PCB Flexível e Seu Material, Projeto de PCB, Fabricação, Vantagens e Aplicações

O que é PCB Flexível?

A PCB flexível ou FPCB é conhecida por ser um tipo de placa de circuito com muitas vantagens. A maioria das PCBs flexíveis são PCBs multicamadas.

Em comparação com as PCBs rígidas tradicionais, os projetos de PCBs flexíveis geralmente são mais complexos e desafiadores. Esse tipo de placa pode ser projetado de várias maneiras para obter o formato ideal para a embalagem. O formato da PCB flexível pode estar no produto quando instalado.

Uma PCB flexível é diferente de qualquer outro tipo de dispositivo eletrônico. Ela apresenta uma combinação de substratos finos e flexíveis e um único componente, o que torna o projeto incrivelmente desafiador. Ao projetar a primeira placa rígida-flexível, a maioria dos projetistas não tinha ideia do que esperar quando se tratava de projetar PCBs.

As placas de circuito impresso feitas de juntas flexíveis rígidas não são mais caixas bidimensionais de fundo plano. Em vez disso, elas apresentam uma estrutura interna tridimensional que permite que sejam dobradas e dobradas. Como resultado, esse novo tipo de dispositivo eletrônico tem um desempenho mais robusto e é mais estável do que as PCBs tradicionais. Além disso, os projetistas dessas placas usam um único componente, eliminando a necessidade de vários cabos e conectores.

Por que o Flex PCB entrou em cena?

As PCBs flexíveis surgiram para atender à crescente necessidade de componentes eletrônicos mais eficientes e econômicos.

As placas de circuito flexíveis são incrivelmente versáteis porque podem ser dobradas e flexionadas, permitindo que se encaixem em espaços apertados que, de outra forma, seriam inacessíveis com as placas de circuito rígidas tradicionais.Os circuitos flexíveis também oferecem maior proteção contra vibração, choque e outros fatores ambientais que podem causar danos às placas de circuito rígido tradicionais.Eles também costumam ser mais leves do que suas contrapartes rígidas, o que explica por que são ideais para uso em aeronaves ou aplicações aeroespaciais em que o peso é um fator significativo.

As placas de circuito impresso flexíveis são usadas em várias aplicações, desde dispositivos médicos e sistemas automotivos até eletrônicos de consumo e equipamentos militares.

As PCBs flexíveis estão se tornando cada vez mais populares, pois podem proporcionar um desempenho confiável em ambientes desafiadores e, ao mesmo tempo, oferecer soluções econômicas.Elas também oferecem todos os tipos de opções de personalização, permitindo níveis mais altos de desempenho e flexibilidade de projeto do que as placas de circuito rígido tradicionais. Sem dúvida, a PCB flexível tem um futuro brilhante. Graças aos avanços em tecnologia e materiais, as PCBs flexíveis estão se tornando mais confiáveis e econômicas. Não é de se admirar que elas sejam consideradas uma excelente opção para muitos setores.

Materiais da PCB flexível

As placas de circuito impresso comumente usadas em produtos eletrônicos são feitas de fibra de vidro e resina epóxi. Embora a rigidez seja frequentemente usada para descrever essas placas, elas podem sentir sua elasticidade mesmo se uma única camada for removida. Devido à resina epóxi curada, essas placas podem ser mais rígidas, mas não podem ser usadas para produtos específicos porque não são suficientemente flexíveis. No entanto, alguns produtos precisam de PCB com essa propriedade. É por isso que ela é ideal para produtos que são apenas montados.

Além de ser usado para produtos eletrônicos, o filme plástico flexível também é comumente usado em várias aplicações. Um dos tipos mais comuns de filme plástico é a poliimida, que é muito macia e firme. Além disso, devido à sua estabilidade térmica, ele pode suportar mudanças de temperatura durante a soldagem por refluxo e resistir aos efeitos de deformação e expansão.

