Matériau PCB flexible : guide des avantages, des types et des applications

Introduction

PCB flexible Les matériaux sont d'une importance primordiale dans le domaine de l'électronique moderne. Mais permettez-moi d'abord de présenter un bref aperçu afin que ceux qui n'ont jamais osé choisir un Conception de PCB Vous pouvez prendre une décision judicieuse quant à l'opportunité d'opter pour un PCB flexible ou non. Permettez-moi de partager avec vous quelques aspects absolument fondamentaux que vous pourriez souhaiter avec ce guide sur la façon de tirer le meilleur parti de vos conceptions de PCB flexibles.

Qu'est-ce qu'un circuit imprimé flexible ?

Un PCB flexible est un circuit flexible qui se plie et se tord sans perdre ses fonctionnalités. Il est idéal pour les applications compactes où l'espace est limité. Ces PCB présentent une excellente résilience dans les environnements dynamiques. Les matériaux PCB flexibles sont largement utilisés dans l'électronique et les appareils portables.

Matériau et construction du PCB flexible

Il y a trois basiques matériaux Les matériaux utilisés dans le circuit imprimé FLEX sont le polyimide, la feuille de cuivre et les adhésifs. Le matériau le plus approprié pour la flexibilité est le polyimide, tandis que le matériau conducteur est la feuille de cuivre. Les adhésifs garantissent qu'ils restent en place, d'où leur résistance. Tous ces éléments offrent un ajustement de haute performance dans des conditions hostiles, telles que les applications aérospatiales ou médicales.

1. Substrat flexible diélectrique

Dans la protection et l'assurance des circuits, les substrats diélectriques sont largement utilisés. Dans les circuits imprimés flexibles, les substrats flexibles en polyimide sont intégrés en raison de leur résistance et de leur flexibilité.

· Polyimide

Le polyimide est flexible et résistant à la chaleur. Il présente la plus grande tolérance à la chaleur de tous les autres matériaux polymères. Son application est particulièrement remarquée dans l'industrie aéronautique et automobile.

· Polyester (ANIMAL DE COMPAGNIE)

Le polyester ou le PET sont moins chers que le PVC et le composite aluminium et a une robustesse moyenne. Ils sont le plus souvent utilisés dans l'électronique grand public qui sont flexibles et pas très coûteux.

· Polyamide

Le polyamide à très haute résistance est un matériau à structure rigide, très stable à la chaleur et très résistant. Il est donc parfaitement adapté aux véhicules automobiles de type industriel ou à hautes performances qui nécessitent des niveaux de fiabilité élevés.

· Polytétrafluoroéthylèneet (PTFE)

Il présente une résistance chimique élevée et de bonnes performances à haute fréquence. Il est couramment utilisé dans les applications micro-ondes et RF en raison de sa faible perte de signal.

· Polyéther éther cétone (COUP D'ŒIL)

Le PEEK présente des caractéristiques telles que la flexibilité et la résistance aux produits chimiques et à la chaleur, mais il manque de stabilité aux UV. Par exemple, il devrait être idéal pour une utilisation dans des domaines où les conditions sont impitoyables et malveillantes, comme les appareils médicaux et les systèmes aérospatiaux.

· Polymère à cristaux liquides (PCL)

Le LCP présente d’excellentes performances haute fréquence et une bonne absorption de l’humidité. PCB flexibles:Lorsqu'il est important d'avoir une perte de signal minimale et une stabilité maximale, ce matériau est utilisé.

2. Feuille de cuivre

Feuille de cuivre est l'un des conducteurs les plus couramment utilisés pour les circuits imprimés flexibles en raison de ses propriétés de conductivité électrique élevées. Il possède des traces de circuit gravée en motifs précis. Grâce à sa flexibilité, il convient parfaitement aux applications dynamiques. L'épaisseur des feuilles de cuivre peut varier, leur épaisseur déterminera leur capacité à transporter différents courants. Ce matériau assure une transmission fiable des signaux.

