So sánh Thiết kế Flex Tĩnh và Động: Bán kính Uốn PCB Rigid Flex và các Xét duyệt Cơ khí khác

Dù bạn thích hay không, các PCB linh hoạt và cứng-linh hoạt đều đang tồn tại và ngày càng nhiều thiết bị điện tử linh hoạt đang chuyển từ giai đoạn nghiên cứu sang ngành công nghiệp. PCB linh hoạt hiện được sử dụng cho nhiều mục đích hơn là chỉ cung cấp năng lượng cho một động cơ trong ổ cứng từ của bạn. Bất kỳ thiết bị nào chứa một yếu tố có thể gấp lại hoặc dịch chuyển có khả năng bao gồm một PCB linh hoạt động.

Với sự tăng trưởng của thị trường PCB linh hoạt lên đến hàng chục tỷ, các nhà thiết kế PCB có mọi động lực để học hỏi càng nhiều càng tốt về thiết kế PCB linh hoạt tĩnh và động. Sản phẩm tiếp theo của công ty bạn hoặc việc thiết kế lại một sản phẩm hiện có có thể phụ thuộc vào điều này.

PCB Linh hoạt Tĩnh so với Động

Mọi PCB linh hoạt đều liên quan đến PCB cứng-linh hoạt ở chỗ chúng sử dụng cùng một vật liệu cho lớp linh hoạt. Thay vì có các phần cứng với lõi polyimide được bao quanh bởi đồng và prepreg, một PCB linh hoạt được xây dựng hoàn toàn từ một vật liệu linh hoạt. Polyimide thường được sử dụng vì nó dễ dàng thích nghi với quy trình sản xuất cứng-linh hoạt và tương đối rẻ, mặc dù các vật liệu polymer như polyethylene naphthalate (PEN), polytetrafluoroethylene (PTFE), và Aramid cũng có thể được sử dụng cho các dải linh hoạt.

Flex PCB có thể được thiết kế như là PCB động hoặc PCB tĩnh. Việc thiết kế bất kỳ loại PCB linh hoạt nào cũng giống như một bài tập cơ khí cũng như là một bài tập điện tử. Phần mềm thiết kế PCB với các tính năng hợp tác ECAD/MCAD rất tốt cho việc thiết kế bất kỳ loại PCB linh hoạt nào. Khi lên kế hoạch cho stackup và đặt các đường dẫn trên PCB linh hoạt, phần cong của bảng mạch nên được xem xét như một tấm chữ nhật cong trong phân tích cơ khí. Điều này rất quan trọng để xác định độ dày đường dẫn phù hợp nhằm ngăn chặn việc nứt và hỏng.

Dù bạn đang thiết kế một PCB linh hoạt tĩnh hay động, một stackup linh hoạt tổng thể dày hơn yêu cầu một bán kính uốn lớn hơn. Điều này giảm bớt lượng căng và nén tập trung dọc theo phần cong khi hình thành PCB theo góc mong muốn. Đặt một bán kính uốn nhỏ hơn trong một PCB dày hơn có thể khiến lớp phủ bề mặt bị tụ lại ở lớp ngoài cùng bên trong phần cong. Điều này sau đó tạo ra nhiều áp lực cắt nén hơn lên các đường dẫn nằm bên trong trục uốn trung tính. Nếu bạn muốn giảm tổng độ dày, có các lớp phủ linh hoạt không yêu cầu keo dính.

PCB Linh Hoạt Tĩnh: Các Khía Cạnh Cần Xem Xét Khi Sản Xuất

Một khi mạch in linh hoạt cố định (static flex PCB) được sản xuất, nó thường được uốn cong trong quá trình lắp ráp để đạt được bán kính cong và góc cong mong muốn với công cụ tạo hình nén. Công cụ này hoạt động như một cái kẹp, và các công cụ tạo hình tùy chỉnh có thể được sử dụng để tạo nhiều đường cong trên một dải flex duy nhất cùng một lúc.

Mạch in linh hoạt cố định thường được uốn cong quá mức so với điểm đàn hồi, nghĩa là chúng được uốn cong vượt quá bán kính cong dự định để đảm bảo một số biến dạng nhựa trong quá trình tạo hình. Điều này ngăn chặn mạch in linh hoạt quay trở lại hình dạng ban đầu của nó sau khi được gỡ bỏ khỏi công cụ tạo hình. Khi bán kính cong cố định và góc được chỉ định trong một mạch in cố định, bạn thực sự nên lên kế hoạch có một biên độ an toàn trong độ dày của dấu vết để ngăn chặn nứt vỡ tóc và hỏng hóc trong quá trình uốn cong quá mức.

Dải flex cố định cho một thiết bị y tế, như được giới thiệu trong Electronics Weekly.

