Kiedy należy używać elastycznych kabli drukowanych?

Wspólne pytanie, jeśli chodzi o projektowanie PCB, brzmi: „Kiedy powinienem użyć obwodu elastycznego?” To pytanie może pochodzić od kogoś, kto używa rozwiązania z przewodami i kablami, kogoś, kto używa sztywnych materiałów PCB, a nawet kogoś, kto jest całkowicie nowy w projektowaniu PCB. W poprzednim blogu przeszliśmy przez zalety używania elastycznych kabli drukowanych:

• Rozwiązuje problem z pakowaniem
• Zmniejsza potrzebną przestrzeń i wagę
• Zmniejszone koszty montażu 
• Umożliwia dynamiczne zginanie
• Zarządzanie ciepłem 
• Poprawia estetykę produktu  
• Biokompatybilność
• Zwiększona niezawodność i zmniejszone ryzyko błędu operatora 

Podczas gdy istnieje wiele powodów, dla których warto przejść na konstrukcję obwodów giętkich lub sztywno-giętkich, dwa główne powody to rozwiązanie problemu z opakowaniem lub zmniejszenie przestrzeni i wagi pakietu elektronicznego, które często są ze sobą powiązane. Przestrzeń, Waga i Opakowanie (SWaP) będą nadal główną siłą napędową w projektowaniu kabli PCB giętkich. Konstrukcja giętka i sztywno-giętka może eliminować masywne i ciężkie połączenia przewodowe i lutowane, często oszczędzając 60% lub więcej wagi i przestrzeni, jednocześnie redukując ogólny rozmiar pakietu. Nie trudno sobie wyobrazić cienki, elegancki, giętki obwód jako korzyść dla tego ograniczenia.

Materiały kabli obwodów giętkich są również zaprojektowane do zginania, składania i gięcia. Pozwala to projektantowi umieścić komponenty elektroniczne i inne elementy funkcjonalne w optymalnej pozycji w systemie elektroniki i użyć obwodu giętkiego lub konstrukcji sztywno-giętkiej do zapewnienia połączenia w 3 osiach, bez oddzielnych części. To właśnie tutaj wyobraźnia projektanta PCB staje się krytycznie ważna. Flex może być wyprodukowany w niemal każdym kształcie, zginany i składany wokół narożników oraz zaprojektowany tak, aby poruszać się w górę i nad elementem w systemie elektroniki, jednocześnie redukując wagę i przestrzeń. 

Jedną z moich ulubionych czynności jest współpraca z projektantami i inżynierami, którzy rozważają użycie obwodów elastycznych lub sztywno-elastycznych w swoich aplikacjach. Jak mówi przysłowie, obraz wart jest tysiąca słów i twierdzę, że to samo można powiedzieć o elastycznych kablach drukowanych. Ponieważ wyobraźnia projektanta napędza wiele „idealnych” zastosowań dla obwodów elastycznych, próbki flex często wyzwalają kreatywne pomysły. „O!  Myślę, że coś takiego mogłoby rozwiązać problem, nad którym pracujemy!” to częsty komentarz. Również moment, kiedy widzisz, jak czyjeś oczy rozświetlają się pomysłem i wiesz, że z tej dyskusji wyniknie coś interesującego. Niektóre z powszechnych rzeczy, które pobudzają te pomysły, to unikalnie ukształtowane ogony flex, rozdzielające się na różne kierunki, (kto by pomyślał, że można to zrobić?) obwody zgięte w trójwymiarowe kształty oraz gęsto trasowane sztywno-elastyczne z ogonami znacząco redukujące potrzebną przestrzeń w opakowaniu.

Myślałem, że interesującym zakończeniem tego bloga byłoby przedstawienie różnych przykładów zastosowań, które wykorzystały obwody elastyczne i sztywno-elastyczne do rozwiązania problemów z opakowaniami oraz redukcji przestrzeni i wagi w nadziei, że zainspirują one do kreatywnego myślenia o sposobach, w jakie flex mógłby być użyty w nadchodzącej aplikacji.

Często zaczynam prezentację na temat projektowania obwodów elastycznych od historii poszukiwania i ratownictwa przez służby policyjne, które próbowały zlokalizować małą dziewczynkę, która pobiegła do wysokiej, gęstej kukurydzy. Narzędzia, których używali tego wieczoru, obejmowały GPS z traktora, który zasiał pole, drony do przelotu nad polami, helikoptery z termowizją dla szerszej perspektywy, wszystko komunikujące się za pomocą radii 800 megaherców lub telefonów komórkowych.  Powodem, dla którego używam tego przykładu, jest to, że WSZYSTKIE te narzędzia wykorzystywane w akcji zawierały w systemie elektroniki obwody elastyczne lub sztywno-elastyczne.  Łatwo sobie wyobrazić, jak w tych zastosowaniach elastyczność była korzystna dla wagi, przestrzeni i pakowania.

Urządzenia noszone to kolejny łatwy sposób, aby wyobrazić sobie zastosowanie dla materiałów kabli obwodów elastycznych. Mogłoby to być coś noszonego na ubraniu, używanego do śledzenia aktywności fizycznej lub w medycznych zastosowaniach noszonych.  Ponownie, łatwo jest zrozumieć, jak elastyczny kabel obwodu drukowanego idealnie pasuje do produktów, które mają być noszone na ciele, zapewniając mniejszą wagę i zdolność do absorbowania ruchu w sposób, na który nie są zdolne przewody i kable lub sztywno-elastyczne płyty kablowe.

Aplikacje przenośne to kolejny świetny przykład. Dzisiejsze smartfony zawierają niektóre z najbardziej skomplikowanych konstrukcji kabli sztywno-elastycznych, jakie widziałem, a mimo to są pakowane w coś, co wszyscy możemy łatwo nosić w kieszeniach. Nie byłoby to możliwe bez lekkich, elastycznych materiałów pomagających w redukcji wagi i pakowaniu.

Kolejnym obszarem zastosowań, w którym elastyczność jest kluczowa, jest przemysł motoryzacyjny. Waga jest nie tylko wrogiem ekonomii paliwowej, ale dzisiejsze pojazdy zawierają więcej elektroniki niż kiedykolwiek wcześniej i oczekuje się, że ten trend będzie kontynuowany. Czujniki, systemy nawigacji oraz łączenie czujników ABS i poduszek powietrznych to tylko kilka zastosowań elastycznych kabli obwodów drukowanych w pojazdach.

Aby odpowiedzieć na to pierwotne pytanie, „Kiedy powinienem użyć obwodu elastycznego”, istnieją oczywiste odpowiedzi, takie jak próba umieszczenia bardziej skomplikowanej elektroniki w mniejszym opakowaniu, gdy zdolność do łączenia w 3 wymiarach jest kluczowa oraz gdy waga jest problemem. To wszystko są powszechne wyzwania, z którymi mierzy się projektant PCB. Moje wyzwanie dla Ciebie tutaj polega na tym, abyś zatrzymał się na kilka minut, uruchomił swoją wyobraźnię i pomyślał o sposobach, w jakie elastyczne materiały mogłyby rozwiązać Twoje następne wyzwanie projektowe.

Czy chciałbyś dowiedzieć się więcej o tym, jak Altium może pomóc Ci w Twoim kolejnym projekcie PCB? Porozmawiaj z ekspertem w Altium.