3. Conducteurs

Dans certains circuits imprimés flexibles, un certain nombre de conducteurs sont en cuivre afin que le signal électrique puisse circuler librement. Pour éviter d'être facilement détruits, les conducteurs doivent être suffisamment flexibles. Les conducteurs empêchent la dégradation du signal lorsqu'ils sont pliés à des angles aigus lors d'un circuit imprimé flexible. Une conception appropriée du conducteur entraîne une perte de signal minimale. Si l'application est fortement sollicitée, il doit être robuste.

4. Raidisseurs

Les raidisseurs, comme leur nom l'indique, sont chargés de renforcer les points du PCB Flex pour éviter toute flexion indésirable. Ils sont généralement appliqués dans les zones autour des composants de montage ou connecteursLes matériaux utilisés pour les raidisseurs comprennent le polyimide ou le FR4. Les raidisseurs ajoutent une résistance mécanique, ce qui les rend plus résistants. Ils résistent aux défaillances mécaniques dans une région qui fléchit en limitant la flexion aux zones sensibles. Les raidisseurs sont importants lorsqu'il s'agit de circuits imprimés hybrides flex-rigides.

5. Finitions et revêtements

Dans les PCB Flex, un type de finition et de revêtement est appliqué pour protéger contre corrosion et l'usure. Quelques exemples de finitions sont l'or par immersion au nickel chimique, également connu sous le nom d'ENIG ou OSP Organic Solderability Preservative ou OSP, pour la durabilité. Ces finitions protègent les traces de cuivre de l'oxydation lorsqu'elles sont exposées. La soudabilité est augmentée grâce au revêtement pour le montage des composants. Les revêtements sont nécessaires pour assurer la fiabilité des PCB dans des environnements exigeants. La longue durée de vie du produit est assurée par une finition.

6. Couche de recouvrement

Le revêtement est la couche de polyimide appliquée sur les circuits imprimés Flex pour les protéger. Il protège les pistes des circuits contre les agressions physiques et environnementales. Étant un isolant tout en étant flexible, la couche offre une certaine flexibilité. L'aspect le plus important des revêtements est la protection du circuit contre les flexions répétées. Il protège également contre les produits chimiques et l'humidité. Le circuit imprimé reste intact si le revêtement a été appliqué correctement.

7. Adhésifs

Dans les PCB flexibles, les adhésifs lient les couches, et il doit donc y avoir une intégrité structurelle. Ceux-ci doivent résister aux contraintes thermiques et mécaniques. L'acrylique et l'époxy sont choisis car ils sont résistants et élastiques. Ils sont exclus du délaminage dans les applications dynamiques. La résistance à la chaleur est également nécessaire car elle n'affaiblira pas le PCB pendant la soudure. Une bonne liaison garantit les performances à long terme du PCB dans des environnements difficiles.

Empilements populaires pour la construction de circuits à couches flexibles

La construction de matériaux PCB flexibles utilise le bon empilement pour permettre des performances élevées. Certaines idées sont tout à fait capables de répondre au besoin de flexibilité ainsi qu'aux performances électriques. Les empilements sont divers en fonction de l'application et vont des conceptions simples à une seule couche aux constructions multicouches. Les bons choix d'empilement sont cruciaux car ils permettent l'intégrité du signal de qualité ainsi que la durabilité du produit.

Conceptions d'empilement courantes dans la fabrication de matériaux pour circuits imprimés flexibles

Il existe trois principaux processus de fabrication courants : PCB flexible monocouche, PCB flexible double couche et PCB flexible multicouche. La flexibilité, l'intégrité du signal et les contraintes d'espace constituent la base de la décision concernant le choix de l'un ou l'autre. Il est important d'avoir la meilleure conception d'empilement qui puisse fournir l'électricité et la puissance utilisées par des applications spécifiques.

