbardziej dynamicznie rozwijających się dziedzin współczesnej elektroniki. Innowacje w tym obszarze wymagają specjalistycznych rozwiązań konstrukcyjnych, a jednym z głównych wyzwań jest tu potrzeba zastosowania obwodów o wysokiej elastyczności oraz niezawodności połączeń, przy zachowaniu małej masy własnej i możliwie kompaktowych gabarytów. Dlatego obwody drukowane elastyczne (FPC) i sztywno-giętkie (rigid-flex) stanowią podstawową technologię stosowaną w projektach z zakresu elektroniki ubieralnej.

Elastyczne obwody drukowane wykonane są z cienkich warstw polimerowych, takich jak poliamid (pełniących funkcję podłoża dielektrycznego) oraz folii miedzianej o odpowiednio dobranej grubości. Giętkość tych materiałów umożliwia swobodne zginanie oraz (w ograniczonym zakresie) skręcanie obwodów, co jest istotne zarówno w czasie montażu (integracji produktu), jak i wszelkich działań serwisowych. W niektórych przypadkach – choć obecnie jest to jeszcze rzadkość w obszarze wearables – obwody elastyczne pracują w aplikacjach narażonych na bardzo częste zginanie także w trakcie właściwej eksploatacji.

Fotografia 1. Przykładowy obwód FPC

Elastyczne PCB oferują projektantom szereg niezwykle ważnych korzyści. Po pierwsze, materiały użyte w elastycznych PCB są bardzo cienkie, co pozwala na tworzenie konstrukcji o mniejszych wymiarach, zaś możliwość niemal dowolnego dopasowania obwodu do nieregularnych powierzchni czy kształtów wnętrza obudowy produktu znacząco upraszcza projektowanie całości. Istotna jest też poprawa niezawodności mechanicznej – dzięki swojej elastyczności obwody FPC lepiej radzą sobie z dynamicznymi odkształceniami czy licznymi wstrząsami i drganiami, co zmniejsza ryzyko uszkodzenia mechanicznego w porównaniu do tradycyjnych, sztywnych PCB wykonanych w całości z laminatu szklano-epoksydowego.

Rysunek 1. Przykładowy stos warstw obwodu FPC z przerwą powietrzną

Obwody drukowane sztywno-giętkie, jak sama nazwa wskazuje, stanowią połączenie cech płytek elastycznych i sztywnych. Składają się one z segmentów sztywnych, wykonanych przeważnie na bazie FR4 (na których instalowana jest większość układów scalonych, dyskretnych elementów półprzewodnikowych i komponentów biernych, a także złącza, mikroprzyciski itp.), połączonych elastycznymi taśmami, które przejmują funkcję klasycznych wiązek okablowania wewnętrznego, znanych z większych konstrukcji. Tego rodzaju obwody znajdują zastosowanie w urządzeniach, w których wymagana jest zwarta konstrukcja i wysoka niezawodność, a jednocześnie istnieje potrzeba zapewnienia elastyczności połączeń. Wykonanie całości lub przeważającej części elektroniki urządzenia w postaci pojedynczego systemu sztywno-giętkiego znacząco redukuje także liczbę złączy obecnych pomiędzy poszczególnymi modułami, co z kolei pozwala zmniejszyć rozmiary (zwłaszcza grubość całego pakietu, np. w przypadku inteligentnych zegarków) oraz dodatkowo poprawia niezawodność, ułatwia integrację i… obniża koszty BOM projektu.

Fotografia 2. Rozbudowany obwód drukowany w technologii rigid-flex

Parametry obwodów giętkich i sztywno-giętkich

PCBWay oferuje szerokie możliwości w zakresie produkcji obwodów na podłożach elastycznych:

