Khi nào bạn nên sử dụng cáp mạch in linh hoạt?

Một câu hỏi phổ biến khi nói đến thiết kế PCB là “Khi nào tôi nên sử dụng mạch linh hoạt?” Câu hỏi này có thể đến từ người đang sử dụng giải pháp dây và cáp, hoặc người sử dụng vật liệu PCB cứng, hoặc thậm chí là người mới bắt đầu với thiết kế PCB. Trong một bài blog trước, chúng tôi đã đi qua các lợi ích của việc sử dụng cáp mạch in linh hoạt:

• Giải quyết vấn đề đóng gói
• Giảm không gian và trọng lượng cần thiết
• Giảm chi phí lắp ráp 
• Facilitates dynamic flexing
• Quản lý nhiệt độ 
• Cải thiện thẩm mỹ sản phẩm  
• Tính tương thích sinh học
• Tăng độ tin cậy và giảm cơ hội lỗi do người vận hành 

Trong khi có nhiều lý do để chuyển sang sử dụng mạch linh hoạt hoặc rigid-flex , hai lý do chính là để giải quyết vấn đề đóng gói hoặc giảm không gian và trọng lượng của gói điện tử, thường là hai vấn đề liên quan đến nhau. Không gian, Trọng lượng và Đóng gói, (SWaP) sẽ tiếp tục là lực lượng thúc đẩy trong thiết kế cáp PCB linh hoạt. Cấu trúc linh hoạt và rigid-flex có thể loại bỏ các kết nối dây và hàn cồng kềnh, nặng nề, thường tiết kiệm 60% hoặc hơn về trọng lượng và không gian trong khi giảm kích thước gói tổng thể. Không khó để tưởng tượng một mạch linh hoạt, mảnh mai, mạch linh hoạt là một lợi ích cho ràng buộc này.

Vật liệu cáp mạch linh hoạt cũng được thiết kế để có thể bị uốn cong, gấp lại và linh hoạt. Điều này cho phép nhà thiết kế đặt các thành phần điện tử và các yếu tố chức năng khác ở vị trí tối ưu trong hệ thống điện tử và sử dụng mạch linh hoạt hoặc cấu trúc rigid-flex để cung cấp kết nối 3 trục, không có các phần riêng lẻ. Đây là nơi trí tưởng tượng của nhà thiết kế PCB trở nên cực kỳ quan trọng. Flex có thể được sản xuất hầu như ở bất kỳ hình dạng nào, uốn cong và gấp quanh các góc, và được thiết kế để di chuyển lên và qua một đặc điểm trong hệ thống điện tử trong khi giảm trọng lượng và không gian. 

Một trong những điều yêu thích của tôi là làm việc với các nhà thiết kế và kỹ sư đang xem xét sử dụng mạch linh hoạt hoặc mạch cứng-linh hoạt cho các ứng dụng của họ. Như câu nói, một bức ảnh có giá trị ngàn lời và tôi muốn nói rằng cùng một khái niệm có thể được áp dụng cho cáp mạch in linh hoạt. Bởi vì trí tưởng tượng của nhà thiết kế thúc đẩy rất nhiều ứng dụng "hoàn hảo" cho mạch linh hoạt, mẫu mạch linh hoạt thường khơi gợi ý tưởng sáng tạo. “Ồ! Tôi nghĩ thứ gì đó như thế này có thể giải quyết vấn đề chúng tôi đang làm việc!” là một phát biểu phổ biến. Cũng như, khoảnh khắc khi bạn thấy ánh sáng trong mắt ai đó bừng lên với một ý tưởng, và biết rằng điều thú vị nào đó sắp xuất phát từ cuộc thảo luận. Một số điều phổ biến khơi gợi những ý tưởng này là đuôi mạch linh hoạt hình dạng độc đáo, chia ra các hướng khác nhau, (ai biết bạn có thể làm điều đó?) mạch được uốn thành hình dạng ba chiều, và mạch cứng-linh hoạt được định tuyến dày đặc với đuôi giảm đáng kể không gian cần thiết trong bao bì.