Empilements monocouches

A une seule couche L'empilement est une couche conductrice sur un matériau de base flexible. Ces couches sont utilisées dans des applications très simples où le nombre de voies ne sera pas important. Il s'agit d'un empilement à faible coût avec une flexibilité importante, plus adapté à l'électronique grand public et aux appareils portables.

Empilements à double couche

Double-couche Les empilements, au contraire, comprennent deux couches d'alimentation avec le matériau intermédiaire. Ceux-ci permettent une densité de routage plus élevée et des performances améliorées par rapport aux modèles de conception à une seule couche. Ils sont recommandés de préférence pour les applications qui ont un degré de complexité intermédiaire.

Empilements multicouches

Les empilements multicouches à haute densité comprennent trois couches ou plus ; toutes les couches sont conductrices avec un routage complexe et plus de fonctions que les couches simples ou multiples à haute densité. Ils sont utilisés dans les applications hautes performances appareils électroniques et les applications qui nécessitent un espace limité. Multilayer Les empilements sont très fréquemment utilisés dans les applications avancées où il est préférable de fonctionner dans l'aérospatiale, les domaines militaires et les dispositifs médicaux où les performances et la fiabilité sont les principales priorités.

Principales propriétés du matériau PCB flexible

Le Flex PCB présente des caractéristiques spécifiques qui s'appliquent aux applications dynamiques. Il est léger, flexible et robuste. Il offre également une résistance mécanique pour supporter des environnements encore plus rigoureux. Une bonne connaissance de cela permet de déterminer quel type de matériau Flex PCB conviendrait le mieux.

1. Épaisseur

Les PCB flexibles diffèrent encore en termes d'épaisseur en fonction du nombre de couches prises et du matériau utilisé. Les PCB flexibles sont plus fins mais ne sont pas plus rigides. Les PCB plus flexibles peuvent être fins mais moins rigides ; une épaisseur appropriée est donc requise.

2. Rayon de courbure

La courbure mesure l'étanchéité d'un circuit imprimé flexible et la façon dont il peut se plier sans détruire le circuit. Plus le rayon de courbure est fin, plus la courbure sera serrée, mais elle exercera une plus grande contrainte sur la carte. Un rayon de courbure correct garantit une longue durée de vie dans les applications dynamiques.

3. Résistance à la chaleur

Les PCB flexibles sont testés à haute température. Cela permettra de déterminer si les matériaux utilisés se dégraderont en raison de l'exposition à la chaleur en fonction de leur environnement. À cette fin, le matériau utilisé sera des substrats en polyimide. Ces substrats sont très utilisés sur les marchés de l'aérospatiale et de l'automobile car ils présentent une résistance élevée aux températures extrêmes.

4. Résistance chimique

Dans certains cas, les circuits imprimés flexibles sont exposés à des produits chimiques dans des applications industrielles très intenses. Les substrats en polyimide et en PTFE garantissent aux circuits imprimés flexibles une bonne résistance chimique, ce qui permet de conserver leur durée de vie et leur fiabilité inchangées même après l'utilisation de produits chimiques dans des domaines d'application tels que la médecine et l'industrie.

5. Flexibilité

Cette propriété le rend acceptable entre les technologies aérospatiales, automobiles et portables. Le poids réduit sans aucun compromis sur les performances améliore l'efficacité globale de la conception.

6. Nature légère

Les PCB flexibles présentent des avantages en termes de pliage et de torsion sans rupture. Ils peuvent donc être utilisés dans des boîtiers compacts et dynamiques. Les besoins en espace sont réduits et la durabilité des pièces mobiles est améliorée.

7. Durabilité et qualité

Les circuits imprimés flexibles sont conçus pour offrir des performances dans les conditions les plus extrêmes. Ils peuvent se plier et résister aux températures élevées et aux produits chimiques caustiques. En raison de leur résistance, ils sont idéaux pour les applications à haute tolérance telles que l'aérospatiale, militaire, et également des applications médicales.