• Liczba warstw: 1...16
• Grubość całkowita (bez usztywnienia): 0,1...1,0 mm
• Minimalne rozmiary PCB: 2 mm × 4 mm (bez mostka) lub 8 mm × 8 mm (z mostkiem)
• Maksymalne wymiary PCB: 220 mm × 698,5 mm
• Tolerancja impedancji w obwodach RF: ±4 Ω (≤ 50 Ω), ±7% (> 50 Ω)
• Minimalny promień gięcia: 3...6 grubości PCB (jednowarstwowe), 7...10 grubości PCB (dwuwarstwowe), 10...15 grubości PCB (wielowarstwowe)
• Minimalna średnica otworu: 0,1 mm
• Minimalne odstępy i szerokości ścieżek: 0,05 mm
• Dostępne wykończenia powierzchni: HASL, ENIG, ENEPIG, elektrolityczne Ni-Au, miękkie złoto, twarde złoto, srebro imersyjne z OSP, cyna imersyjna

W przypadku obwodów sztywno-giętkich dostępne są następujące możliwości technologiczne:

• Liczba warstw: do 26
• Grubość całkowita: 0,25...6,0 mm
• Maksymalne wymiary: 620 × 500 mm
• Maksymalna grubość miedzi: 4 uncje
• Minimalna średnica otworu: 4 milsy
• Minimalne odstępy i szerokości ścieżek: 0,065 mm
• Dostępne wykończenia powierzchni: ENIG, złocenie elektryczne, IM-Ag, srebrzenie elektryczne, HASL, HASL-LF, IM-Sn, cynowanie elektryczne OSP, grafit, Pt, NI-Pd-Au

Nowości w zakresie materiałów i procesów produkcji

Oferta usług PCBWay nieustannie się powiększa, a rozbudowa parku maszynowego i rozszerzanie współpracy z kolejnymi dostawcami zaawansowanych materiałów do produkcji PCB (w tym 3M, Tesa, DuPont czy Taiflex) sprawiają, że odbiorcy mogą liczyć na coraz bardziej wyśrubowane parametry zamawianych obwodów. Tylko w tym roku w PCBWay wprowadzone zostały następujące zmiany:

• Maksymalna liczba warstw obwodów FPC wzrosła do 16.
• W przypadku obwodów na podłożach poliimidowych dodano opcję folii o dużej wartości stałej dielektrycznej (DK >= 3,6), co ma znaczenie zwłaszcza w przypadku obwodów RF oraz szybkich systemów cyfrowych.
• Do grupy materiałów podłożowych dołączyły transparentne folie PET.
• Grubość obwodów FPC może być wybierana w szerszym zakresie (dodano opcje 0,025/0,05 mm w przypadku płytek jednowarstwowych oraz 0,08 mm w przypadku dwuwarstwowych).
• Do menu wyboru rodzaju usztywnienia obwodów FPC doszła opcja czarnego laminatu FR4 w szerokim zakresie grubości.
• W przypadku obwodów wyposażonych w dwustronną taśmę przewodzącą klienci mają do wyboru dwie opcje materiałowe: HT-A1134 oraz HDF-600.
• Maksymalna liczba egzemplarzy w zamówieniu obwodów elastycznych wzrosła do 3000.
• Do dyspozycji klientów oddano nowe opcje specjalne, w tym: usztywnienia pomiędzy dwustronnie montowanymi złączami krawędziowymi, zrywalną soldermaskę, przelotki termiczne (ang. thermal vias) wypełnione pastą na bazie miedzi czy też metalizację krawędzi.

Fotografia 3. Obwody drukowane do przenośnego urządzenia medycznego z transceiverem radiowym i anteną mikropaskową

Najwyższe standardy jakości na wyciągnięcie ręki

Nie sposób skorzystać z pełni możliwości oferowanych przez współczesne obwody elastyczne i sztywno giętkie bez zachowania niezbędnej dbałości o szczegóły podczas całego procesu produkcji PCB. Dlatego też firma PCBWay wdrożyła szereg certyfikatów stanowiących gwarancję najwyższych standardów jakościowych:

• ISO 9001,
• ISO 13485,
• REACH,
• UL,
• IATF 16949,
• RoHS,
• CE.

Obwody produkowane i montowane przez PCBWay mogą zatem być stosowane w najbardziej wymagających branżach techniki, w tym w aparaturze medycznej (ISO 13485) czy też przemyśle motoryzacyjnym (IATF 16949).

www.pcbway.com