Outro tipo de material flexível é o poliéster, comumente usado em equipamentos eletrônicos. Em comparação com o filme de poliimida, sua deformação térmica e resistência ao calor são piores. Esse material geralmente é envolto em filmes macios, ideais para circuitos de impressão. Como ele não suporta altas temperaturas, a prensagem a frio produz esses circuitos flexíveis.

A parte da tela de um rádio-relógio usa um circuito de conexão flexível, que muitas vezes funciona de forma anormal. A principal causa desse problema é a má qualidade do conector. Recomendamos o uso de filme PI para PCBs rígidas flexíveis para resolver esse problema.Para circuitos flexíveis, como os usados em dispositivos eletrônicos, vários materiais, como PET, PI e núcleo de fibra de vidro, são usados para proteger o condutor. Além disso, o circuito também pode precisar usar outras películas protetoras, como as projetadas para proteger contra corrosão e danos. Elas podem ser usadas para mascarar a tinta resistente à solda. Além disso, o filme isolante pode ajudar a evitar que o condutor seja danificado ou sofra corrosão. Os filmes PET e PI têm uma espessura de filme de cerca de 1/3 a 3 mil. As outras opções de filme são fibra de vidro ou epóxi, geralmente com espessura de 2 a 4 mils.

Embora os materiais FR4 sejam comumente usados para placas rígidas, muitos requisitos devem ser considerados quando combinados com materiais rígidos-flexíveis. Alguém pode alegar: "É melhor escolher o substrato e o filme de cobertura com uma contração e expansão de tamanho menor para os materiais de PCB flexível, certo?" Sim, isso é verdade! Altamente flexível e resistente à temperatura, a poliimida de polipropileno (PI) é comumente usada em substratos flexíveis. Suas vantagens incluem boas propriedades mecânicas e elétricas, boa absorção de umidade e boa resistência a intempéries. Mas você pode se perguntar: "A poliesterimida é o tipo mais comumente usado?" A resposta é sim.

O poliéster PET é barato e tem boa resistência a rasgos, flexibilidade e propriedades mecânicas. Infelizmente, as desvantagens desse material se tornam aparentes quando aquecido. O filme de cobertura em uma PCB é geralmente composto de poliimidas, poliéster ou polietileno. O filme funciona como uma barreira mecânica e ambiental que protege as superfícies de cobre contra danos durante a montagem e as operações. Dependendo da aplicação, a espessura da camada protetora pode variar de 0,5 mils a 5 mils. Um filme de reforço é usado para cobrir uma PCB flexível quando é necessário soldar ou adicionar reforço. Ele pode ser feito de vários materiais, como alumínio, aço e FR4.

O PP de baixo fluxo é comumente usado para cobrir PCBs de ligação rígida flexível, como o Flex-Connect e o Rigid. Normalmente, há três especificações para esse material: 106 (2mil), 1080 (3mil) e 2116 (5mil).

Um filme de cobertura é usado para oferecer excelente proteção mecânica e elétrica. Normalmente, ele é feito de poliimida ou poliéster, que tem resistência superior ao calor e altas propriedades dielétricas em comparação com o PP. A espessura dessa camada protetora pode variar de 0,5 mils a 5 mils. A maioria dos produtos eletrônicos comumente usados para atividades de economia de dinheiro, como a impressão de fios, ainda é feita com fio de cobre. Entretanto, a folha de cobre pode ser usada de diferentes formas ao substituir fios e conectores. Por exemplo, a folha de cobre pode ser a melhor opção se for apenas para substituir os conectores e os fios.

Além disso, quando se trata de melhorar a capacidade de carga de um dispositivo, como um condutor, a folha de cobre pode ser usada para aumentar seu peso. Esse material também pode atingir uma largura de folha de cobre de 1x.

Por fim, a folha de cobre é frequentemente usada para aprimorar a capacidade de um material de isolamento devido às suas características de alta frequência. Isso permite uma melhor blindagem e uma redução na interferência eletrostática. A folha de cobre também pode ser usada como uma camada protetora entre os componentes devido à sua baixa resistência e às altas propriedades dielétricas em comparação com o PP. Se um circuito flexível precisar ser repetidamente deslocado ou dobrado para manter sua integridade estrutural, a folha de cobre pode ser a melhor opção. No entanto, devido à sua resistência à laminação, ela pode ser dobrada e rebatida com mais frequência antes que ocorram fraturas por fadiga.