8. Garde-corps actuels

Les rails de courant assurent le bon flux de courant électrique grâce à Flex PCB. Plus de cuivre ou de conducteurs supplémentaires permettront de gérer une plus grande quantité de courant. Des rails de courant correctement conçus garantissent l'efficacité de la sortie électrique et évitent la surchauffe.

Considérations relatives à la conception des matériaux pour circuits imprimés flexibles

C'est aussi simple que cela : lorsque vous concevez un PCB flexible, chaque aspect est très diversifié et nécessite de nombreuses considérations détaillées qui doivent être respectées pour obtenir de bonnes performances et une bonne fiabilité du produit final. En ce qui concerne les facteurs de prise en compte des défaillances, il existe le facteur de prise en compte de la largeur de la piste, le facteur de prise en compte du rayon de courbure et le facteur de prise en compte du matériau. Les problèmes de flexion, de contrainte et d'environnement peuvent donc être atténués par une conception appropriée pour des opérations efficaces. Cela permet au produit de résister à l'environnement du marché à long terme et également de fonctionner dans une large mesure.

· Largeur et espacement des traces

Les incréments dans la conception, l'épaisseur de la tracer La largeur et la distance par rapport à la trace adjacente définissent l'intégrité du signal et le courant fourni ou reçu à un point spécifique. Il est possible d'obtenir des traces plus larges qui pourront accueillir plus de courant, mais ces traces ne seront pas aussi polyvalentes. Les courts-circuits électriques et les perturbations des signaux peuvent être évités dans une plus large mesure en maintenant un espacement adéquat qui permet des performances hautement fiables et réactives dans des conditions fonctionnelles.

· Rayon de courbure

Il s'agit de la mesure dans laquelle le PCB peut être plié avant de rencontrer certaines des unités dont les circuits seront abandonnés. Il existe une relation directe entre le rayon de courbure et la quantité de tension dans le PCB, car plus le rayon de courbure est grand, moins la tension dans le PCB est élevée. Le bon rayon de courbure de la conception ne permet pas qu'une défaillance mécanique se produise alors que le fonctionnement de la conception est toujours en cours.

· Vides de recouvrement

Les ouvertures du revêtement sont des points situés autour du revêtement de protection qui se trouvent au-delà de son bord, à proximité ou légèrement décalés par rapport aux circuits réels, en plus du fait qu'ils sont de toute façon exposés aux dommages. En substance, une conception appropriée du revêtement exige que toutes les zones sensibles soient entièrement protégées. Le nombre le plus faible d'ouvertures dans le revêtement doit être réalisé de manière à ce que le circuit ne soit presque pas exposé aux défis mécaniques et environnementaux.

· Renforcement

Extra Métal est placé sur des zones fortement sollicitées afin d'améliorer la durabilité du matériau utilisé dans la construction du PCB. En général, la flexion est limitée par des raidisseurs ou des éléments de renforcement. Lorsque le renfort approprié a été appliqué, la carte sera suffisamment solide pour conserver sa structure telle qu'elle a été finalisée, en particulier lorsque des conceptions flex-rigides sont appliquées.

· Adhésifs

Les époxydes sont des matériaux de lenticulation idéaux pour coller les différentes couches d'un PCB. Ils doivent être très solides, résilients et résistants à la chaleur pour ne pas se décoller. L'adhésif approprié à utiliser garantit le bon niveau de cohésion ainsi que la stabilité dans l'application exigeante.

· Vias

Les vias sont l'interconnexion entre deux couches du PCB à l'aide desquelles le signal peut circuler. Le contrôle de la conception des vias est important pour ne pas perdre ou altérer les signaux, et ainsi, il devient possible pour une structure mécanique de maintenir son intégrité mécanique. L'application fréquente de trous métallisés est observée dans les PCB flexibles pour assurer la connexion entre les couches lorsqu'elles sont exposées à la pression.

· Coins

L'application de contraintes aux angles vifs dans les conceptions de PCB flexibles entraîne des fissures et des contraintes de concentration. D'un autre côté, l'arrondissement des bords semble répartir les contraintes de manière assez uniforme, minimisant ainsi les dommages causés par les fissures. Une bonne conception des angles occasionnels contribue à rendre la carte encore plus fiable et à éviter les problèmes mécaniques.