Tôi nghĩ sẽ thú vị khi kết thúc blog này với các ví dụ khác nhau về ứng dụng đã sử dụng mạch linh hoạt và cứng-linh hoạt để giải quyết vấn đề bao bì và giảm không gian và trọng lượng với hy vọng chúng sẽ khơi gợi những suy nghĩ sáng tạo về cách mạch linh hoạt có thể được sử dụng trong một ứng dụng sắp tới.

Tôi thường dẫn đầu một bài thuyết trình về thiết kế mạch linh hoạt với câu chuyện về một đội tìm kiếm và cứu hộ của lực lượng cảnh sát, cố gắng tìm kiếm một cô bé nhỏ đã chạy vào một cánh đồng ngô cao và dày đặc. Các công cụ họ sử dụng vào buổi tối đó bao gồm GPS từ máy kéo đã cày cấy cánh đồng, máy bay không người lái để bay trên các cánh đồng, trực thăng với hình ảnh hồng ngoại cho một cái nhìn rộng lớn hơn, và tất cả đều giao tiếp qua radio 800 megahertz hoặc điện thoại di động. Lý do tôi sử dụng ví dụ đó là bởi VÌ tất cả các công cụ được triển khai đều chứa mạch linh hoạt hoặc cứng-linh hoạt trong hệ thống điện tử. Rất dễ để hình dung cách mạch linh hoạt có lợi cho trọng lượng, không gian, và bao bì trong những ứng dụng đó.

Các thiết bị đeo là một cách dễ dàng khác để hình dung một ứng dụng cho vật liệu cáp mạch linh hoạt. Đó có thể là thứ được đeo trên quần áo, sử dụng để theo dõi sức khỏe, hoặc một ứng dụng y tế có thể đeo được. Một lần nữa, rất dễ để hiểu một cáp mạch in linh hoạt là sự lựa chọn hoàn hảo cho các sản phẩm sẽ được đeo trên cơ thể, cung cấp trọng lượng nhẹ và khả năng hấp thụ chuyển động theo cách mà dây và cáp hoặc bảng mạch cứng-linh hoạt không thể làm được.

Ứng dụng di động là một ví dụ tuyệt vời khác. Ngày nay, smartphone chứa một số cấu trúc cáp cứng-linh hoạt phức tạp nhất mà tôi đã thấy nhưng chúng lại được đóng gói vào thứ mà tất cả chúng ta đều có thể dễ dàng mang theo trong túi. Điều đó sẽ không thể nếu không có vật liệu nhẹ, linh hoạt giúp giảm trọng lượng và kích thước đóng gói.

Một lĩnh vực ứng dụng khác mà linh hoạt là yếu tố quan trọng là trong ngành công nghiệp ô tô. Trọng lượng không chỉ là kẻ thù của tiết kiệm nhiên liệu mà xe hơi ngày nay còn chứa nhiều hệ thống điện tử hơn bao giờ hết và xu hướng này dự kiến sẽ tiếp tục. Cảm biến, hệ thống định vị, và kết nối cảm biến ABS và túi khí, chỉ là một vài ứng dụng cáp mạch in linh hoạt trong xe hơi.

Để trả lời câu hỏi ban đầu, “Khi nào tôi nên sử dụng mạch linh hoạt”, có những câu trả lời rõ ràng như khi cố gắng đặt nhiều hệ thống điện tử phức tạp hơn vào một gói nhỏ hơn, khi khả năng kết nối trong 3 chiều là quan trọng, và khi trọng lượng là một vấn đề. Đây đều là những thách thức phổ biến mà một nhà thiết kế PCB phải đối mặt. Thách thức của tôi dành cho bạn ở đây là hãy dừng lại vài phút, kích hoạt trí tưởng tượng của bạn, và nghĩ về cách thức vật liệu linh hoạt có thể giải quyết thách thức thiết kế tiếp theo của bạn.

Bạn có muốn tìm hiểu thêm về cách Altium có thể giúp bạn với thiết kế PCB tiếp theo của mình không? Nói chuyện với một chuyên gia tại Altium.