Forma estrutural da PCB flexível

As PCBs flexíveis consistem em um material de substrato fino com camadas condutoras de cobre laminadas. Os circuitos flexíveis podem ser projetados com diferentes configurações, incluindo placas de um lado, de dois lados e de várias camadas.

De acordo com a experiência da Hitechpcb, as placas de circuito flexível são normalmente construídas com três camadas de material: uma camada central superior feita de poliimida ou outro plástico flexível, uma camada intermediária isolante de epóxi ou silicone e uma camada condutora inferior feita de cobre. As camadas são laminadas usando calor e pressão. As placas de circuito impresso flexíveis também podem ser construídas com camadas adicionais para acrescentar funcionalidade, como blindagem especial para ruído elétrico ou circuitos condutores extras para aplicações mais complexas.

Produção de PCB flexível

O processo de fabricação de placas de circuito flexível é complexo e envolve várias etapas. A primeira etapa é criar o projeto do circuito, incluindo componentes e traços. Isso pode ser feito manualmente ou por meio de um software de design auxiliado por computador (CAD). Depois de concluído, o projeto deve ser impresso em um substrato flexível, geralmente um filme de poliimida ou outro material semelhante. Os substratos flexíveis são ideais para a produção de PCBs flexíveis porque permitem formas curvas e larguras de traços mais finas, necessárias para a miniaturização. Depois que o projeto do circuito é impresso no substrato, ele deve ser cortado no tamanho certo e, em seguida, laminado com folha de cobre. Uma vez concluídas, as placas de circuito impresso flexíveis estão prontas para montagens automatizadas, como a soldagem de componentes ou a fixação de conectores.

As PCBs flexíveis são uma maneira versátil e econômica de produzir componentes eletrônicos pequenos e leves que aumentam a flexibilidade e a confiabilidade. Ao seguir as etapas descritas acima, os fabricantes de PCBs flexíveis podem criar circuitos flexíveis confiáveis de forma rápida e eficiente. Este guia permite que você entenda como eles funcionam e por que são essenciais para a produção de eletrônicos modernos.

Layout da Flex PCB

O projeto de PCBs flexíveis é complexo. Devido à variação dos sinais e da transmissão de energia, é fundamental considerar os vários fatores que afetam o sistema. O princípio de layout das PCBs flexíveis deve ser seguido para minimizar a complexidade do sistema. Além disso, o layout dos componentes principais e os circuitos essenciais da unidade também devem ser priorizados. O layout também deve ser organizado de acordo com a direção do fluxo de sinal da placa.

A fiação geral da placa deve ser a mais curta possível. As linhas de sinal críticas também devem ser as mais curtas possíveis. O capacitor de desacoplamento deve ser colocado o mais próximo possível do pino da fonte de alimentação. O loop que conecta o terra e a fonte de alimentação também deve ser o mais curto possível. O sinal deve ser conduzido na direção correta para evitar acidentes.

A disposição dos componentes também deve ser conveniente para a manutenção e a depuração. Por exemplo, os componentes maiores devem ser colocados longe dos menores para evitar que fiquem muito cheios. Além disso, deve haver espaço suficiente ao redor dos componentes para permitir a depuração.

Para circuitos com a mesma estrutura, o padrão "simétrico" deve ser adotado na medida do possível. Além disso, o layout também deve ser otimizado de acordo com o equilíbrio da gravidade e a distribuição uniforme. Fundada na China, a Baineng é uma plataforma de serviços líder para o setor eletrônico.

O principal fornecedor on-line de componentes, sensores e placas de circuito impresso (PCBs) do setor eletrônico pode oferecer uma solução abrangente para as necessidades da cadeia de suprimentos do setor eletrônico. Além disso, permite que os clientes gerenciem seus diversos requisitos por meio de uma única plataforma.

