Sztywne, elastyczne płytki drukowanesą szeroko stosowane w elektronice użytkowej, elektronice samochodowej, przemyśle lotniczym i innych dziedzinach ze względu na ich zdolność do zapewnienia stabilnego wsparcia mechanicznego w obszarach sztywnych i elastycznych połączeń zginanych w obszarach elastycznych. Od połączeń składanych ekranów smartfonów po skomplikowane okablowanie w komorach silnika samochodu, sztywne, giętkie płytki drukowane odgrywają kluczową rolę. W procesie projektowania i produkcji kontrola promienia gięcia jest kluczowym elementem zapewniającym wydajność i niezawodność produktu. Niewłaściwy promień zgięcia może powodować szereg poważnych problemów, takich jak pękanie folii miedzianej, złuszczanie się warstwy dielektrycznej, przerwanie obwodu itp., co może prowadzić do awarii całego produktu elektronicznego.
1, Sztywna, elastyczna konstrukcja płytki drukowanej i zasada zginania
1. Skład strukturalny
Sztywna, elastyczna płytka drukowana składa się ze sztywnego obszaru, elastycznego obszaru i obszaru przejściowego między nimi. Sztywne materiały podstawowe, takie jak FR-4, są zwykle stosowane w sztywnych obszarach, a wielo-warstwowe folie miedziane i warstwy dielektryczne są nakładane na siebie, podobnie jak tradycyjna wielowarstwowa płytka drukowana, aby zapewnić solidną podstawę do instalacji komponentów. Powierzchnia elastyczna wykonana jest z poliimidu jako podłoża w połączeniu z folią miedzianą i folią wierzchnią, co nadaje płycie zdolność do wyginania się. Strefa przejściowa jest kluczowym elementem zapewniającym płynne połączenie sztywności i elastyczności. Dzięki specjalnym procesom laminowania zapewniona jest ciągłość połączeń elektrycznych i właściwości mechanicznych pomiędzy różnymi strefami.
2. Zasada zginania
Kiedy elastyczny obszar sztywnej, elastycznej płytki drukowanej wygina się, materiał wewnętrzny poddawany jest naprężeniom ściskającym, a materiał zewnętrzny poddawany jest naprężeniom rozciągającym. Wraz ze wzrostem stopnia zgięcia naprężenia kumulują się w sposób ciągły. Istnieje granica naprężenia, jakie materiały mogą wytrzymać, a przekroczenie tego limitu może spowodować szkody materialne. Im mniejszy promień gięcia, tym większa różnica naprężeń pomiędzy wewnętrzną i zewnętrzną stroną materiału i tym większe ryzyko uszkodzenia. Na przykład w urządzeniach do noszenia sztywne, elastyczne płytki drukowane muszą być często zginane. Jeżeli promień gięcia nie zostanie odpowiednio zaprojektowany, w krótkim czasie może nastąpić pęknięcie folii miedzianej, co może skutkować awarią urządzenia.
2, Kluczowe czynniki wpływające na promień gięcia
1. Charakterystyka materiału
folia miedziana
Folia miedziana, jako główna warstwa przewodząca, ze względu na swoją grubość, ma istotny wpływ na jej właściwości zginające. Gruba folia miedziana (35 μm lub grubsza) generuje większe naprężenia rozciągające i jest podatna na pękanie podczas zginania ze względu na jej dużą sztywność. Wielowarstwowa-struktura folii miedzianej zwiększy całkowitą grubość elastycznego obszaru, zwiększając w ten sposób wymagany promień zgięcia. Na przykład sztywne i elastyczne płytki drukowane z grubej folii miedzianej stosowane w niektórych obwodach mocy wymagają większego promienia zgięcia, aby zapewnić niezawodność w porównaniu z płytkami o zwykłej grubości folii miedzianej.