Trực giác có thể cho rằng các dấu vết nên dày hơn để chịu được áp lực cần thiết trong quá trình uốn cong quá mức, nhưng trực giác không phải lúc nào cũng đúng. Nói một cách đơn giản, mạch dày hơn, nó càng kém linh hoạt mà không bị hỏng. Mạch in linh hoạt dày hơn sẽ yêu cầu uốn cong quá mức nhiều hơn để phù hợp với bán kính cong và góc mong muốn. Điều này gây ra nhiều áp lực hơn lên các dấu vết trong quá trình tạo hình.

Giống như một tấm chữ nhật bị uốn cong, sẽ có một trục uốn trung tính xuyên suốt bảng mạch linh hoạt, định nghĩa một đường cong mà tại đó không có ứng suất kéo dài hoặc nén dọc. Các đường mạch mỏng có thể chịu được ứng suất nén lớn hơn ứng suất kéo, vì vậy các đường mạch mỏng có thể được đặt bên trong trục uốn trung tính. Sự thay đổi trong trục uốn trung tính sẽ phụ thuộc vào bán kính uốn. Một quy tắc chung cho bán kính uốn tối thiểu là sử dụng phương trình sau:

Nếu độ dày của lớp chồng và độ dày của đường mạch được chọn đúng cách, việc tuân theo quy tắc này sẽ đảm bảo rằng trục uốn trung tính sẽ không thay đổi đáng kể so với đường giữa của PCB. Khi số lượng lớp tăng lên, điều này sẽ đảm bảo rằng bạn tuân thủ các tiêu chuẩn IPC 2223C về tỷ lệ uốn (bán kính uốn chia cho độ dày) trong PCB linh hoạt.

PCB Linh Hoạt Động: Độ Bền

Nhiều yếu tố thiết kế giống như đối với PCB linh hoạt tĩnh cũng áp dụng cho PCB linh hoạt động. Một vấn đề quan trọng trong PCB linh hoạt động là việc cứng hóa do làm việc trong quá trình uốn lặp đi lặp lại. Đồng sẽ cứng hóa do lặp đi lặp lại, cuối cùng trở nên giòn và dễ gãy. Độ bền có thể được kéo dài bằng cách đơn giản là cho phép một bán kính uốn lớn hơn. Nói chung, người ta khuyến cáo rằng PCB linh hoạt động không nên vượt quá góc uốn 90°.

Khi PCB bị uốn, trục uốn trung tính sẽ dịch chuyển về phía bên trong của đoạn uốn. Điều này rất quan trọng đối với PCB linh hoạt động vì nó giới hạn số lớp đồng được phép sử dụng ở một con số thấp, thường chỉ một lớp duy nhất trùng với trục uốn trung tính. Mặc dù đồng có tính dẻo, nó sẽ cứng lại khi liên tục bị đặt dưới áp lực. Nếu bạn chọn sử dụng nhiều hơn một lớp trong PCB linh hoạt, các đường dẫn nên được xếp chồng lệch nhau, tức là, chúng không nên chồng chéo trên các lớp kế cận, nhằm tránh áp lực không cần thiết lên các đường dẫn xa trục uốn trung tính hơn.

Để ngăn chặn áp lực không cần thiết lên các đường dẫn, hãy chắc chắn rằng bạn dành một biên độ an toàn đủ và chú ý đến bán kính uốn tối thiểu. Đảm bảo rằng bán kính uốn tối thiểu nhỏ hơn bán kính uốn dự định để ngăn chặn áp lực tại các cạnh của bảng mạch. Điều này sẽ làm chậm quá trình cứng lại do làm việc và giúp kéo dài tuổi thọ sử dụng của PCB.

Dải linh hoạt cố định cho ổ cứng

Khi thiết kế PCB linh hoạt tiếp tục được ứng dụng rộng rãi trong nhiều thiết bị, các nhà thiết kế cần phần mềm cho PCB linh hoạt giúp đơn giản hóa thiết kế xếp lớp, lập kế hoạch sản xuất và nhiều hơn nữa. Altium Designer cung cấp những công cụ thiết kế quan trọng này, công cụ MCAD, và nhiều hơn nữa trong một giao diện thiết kế thống nhất. Giao diện thiết kế trực quan và động cơ thiết kế theo quy tắc dễ dàng thích nghi với thiết kế PCB cứng, cứng-linh hoạt, và hoàn toàn linh hoạt.

Giờ đây bạn có thể tải về bản dùng thử miễn phí của Altium Designer để tìm hiểu thêm về bố cục, quản lý xếp lớp, và công cụ lập kế hoạch sản xuất. Bạn cũng sẽ có quyền truy cập vào các tính năng tích hợp tín hiệu và tài liệu tốt nhất trong ngành trong một chương trình duy nhất. Nói chuyện với một chuyên gia Altium ngày hôm nay để tìm hiểu thêm.