Além do princípio de layout usual, a orientação dos componentes também deve ser alterada de acordo com o tipo de placa. Por exemplo, a orientação dos componentes de plug-in deve ser na direção X ou Y. Os componentes de aquecimento devem ser distribuídos uniformemente para minimizar o calor gerado pela máquina e pela placa única. Além disso, os componentes sensíveis à temperatura devem ser colocados longe de fontes de calor significativas.

Os sinais das correntes alta, baixa e alta são totalmente separados. Além disso, os sinais digitais e analógicos também são separados. Portanto, os componentes de alta e baixa frequência devem ser espaçados adequadamente. Deve-se observar que a mesma fonte de alimentação deve ser usada para colocar todos os componentes juntos para facilitar a separação da fonte de alimentação no futuro.

O princípio do layout é o aspecto mais importante do projeto de um circuito. Ele envolve a colocação dos vários componentes e sua conexão. A prioridade da linha de sinal vital deve ser dada aos sinais que são mais importantes para o projeto, como o sinal pequeno, o sinal de alta velocidade e o sinal de sincronização.

Considerações sobre as regras de projeto de PCB flexível

Em comparação com o design tradicional da placa de circuito impresso, o design da placa de circuito flexível é mais complexo. É por isso que as regras apropriadas devem seguir os vários aspectos do projeto. Por exemplo, a área de transição e o roteamento da placa devem seguir as regras das regras de projeto correspondentes.

Quando a PCB flexível é dobrada em uso dinâmico, as vias devem ser evitadas o máximo possível. Elas são fáceis de quebrar e, muitas vezes, são a causa de danos. Algumas pessoas podem se perguntar: "Podemos tomar algumas medidas? Por exemplo, os furos também podem ser feitos na área de reforço da placa de circuito flexível e não cruzar a linha da borda dessa área, certo?" Sim, você está certo. Isso significa que, ao projetar PCBs flexíveis, uma certa distância deve ser evitada da área de combinação.

As especificações de projeto da área de junção flexível-rígida e o furo passante são especificados para seguir uma determinada distância. Para aplicações de alto desempenho, o limite geralmente é definido em cerca de 70mil. Para os fabricantes de processamento, o limite para as vias deve ser de pelo menos 30mil. Siga essas regras tanto para o cabo flexível quanto para as vias. Essa é a regra mais importante com relação à combinação de placas flexíveis.

Projeto de Pads e Vias

As PCBs flexíveis exigem uma consideração cuidadosa ao projetar os pads e as vias. As PCBs flexíveis são construídas com um material de substrato não rígido, geralmente poliimida ou poliéster, o que permite que elas se dobrem e se torçam sem quebrar. No entanto, essa flexibilidade tem um custo; como o material não é rígido como os substratos FR4 tradicionais, os pads e as vias exigem mais precisão para garantir que possam suportar a flexão.

As PCBs flexíveis geralmente exigem formatos ou tamanhos exclusivos de almofadas e técnicas especiais de solda para maximizar a durabilidade e o desempenho. Também é necessário um espaçamento extra entre os componentes e os circuitos para evitar curtos-circuitos devido à tensão na placa. Essas considerações devem ser levadas em conta ao projetar uma PCB flexível, pois elas determinarão o sucesso do produto final. Os engenheiros podem produzir placas de circuito impresso confiáveis e eficazes compreendendo as complexidades adicionais envolvidas nas PCBs flexíveis e tomando as medidas adequadas para garantir que todos os elementos do projeto sejam otimizados para a flexibilidade.

Projeto de roteamento

Se houver várias linhas na área Flex, tente evitar a sobreposição dos caminhos das camadas superior e inferior da folha de fio de cobre. Isso pode causar estresse inconsistente na linha, levando a danos mecânicos. Em vez disso, os caminhos devem ser escalonados, e as camadas superior e inferior devem ser dispostas em uma linha reta.