podłoże
Grubość podłoża z folii PI powszechnie stosowanej w obszarach elastycznych jest kluczowym czynnikiem decydującym o jej wytrzymałości na zginanie. Cienkie podłoża (25 μm lub mniej) nadają się do projektów o małych promieniach gięcia, ale ich wytrzymałość mechaniczna jest słaba, a-długotrwałe zginanie jest podatne na uszkodzenia zmęczeniowe. Grube podłoża (50 μm lub więcej) mają wysoką wytrzymałość mechaniczną, ale słabą odporność na zginanie i wymagają większego promienia gięcia. W przypadku wewnętrznego okablowania smartfonów wymagającego dużej przestrzeni, często stosuje się cienkie podłoża PI, aby uzyskać gięcie o małym promieniu gięcia i spełnić wymagania kompaktowego układu przestrzeni.
folia okładkowa
Grubość i właściwości materiału folii osłonowej wpływają na rozkład naprężeń podczas zginania. Cienka folia pokrywająca może poprawić odporność na zginanie elastycznych obszarów, ale może zmniejszyć odporność na zużycie i właściwości izolacyjne. Gruba folia kryjąca zwiększa sztywność zginania, wymagając większego promienia gięcia. Aby zapewnić długoterminową-niezawodność w złożonych środowiskach, na sztywną, elastyczną płytkę drukowaną używaną do łączenia czujników samochodowych, wybrano nieco grubszą i-wydajniejszą folię pokrywającą, w związku z czym należy zwiększyć promień zgięcia.
2. Struktura zarządu
liczba warstw
Im więcej warstw znajduje się w części elastycznej, tym większa jest całkowita grubość i gorsza wydajność zginania. Nadmierne układanie w stosy może zwiększyć naprężenia wewnętrzne, czyniąc je bardziej podatnymi na problemy podczas zginania. Dlatego w projektowaniu należy maksymalnie zminimalizować liczbę elastycznych warstw, aby poprawić wydajność zginania.
Układanie symetryczne
Kluczowa jest symetria struktur laminowanych w obszarach elastycznych. Struktury asymetryczne, takie jak grubość folii miedzianej lub asymetria grubości podłoża, mogą generować koncentrację naprężeń podczas zginania, znacznie zwiększając ryzyko pękania lub rozwarstwiania. Tylko zapewnienie symetrycznego ułożenia umożliwia równomierne rozłożenie naprężeń i zagwarantowanie dobrej wytrzymałości na zginanie.
3, Normy kontroli promienia gięcia i metody obliczeniowe
1. Standardy branżowe
Normy branżowe, takie jak IPC-2223, zawierają wytyczne dotyczące promienia gięcia sztywnych, giętkich płytek drukowanych. Ogólnie rzecz biorąc, zalecany promień gięcia wynosi 10 do 15 razy grubość elastycznej płyty, aby uniknąć pęknięć i uszkodzeń mechanicznych. Jednak różne scenariusze zastosowań mają różne wymagania dotyczące niezawodności, a standardy mogą się również różnić. W dziedzinach o wysokich wymaganiach dotyczących niezawodności, takich jak przemysł lotniczy, standardy dotyczące promienia zgięcia są często bardziej rygorystyczne.
2. Obliczanie wzoru empirycznego
Pojedyncze zginanie
Bazując na rozległym doświadczeniu praktycznym, wzór na obliczenie minimalnego promienia zgięcia podczas pojedynczego zgięcia jest następujący: Rmin1=k1 × T, gdzie Rmin1 to minimalny promień zgięcia podczas pojedynczego zgięcia, T to całkowita grubość części elastycznej, a k1 to współczynnik pojedynczego zgięcia, zwykle mieszczący się w przedziale od 6 do 10. Na przykład, jeśli całkowita grubość części elastycznej wynosi 0,2 mm, gdy k1 przyjmuje się jako 8, Rmin1=8 × 0.2=1.6mm.
wielokrotne zginanie
W przypadku zastosowań wymagających częstego zginania wzór na obliczenie minimalnego promienia zgięcia w przypadku wielokrotnego zginania jest następujący: Rmin2=k2 × T. Rmin2 to minimalny promień zgięcia w przypadku wielokrotnego zginania, a k2 to współczynnik dla wielokrotnego zginania, zwykle pomiędzy 12 a 20. Jeśli całkowita grubość części elastycznej nadal wynosi 0,2 mm, a k2 jest ustawione na 15, Rmin2=15 × 0.2=3mm.