· Tampons

Les pastilles sont utiles pour fixer d'autres composants sur le circuit imprimé. Les pastilles doivent être rigides pour ne pas être lavées ou détruites par flexion. Une conception appropriée des pastilles garantit la connexion spécifique des composants malgré les conditions de mouvements.

· Blindage

Les blindages PCB protègent les circuits imprimés des interférences électromagnétiques, ce qui garantit un bon signal. Les circuits critiques sont généralement enfermés dans du cuivre ou tout autre matériau conducteur. Un autre aspect important des blindages est également essentiel à la conservation de l'intégrité du signal dans un environnement à haute fréquence ou bruyant.

Matériau PCB flexible : types et applications

Les circuits imprimés flexibles sont les suivants : Les circuits flexibles ont des types qui sont classés en fonction de l'application. Ils se déclinent en variétés telles que les interconnexions flexibles, les interconnexions rigides-flexibles et les cartes rigides-flexibles, et ils sont très largement adoptés dans de nombreuses industries. C'est pourquoi ils peuvent être utilisés efficacement pour des espaces de travail compacts et plutôt polyvalents. La connaissance de ces types permet de sélectionner le meilleur type de solution pour une application particulière dans son ensemble.

Interconnexions flexibles

Les interconnexions flexibles relient des zones différentes d'un système électrique et permettent aux signaux de traverser des supports flexibles. On les trouve dans les appareils portables et les machines médicales. Grâce à leur flexibilité, elles peuvent facilement être intégrées dans de petites zones et fournir un bon signal dans un environnement caractérisé de manière dynamique.

Câbles flexibles

Ces connecteurs sont utilisés pour l'alimentation électrique ou l'alimentation de signaux avec deux ou plusieurs appareils qui doivent être mobiles. Ils sont principalement utilisés dans la robotique et les objets connectés. En partie grâce à ces qualités, ils sont excellents pour les activités où les moyens de transport sont en mouvement constant et ne doivent pas compromettre les circuits.

Commutateurs à membrane

Les interrupteurs à membrane sont des panneaux minces et flexibles utilisés dans les panneaux de commande des appareils électroniques grand public. Ils fournissent un retour haptique ou tactile tout en occupant moins d'espace. Ils sont également flexibles pour une utilisation sur des surfaces courbes ; ils conviennent donc aux produits compacts et faciles à utiliser.

Rigide-Flex

Les cartes Rigid-Flex sont une combinaison de circuits imprimés rigides et de circuits flexibles et contiennent des caractéristiques des deux. Certaines des applications incluent aérospatial, des applications médicales ou encore des implants militaires où l'on obtient des conceptions réalisées à l'aide de conceptions à la fois flexibles et résistantes. Il a été établi que ces cartes offrent des performances élevées dans des applications où l'espace est une contrainte.

Chauffages adaptables

Parmi eux, ils travaillent dans des équipements qui nécessitent le chauffage de diverses structures dans des laboratoires médicaux ou industriels. Ils ne sont généralement pas sous contrat et peuvent être sous contrat pour s'adapter à n'importe quelle forme. Cela garantira que le Température du PCB restera stable pendant les circonstances nécessaires qui nécessiteront des opérations d’amélioration.

Votre choix du meilleur circuit flexible

Le choix du circuit imprimé flexible approprié dépendra principalement des besoins de l'individu/de l'entreprise. Ceux-ci incluent les conditions environnementales, la flexibilité et les caractéristiques de performance. Ils ont noté que la sélection déterminera la durabilité et l'efficacité des produits d'une organisation. L'adaptation de spécifications précises aux besoins du client est essentielle pour qu'une conception perdure dans les années à venir.