Projeto de disposição do cobre

Algumas pessoas podem se perguntar: "Para painéis reforçados de flexão flexível, usar uma estrutura de malha com uma camada plana de cobre ou disposição é geralmente melhor. É isso mesmo?" A resposta é sim. No entanto, para aplicações como o controle de resistência elétrica, a qualidade elétrica da estrutura reticulada precisa ser melhor. Portanto, o projetista deve tomar uma decisão informada sobre o uso da chapa de cobre reticulada. Por exemplo, se a área de resíduos for coberta com pavimentação de cobre sólido, o projetista deve considerar a possibilidade de projetar mais pavimentação de cobre sólido.

Distância entre o furo de perfuração e a chapa de cobre

De acordo com a experiência da Hitechpcb, as placas de circuito impresso flexíveis podem acomodar distâncias maiores entre os furos e a placa de cobre do que as placas rígidas convencionais. A explicação é que os materiais flexíveis usados em sua construção permitem projetos mais complexos e com mais detalhes. Como resultado, pode ser útil criar projetos que exijam mais folga ou espaço para os componentes.

Raio de curvatura da área de curvatura da PCB flexível

Como sugerem nossos engenheiros, o raio de curvatura da placa de circuito impresso afeta o desempenho geral e a confiabilidade da PCB, uma vez que determina a quantidade de pressão que está sendo aplicada aos componentes da placa. Portanto, com base na experiência, a Viaison projetaria PCBs flexíveis com material adequado e o raio de curvatura correto para manter sua forma e desempenho.

Prós e contras da PCB flexível

Vantagens

As PCBs flexíveis permitem maior flexibilidade de projeto, permitindo que os componentes sejam colocados em várias configurações.

As placas de circuito flexível são muito mais finas do que as placas rígidas tradicionais e podem se adaptar a praticamente qualquer formato ou espaço.

As placas de circuito impresso flexíveis são mais leves, o que facilita o transporte ou a instalação.

Elas também podem reduzir o tempo e o custo associados à montagem devido à sua capacidade de serem facilmente dobradas no lugar sem a necessidade de hardware ou solda adicionais.

Os circuitos flexíveis são mais resistentes a choques e vibrações porque absorvem melhor o impacto do que outras placas.

As PCBs flexíveis usam menos material, o que as torna mais baratas do que outras placas de circuito impresso (PCBs). Isso resulta em custos gerais mais baixos para a produção de muitas unidades simultaneamente.

Desvantagens

As PCBs flexíveis têm algumas desvantagens notáveis em comparação com as placas rígidas padrão. A Hitechpcb resume os seguintes pontos.

As PCBs flexíveis são mais caras do que as rígidas graças à complexidade de seu projeto e fabricação.

Os circuitos flexíveis podem ser mais propensos a defeitos de fabricação devido à natureza de sua construção. As placas flexíveis exigem testes adicionais e controle de qualidade para garantir que o produto seja fabricado corretamente.

As placas de circuito flexível exigem materiais e conhecimentos especializados, o que as torna menos acessíveis a pequenas empresas ou amadores.

As placas de circuito impresso flexíveis são menos confiáveis do que as placas rígidas devido à sua tendência de flexionar, dobrar e torcer sob pressão ou vibração. A mesma força pode causar danos a uma placa flexível que não afetariam uma placa rígida.

As PCBs flexíveis exigem técnicas de solda mais complexas, o que pode resultar em rendimentos reduzidos e aumento dos custos de produção.

Aplicação de PCB flexível

Eletrônicos vestíveis

Displays flexíveis

Aplicações automotivas

Soluções de iluminação flexíveis

Elementos de aquecimento flexíveis

Dispositivos médicos e robótica

Aeroespacial e de defesa

Aplicações

Painéis solares e turbinas eólicas

Controladores e sensores industriais

Eletrônica implantável flexível

Conclusão

Os PCBs flexíveis são uma ótima maneira de adicionar funcionalidade e eficiência aos projetos de seus produtos. Portanto, se estiver buscando maior flexibilidade no design do produto ou soluções mais confiáveis e eficientes, vale a pena considerar a integração de circuitos impressos flexíveis em seu próximo projeto. A Hitechpcb é um fabricante líder de PCB flexível que pode fornecer PCBs flexíveis de alta qualidade. Seja bem-vindo a colaborar conosco!