การควบคุมการออกแบบ PCB ที่ยืดหยุ่น: ตั้งแต่การเลือกวัสดุไปจนถึงการเพิ่มประสิทธิภาพการผลิต

การแนะนำ

แผงวงจรพิมพ์ที่ยืดหยุ่น (FPCS) กลายเป็นสิ่งที่ขาดไม่ได้ในสมาร์ทโฟนที่พับเก็บได้, อุปกรณ์ที่สวมใส่ได้, และอิเล็กทรอนิกส์การบินและอวกาศเนื่องจากโปรไฟล์บางเฉียบและธรรมชาติที่โค้งงอได้. อย่างไรก็ตาม, ความซับซ้อนในการออกแบบของพวกเขาเกินกว่าแบบดั้งเดิมที่เข้มงวด PCBS, ต้องการความเชี่ยวชาญด้านสหสาขาวิชาชีพด้านวิทยาศาสตร์วัสดุ, การจำลองเชิงกล, และนวัตกรรมกระบวนการ. คู่มือที่ครอบคลุมนี้สำรวจแง่มุมที่สำคัญของความยืดหยุ่น การออกแบบ PCB ผ่านวิธีการที่ได้รับการพิสูจน์แล้วในอุตสาหกรรมและเทคโนโลยีที่ทันสมัย.

1. วิทยาศาสตร์วัสดุ: รากฐานของ PCB ที่ยืดหยุ่น

1.1 การเลือกพื้นผิว: ปรับสมดุลประสิทธิภาพและค่าใช้จ่าย

พื้นผิวที่มีความยืดหยุ่นจะต้องบรรลุความเสถียรทางความร้อนพร้อมกัน (＞ 260 ° C สำหรับ pi เทียบกับ ＜120 ° C สำหรับ PET), ความอดทนดัด, และคุณสมบัติอิเล็กทริก. โพลีอิมด์ (PI) ครอบงำแอปพลิเคชันระดับไฮเอนด์ด้วย CTE ต่ำ (≈12 ppm/℃), ในขณะที่โพลีเอสเตอร์ (สัตว์เลี้ยง) ให้บริการแอปพลิเคชันแบบคงที่ค่าใช้จ่าย. พื้นผิว Pi ที่มีโมดูลต่ำที่เกิดขึ้นใหม่ (＜3 เกรด) เปิดใช้งานความทนทานในการดัดแบบไดนามิกล้านรอบ.

สูตรทางเทคนิค:

การคำนวณความเครียดดัดงอ:

s = (e · t)/(2R)

โดยที่ e = โมดูลัสยืดหยุ่น, t = ความหนา, r = รัศมีโค้งงอ. การลด E หรือเพิ่ม R ลดความเข้มข้นของความเครียดโดย 62%.

1.2 ฟอยล์ทองแดงและผ้าคลุมหน้า: ความสามัคคีเชิงกล

กลิ้งไปมา (RA) ฟอยล์ทองแดงช่วยเพิ่มความเหนียวโดย 30% เกินอิเล็กโทรด (เอ็ด) ฟอยล์ในเขตดัดแบบไดนามิก. Coverlay ที่ดีที่สุดรวมกาวอะคริลิค (15-25μm) ด้วยฟิล์ม PI สำหรับการยึดเกาะที่สมดุลและความยืดหยุ่น.

1.3 นวัตกรรมเลเยอร์ป้องกัน

ระนาบพื้นตาข่ายและการเสริมกำลังทองแดงรูปโค้ง (ความกว้าง≥0.2มม.) ลดความเสี่ยงการฉีกขาดโดย 70% ในพื้นที่ที่อ่อนแอเช่นนิ้วทอง. Enig หรือ OSP+Selective Gold Plating ทำให้มั่นใจได้ว่าการบัดกรีที่เชื่อถือได้.

2. สถาปัตยกรรม Stackup: การทำงานร่วมกันของวิศวกรรมแข็ง

2.1 มาตรฐานเลเยอร์และความสมบูรณ์ของสัญญาณ

• เลเยอร์สัญญาณ: การวางตำแหน่งส่วนกลางช่วยลด EMI

• เครื่องบินไฟฟ้า: ทองแดง (＜ความต้านทานเป้าหมาย50mΩ)

• ชั้นดิน: รูปแบบกริด (ระยะห่าง≤5มม.) ลดพื้นที่วนรอบ

กรณีศึกษา: 8-Layer Rigid-Flex PCB พร้อมการกำหนดค่า 2R+4F+2R สำเร็จ 100,000+ โค้งงอ.