4, Środki optymalizacyjne dla promienia gięcia
1. Optymalizacja okablowania
Unikaj skrętów pod kątem prostym
W obszarach zakrzywionych linie sygnałowe powinny unikać skrętów pod kątem prostym i stosować metodę okablowania przejściowego zakrzywionego. Pod kątem prostym następuje koncentracja naprężeń, natomiast przejścia okrężne potrafią skutecznie rozproszyć naprężenia i zmniejszyć ryzyko pękania folii miedzianej.
Okablowanie rozproszone
Unikaj koncentrowania wielu linii sygnałowych w zakrzywionych obszarach, aby zmniejszyć lokalne naprężenia. Rozsądne planowanie okablowania w celu równomiernego rozprowadzenia sygnałów może pomóc poprawić niezawodność zginania.
Dostosuj szerokość linii i odstępy
Szerokość linii w obszarze zakrzywionym należy odpowiednio poszerzyć (zwykle 1,5 razy w stosunku do konwencjonalnej szerokości linii), a odstępy między liniami należy zwiększyć, aby zapobiec zwarciom lub pęknięciom podczas zginania i zapewnić stabilne parametry elektryczne.
2. Warstwowa optymalizacja projektu
Zmniejsz liczbę warstw
Uprość liczbę elastycznych warstw, zmniejsz całkowitą grubość, popraw wydajność zginania i zmniejsz powstawanie naprężeń wewnętrznych.
Zapewnij symetryczne układanie
Należy ściśle zapewnić symetryczne ułożenie folii miedzianej i folii wierzchniej, aby równomiernie rozłożyć naprężenia podczas zginania i uniknąć różnych problemów spowodowanych koncentracją naprężeń.
3. Optymalizacja powłoki kryjącej
Wybierz materiały o wysokiej plastyczności
Stosowanie poliimidu o wysokiej plastyczności i innych folii kryjących w celu zwiększenia odporności na zginanie elastycznych obszarów i poprawy trwałości płyty.
Rozsądny projekt okna
Konstrukcja okna powinna być nałożona na folię osłonową w zakrzywionym obszarze, aby zmniejszyć koncentrację naprężeń, ale należy upewnić się, że okno nie wpływa na właściwości izolacji elektrycznej.
4. Optymalizacja projektowania obszaru gięcia
Utwórz zakrzywioną strefę buforową
Zaprojektuj strefy buforowe wokół zakrzywionego obszaru, aby uniknąć nadmiernego okablowania sygnałowego i przelotek w tym obszarze oraz zmniejszyć zakłócenia naprężeniowe.
Jasno określ kierunek gięcia
Jasno określ kierunek gięcia elastycznej części, unikaj skomplikowanego rozkładu naprężeń i zapewnij stabilny i niezawodny proces gięcia.
5. Zarządzanie naprężeniami w otworach przelotowych
Zmniejsz liczbę otworów przelotowych
Otwory przelotowe w obszarach zakrzywionych zwiększą naprężenia lokalne, dlatego ustawienie otworów przelotowych należy w jak największym stopniu zminimalizować, aby zmniejszyć punkty koncentracji naprężeń.
Zastosowanie ulepszonej technologii-otworów przelotowych
Stosując proces wypełniania otworów przelotowych lub zaślepiania otworów przelotowych, można zwiększyć stabilność otworów przelotowych podczas zginania, aby zapobiec pękaniu.
Norma kontroli promienia gięcia sztywnych, giętkich płytek drukowanych ma kluczowe znaczenie dla zapewnienia ich wydajności i niezawodności. Dzięki dogłębnemu zrozumieniu właściwości materiału i czynników struktury warstw, które wpływają na promień gięcia, dokładnemu obliczeniu promienia gięcia przy użyciu standardów branżowych i wzorów empirycznych oraz zastosowaniu szeregu skutecznych środków, takich jak optymalizacja okablowania i optymalizacja układania w stosy, można znacznie poprawić wydajność zginania sztywnych elastycznych płytek drukowanych.