Wann sollten Sie flexible gedruckte Schaltkabel verwenden?

Eine häufige Frage im Zusammenhang mit PCB-Design lautet: „Wann sollte ich eine Flexplatine verwenden?“ Diese Frage könnte von jemandem kommen, der eine Draht- und Kabel-Lösung verwendet, jemandem, der starre PCB-Materialien verwendet, oder sogar jemandem, der ganz neu im PCB-Design ist. In einem früheren Blog haben wir die Vorteile der Verwendung von flexiblen gedruckten Schaltkabeln durchgegangen:

• Löst ein Verpackungsproblem
• Reduziert den benötigten Platz und das Gewicht
• Reduzierte Montagekosten 
• Ermöglicht dynamisches Biegen
• Thermomanagement 
• Verbessert die Produktästhetik  
• Biokompatibilität
• Erhöhte Zuverlässigkeit und verringerte Fehlermöglichkeit durch den Bediener 

Während es viele Gründe gibt, zu Flex- oder starr-flexiblen Schaltungskonstruktionen überzugehen, sind die zwei vorherrschenden Gründe, ein Verpackungsproblem zu lösen oder den Raum und das Gewicht des Elektronikpakets zu reduzieren, welche oft miteinander verbunden sind. Raum, Gewicht und Verpackung (SWaP) werden weiterhin eine treibende Kraft im Design von flexiblen PCB-Kabeln sein. Flex- und starr-flexible Konstruktionen können sperrige und schwere Draht- und Lötverbindungen eliminieren, oft mit einer Einsparung von 60% oder mehr an Gewicht und Raum, während die Gesamtgröße des Pakets reduziert wird. Es ist nicht schwer, sich eine dünne, schlanke, flexible Schaltung als Vorteil für diese Einschränkung vorzustellen.

Die Materialien für flexible Schaltungskabel sind ebenfalls darauf ausgelegt, gebogen, gefaltet und flexibel zu sein. Dies ermöglicht es einem Designer, elektronische Komponenten und andere funktionelle Elemente in der optimalen Position innerhalb des Elektroniksystems zu platzieren und die flexible Schaltung oder starr-flexible Konstruktion zu nutzen, um eine 3-Achsen-Verbindung zu bieten, ohne diskrete Teile. Hier wird die Vorstellungskraft eines PCB-Designers entscheidend wichtig. Flex kann in nahezu jeder Form hergestellt werden, um Ecken gebogen und gefaltet und so gestaltet werden, dass es sich über ein Merkmal im Elektroniksystem bewegt, während Gewicht und Raum reduziert werden. 

Eines meiner Lieblingsbeschäftigungen ist es, mit Designern und Ingenieuren zusammenzuarbeiten, die erwägen, flexible oder starr-flexible Schaltungen für ihre Anwendungen zu verwenden. Wie das Sprichwort sagt, ist ein Bild mehr wert als tausend Worte, und ich würde behaupten, dass das gleiche Konzept auf flexible gedruckte Schaltkabel angewendet werden kann. Da die Vorstellungskraft des Designers so viele der „perfekten“ Flex-Anwendungen antreibt, lösen Flex-Muster oft kreative Ideen aus. „Oh!  Ich denke, so etwas könnte das Problem lösen, an dem wir arbeiten!“ ist eine häufige Aussage. Auch der Moment, wenn man sieht, wie jemandem die Augen vor einer Idee leuchten, und weiß, dass aus der Diskussion etwas Interessantes hervorgehen wird. Einige der häufigen Dinge, die diese Ideen anregen, sind einzigartig geformte Flex-Schwänze, die sich in verschiedene Richtungen aufteilen, (wer hätte gedacht, dass das möglich ist?) Schaltungen, die in dreidimensionale Formen gebogen sind, und dicht verlegte starr-flexible Schaltungen mit Schwänzen, die den benötigten Platz in der Verpackung erheblich reduzieren.

Ich dachte, es wäre interessant, diesen Blog mit verschiedenen Beispielen von Anwendungen abzuschließen, die Flex-Schaltungen und starr-flexible Schaltungen verwendet haben, um Verpackungsprobleme zu lösen und Platz und Gewicht zu reduzieren, in der Hoffnung, dass sie einige kreative Gedanken darüber anregen, wie Flex in einer bevorstehenden Anwendung verwendet werden könnte.

Ich leite oft eine Präsentation über das Design von Flex-Schaltungen mit einer Geschichte über eine Such- und Rettungsaktion der Polizei, die versuchte, ein kleines Mädchen zu finden, das in ein hohes, dichtes Maisfeld gelaufen war. Die Werkzeuge, die sie an diesem Abend nutzten, umfassten das GPS des Traktors, der das Feld bepflanzt hatte, Drohnen, um über den Feldern zu fliegen, Hubschrauber mit Infrarotbildgebung für eine breitere Perspektive und alle kommunizierten über 800-Megahertz-Funkgeräte oder Mobiltelefone.  Der Grund, warum ich dieses Beispiel verwende, ist, dass ALL diese eingesetzten Werkzeuge Flex- oder Rigid-Flex-Schaltungen innerhalb des Elektroniksystems enthalten.  Es ist leicht vorstellbar, wie Flex in diesen Anwendungen hinsichtlich Gewicht, Platz und Verpackung von Vorteil war.

Wearables sind eine weitere einfache Möglichkeit, sich eine Anwendung für flexible Schaltungsleiterplattenmaterialien vorzustellen. Das könnte etwas sein, das an der Kleidung getragen wird, für Fitness-Tracking verwendet wird oder eine tragbare medizinische Anwendung darstellt.  Auch hier ist leicht zu verstehen, wie ein flexibles gedrucktes Schaltkabel perfekt für Produkte geeignet ist, die am Körper getragen werden, da es ein geringeres Gewicht bietet und die Fähigkeit besitzt, Bewegungen auf eine Weise zu absorbieren, wie es Draht und Kabel oder starre Flex-Kabelplatinen nicht können.

Handheld-Anwendungen sind ein weiteres großartiges Beispiel. Die heutigen Smartphones enthalten einige der komplexesten starren-flexiblen Kabelkonstruktionen, die ich gesehen habe, und dennoch sind diese in etwas verpackt, das wir alle leicht in unseren Taschen herumtragen können. Das wäre ohne leichte, flexible Materialien, die beim Gewicht und der Verpackung helfen, nicht möglich.

Ein weiterer Anwendungsbereich, in dem Flexibilität entscheidend ist, ist die Automobilindustrie. Gewicht ist nicht nur der Feind der Kraftstoffeffizienz, sondern die heutigen Fahrzeuge enthalten mehr Elektronik als je zuvor, und dieser Trend wird voraussichtlich anhalten. Sensoren, Navigationssysteme und die Verbindung von ABS- und Airbagsensoren sind nur einige der Anwendungen von flexiblen gedruckten Schaltkabeln in Fahrzeugen.

Um auf die ursprüngliche Frage zu antworten, „Wann sollte ich eine Flex-Schaltung verwenden“, gibt es offensichtliche Antworten wie beim Versuch, komplexere Elektronik in einem kleineren Paket unterzubringen, wenn die Fähigkeit zur Verbindung in 3 Dimensionen entscheidend ist und wenn Gewicht ein Anliegen ist. Diese sind alle gängige Herausforderungen, mit denen ein PCB-Designer konfrontiert wird. Meine Herausforderung an Sie hier ist, für ein paar Minuten innezuhalten, Ihre Vorstellungskraft zu nutzen und über Wege nachzudenken, wie flexible Materialien Ihre nächste Design-Herausforderung lösen könnten.

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