2.2 โซนการเปลี่ยนแปลงที่แข็งกระด้าง

ใช้โซน 1 มม.+ บัฟเฟอร์ด้วยการกำหนดเส้นทางตั้งฉากและมุมโค้ง (ความกว้างของรัศมี≥3×) เพื่อกระจายความเครียด.

3. การเพิ่มประสิทธิภาพการดัดงอแบบไดนามิก

3.1 โค้งรัศมีกฎทองคำ

ข้อกำหนดของรัศมีการโค้งงอขั้นต่ำ:

• คงที่: R<ส่วนย่อย>นาที</ส่วนย่อย> ≥5T

• พลวัต: R<ส่วนย่อย>นาที</ส่วนย่อย> ≥10t
  (เช่น, 0.2MM PI ต้องการรัศมีไดนามิก≥2mm)

3.2 การตรวจสอบความถูกต้องของการจำลอง

การวิเคราะห์องค์ประกอบ จำกัด (การกิน) ระบุพื้นที่ความคลาดเคลื่อนสูง. การกำหนดเส้นทางงูในโทรศัพท์ที่พับเก็บได้ช่วยเพิ่มอายุการใช้งาน 200,000+ รอบ.

4. หลักการกำหนดเส้นทาง: ความสมดุลทางกลไก

4.1 ข้อห้ามโซนดัด

• ไม่มี vias/ส่วนประกอบภายใน 5 มม. ของเส้นโค้ง

• ร่องรอยที่อยู่ติดกันเลเยอร์ป้องกัน “i-beam” ความเครียด

4.2 การควบคุมความต้านทาน

สูตรอิมพีแดนซ์ลักษณะเฉพาะสำหรับสัญญาณความเร็วสูง:

z₀ = [87/√(อี<ส่วนย่อย>R</ส่วนย่อย>+1.41)] × ln[5.98ชม/(0.8W+T)]

ในหมู่พวกเขา, อี_R เป็นค่าคงที่ไดอิเล็กตริก, H คือความหนาของอิเล็กทริก, W คือความกว้างของเส้น, และ T คือความหนาของทองแดง.

การกำหนดเส้นทางงู (2×ระยะห่าง) ลด crosstalk.

5. ความร่วมมือในการผลิต

5.1 การใช้งานมาตรฐาน IPC-2581

รูปแบบ XML แบบครบวงจรช่วยลดข้อผิดพลาดในการสื่อสารโดย 80%, เพิ่มผลผลิตแรกผ่าน 65% ถึง 92% ในโครงการเสาอากาศโดรน.

5.2 แนวทาง DFM

• ระยะห่าง: ≥4mil

• การขุดเจาะเลเซอร์: ≥4milหลุม (± 1mil ความแม่นยำ)

• ช่องเปิด: 0.1มม. ใหญ่กว่าแผ่นรอง

6. พรมแดนในอนาคต

6.1 3D วงจรที่ยืดหยุ่นได้

กระบวนการ 3D-LSC ของ UESTC เปิดใช้งานวงจรเฟล็กระดับมิเตอร์ด้วยการซ้อน 5 ชั้น, นำไปใช้ในเครื่องแต่งตัวทางการแพทย์.

6.2 การพัฒนาวัสดุนาโน

คอมโพสิต graphene/pu บรรลุผล 10<จีบ>-6</จีบ> Ω·ความต้านทาน CM ด้วยการลดลงของประสิทธิภาพ 5% หลังจากโค้ง 100K.

บทสรุป

การออกแบบ PCB ที่ยืดหยุ่น ต้องการนวัตกรรมข้ามวินัยในวัสดุ, กลศาสตร์, และอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์. โดยการใช้กลยุทธ์เหล่านี้และใช้มาตรฐานที่เกิดขึ้นใหม่เช่น IPC-2581, วิศวกรสามารถพัฒนาวงจร Flex รุ่นต่อไปด้วยความน่าเชื่อถือและความหนาแน่นที่เพิ่มขึ้นสำหรับแอปพลิเคชันขั้นสูง.