Facteurs à prendre en compte pour le matériau PCB flexible :

Voici quelques facteurs importants à prendre en compte lors du choix de votre circuit PCB flexible :

1. Environnement d'exploitation: Il vérifie si la rencontre extérieure ou superficielle du PCB Flex.
2. Performance électrique: Assurez-vous que le PCB répondra à toutes les exigences concernant les propriétés électriques nécessaires à votre projet.
3. Stress mécanique: Assurez-vous que le PCB résistera à toutes les contraintes physiques lors de son utilisation en fonctionnement.
4. Flexibilité et durabilité : Équilibrez toutes ces caractéristiques en fonction de vos besoins spécifiques pour une application.
5. Résistance à la température: Tests d'essai au cours desquels le PCB sera mis au défi pour déterminer s'il peut résister à une chaleur importante.
6. Rayon de courbure: Testez la flexibilité au point de flexion pour une fonctionnalité maximale.
7. Sélection du matériau: La sélection des matériaux, en fonction des besoins de l'application, doit améliorer les performances.

Équilibre coût et qualité

L'une des exigences de la conception de circuits imprimés flexibles est de trouver un équilibre entre fonctionnalité et coût. Des performances plus élevées impliquent généralement des coûts plus élevés, mais il est possible d'optimiser les deux en choisissant soigneusement les matériaux et la conception. En veillant à ce que les caractéristiques clés soient mises en évidence, vous obtiendrez un produit de qualité et un rapport qualité-prix optimal.

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Avantages et bénéfices des PCB flexibles

Il est beaucoup plus léger que le PCB flexible et offre également un haut degré de flexibilité. Il s'intègre donc beaucoup plus facilement dans des appareils électroniques compacts. Leur aptitude à la flexion et à la flexion les rend adaptés à une utilisation dans des applications et améliore également l'utilisation de l'espace dans le développement. Les PCB flexibles présentent également un avantage supplémentaire en ce qu'ils permettent d'obtenir une application optimale dans des conditions dynamiques. Tous ces éléments les rendent adaptés à l'électronique moderne.

Limites et défis

Bien que les PCB flexibles présentent de nombreux avantages, de nombreuses contraintes doivent être prises en compte. La première de ces contraintes est que leurs coûts de fabrication peuvent être légèrement supérieurs à ceux des PCB flexibles. fabrication coûts des PCB classiques ; cela peut poser problème pour l'estimation des coûts du projet. Cette connaissance est utile pour faire les bons choix de conception.

FAQ

Combien de cycles de pliage un PCB flexible correctement conçu peut-il survivre ?

Les circuits imprimés flexibles peuvent avoir une durée de vie généralement proche de 1,000 5,000 cycles de pliage et jusqu'à XNUMX XNUMX cycles de pliage. C'est ici que les valeurs numériques réelles doivent être quantifiées par rapport à la qualité des matériaux utilisés et aux spécifications de conception.

Le matériau PCB flexible peut-il être soudé ?

Oui, c'est vrai. Cependant, il doit être utilisé et exploité correctement au moment de soudure afin qu'il ne soit pas endommagé.

Quelle est la durée de vie du matériau Flex PCB ?

D'un point de vue environnemental, la durée de vie prévue des circuits imprimés flexibles varie entre 5 et 10 ans. Cependant, leur durée de vie peut atteindre des limites possibles s'ils sont bien conçus et bien utilisés.

Pour un PCB Flex, quelle est la taille maximale ?

Les PCB flexibles sont disponibles dans de nombreuses tailles : ils mesurent généralement jusqu'à 18 pouces sur 24 pouces. Si nécessaire, les produits peuvent également être conçus pour répondre à des exigences d'application particulières en termes de taille.

Conclusion

En fait, les PCB Flex améliorent les performances avec un tel dynamisme et optimisent ainsi la fonctionnalité de conception. En revanche, l'utilisation du PCB Flex s'accompagne d'inconvénients tels que des coûts plus élevés ou une vulnérabilité mécanique. En fonction des avantages et des inconvénients, vous pouvez choisir le meilleur à partir de votre évaluation.