Sztywne i elastyczne płytki drukowane (PCB) są popularne ze względu na swoją wszechstronność i trwałość w różnych zastosowaniach elektronicznych. Płyty te są znane ze swojej odporności na zginanie i naprężenia skręcające, zachowując jednocześnie niezawodne połączenia elektryczne.W tym artykule szczegółowo omówimy materiały stosowane w sztywnych i elastycznych płytkach drukowanych, aby uzyskać wgląd w ich skład i właściwości. Odsłaniając materiały, które sprawiają, że sztywne i elastyczne płytki PCB są mocnym i elastycznym rozwiązaniem, możemy zrozumieć, w jaki sposób przyczyniają się one do rozwoju urządzeń elektronicznych.
1. Zrozumsztywna i elastyczna konstrukcja PCB:
Sztywna i elastyczna płytka drukowana to płytka drukowana, która łączy sztywne i elastyczne podłoża, tworząc unikalną strukturę. Dzięki tej kombinacji płytki drukowane mogą zawierać obwody trójwymiarowe, zapewniając elastyczność projektowania i optymalizację przestrzeni dla urządzeń elektronicznych. Struktura płyt sztywnych-flex składa się z trzech głównych warstw. Pierwsza warstwa to warstwa sztywna, wykonana ze sztywnego materiału, takiego jak FR4 lub metalowy rdzeń. Warstwa ta zapewnia wsparcie strukturalne i stabilność płytki PCB, zapewniając jej trwałość i odporność na naprężenia mechaniczne.
Druga warstwa to elastyczna warstwa wykonana z materiałów takich jak poliimid (PI), polimer ciekłokrystaliczny (LCP) czy poliester (PET). Warstwa ta umożliwia zginanie, skręcanie i zginanie płytki PCB bez wpływu na jej parametry elektryczne. Elastyczność tej warstwy ma kluczowe znaczenie w zastosowaniach wymagających dopasowania płytki PCB do nieregularnych lub ciasnych przestrzeni. Trzecia warstwa to warstwa klejąca, która łączy ze sobą warstwę sztywną i elastyczną. Warstwa ta jest zwykle wykonana z materiałów epoksydowych lub akrylowych, wybranych ze względu na ich zdolność do zapewnienia silnego wiązania między warstwami, a jednocześnie zapewnienia dobrych właściwości izolacji elektrycznej. Warstwa kleju odgrywa kluczową rolę w zapewnieniu niezawodności i trwałości płyt sztywnych.
Każda warstwa sztywnej i elastycznej struktury PCB jest starannie wybierana i projektowana tak, aby spełniać określone wymagania dotyczące wydajności mechanicznej i elektrycznej. Umożliwia to wydajną pracę płytek drukowanych w szerokim zakresie zastosowań, od elektroniki użytkowej po urządzenia medyczne i systemy lotnicze.
2. Materiały użyte w sztywnych warstwach:
W sztywnych warstwach sztywnych i elastycznych płytek PCB często stosuje się wiele materiałów, aby zapewnić niezbędne wsparcie strukturalne i integralność. Materiały te są starannie dobierane na podstawie ich specyficznych właściwości i wymagań użytkowych. Do najczęściej stosowanych materiałów na sztywne warstwy w sztywnych i elastycznych płytkach drukowanych należą:
A. FR4: FR4 to sztywny materiał warstwowy szeroko stosowany w płytkach PCB. Jest to laminat epoksydowy wzmocniony włóknem szklanym o doskonałych właściwościach termicznych i mechanicznych. FR4 charakteryzuje się wysoką sztywnością, niską absorpcją wody i dobrą odpornością chemiczną. Te właściwości sprawiają, że idealnie nadaje się jako sztywna warstwa, ponieważ zapewnia doskonałą integralność strukturalną i stabilność płytki PCB.
B. Poliimid (PI): Poliimid to elastyczny, żaroodporny materiał, często stosowany w płytach sztywnych i elastycznych ze względu na jego odporność na wysoką temperaturę. Poliimid znany jest ze swoich doskonałych właściwości izolacji elektrycznej i stabilności mechanicznej, dzięki czemu nadaje się do stosowania jako sztywne warstwy na płytkach PCB. Zachowuje swoje właściwości mechaniczne i elektryczne nawet pod wpływem ekstremalnych temperatur, dzięki czemu nadaje się do szerokiego zakresu zastosowań.
C. Rdzeń metalowy: W niektórych przypadkach, gdy wymagane jest doskonałe odprowadzanie ciepła, można zastosować materiały z rdzeniem metalowym, takie jak aluminium lub miedź, jako sztywną warstwę w sztywnych i elastycznych płytkach drukowanych. Materiały te mają doskonałą przewodność cieplną i mogą skutecznie rozpraszać ciepło wytwarzane przez obwody. Dzięki zastosowaniu metalowego rdzenia płyty sztywnie elastyczne mogą skutecznie zarządzać ciepłem i zapobiegać przegrzaniu, zapewniając niezawodność i wydajność obwodu.
Każdy z tych materiałów ma swoje zalety i jest wybierany na podstawie specyficznych wymagań projektu PCB. Czynniki takie jak temperatura robocza, naprężenia mechaniczne i wymagane możliwości zarządzania ciepłem odgrywają ważną rolę w określaniu odpowiednich materiałów do łączenia sztywnych i elastycznych sztywnych warstw PCB.
Należy zauważyć, że wybór materiałów na sztywne warstwy w sztywnych i elastycznych płytkach PCB jest krytycznym aspektem procesu projektowania. Właściwy dobór materiałów zapewnia integralność strukturalną, zarządzanie ciepłem i ogólną niezawodność płytki PCB. Wybierając odpowiednie materiały, projektanci mogą tworzyć sztywne i elastyczne płytki PCB, które spełniają rygorystyczne wymagania różnych gałęzi przemysłu, w tym motoryzacyjnej, lotniczej, medycznej i telekomunikacyjnej.
3. Materiały użyte w elastycznej warstwie:
Elastyczne warstwy sztywnych i elastycznych płytek PCB ułatwiają zginanie i składanie tych płytek. Materiał zastosowany na warstwę elastyczną musi wykazywać dużą elastyczność, sprężystość i odporność na wielokrotne zginanie. Typowe materiały używane do elastycznych warstw obejmują:
A. Poliimid (PI): Jak wspomniano wcześniej, poliimid to wszechstronny materiał, który służy dwóm celom w sztywnych i elastycznych płytkach drukowanych. W warstwie elastycznej umożliwia wyginanie się i wyginanie płyty bez utraty jej właściwości elektrycznych.
B. Polimer ciekłokrystaliczny (LCP): LCP to wysokowydajny materiał termoplastyczny, znany ze swoich doskonałych właściwości mechanicznych i odporności na ekstremalne temperatury. Zapewnia doskonałą elastyczność, stabilność wymiarową i odporność na wilgoć w przypadku sztywnych i elastycznych projektów PCB.
C. Poliester (PET): Poliester to tani, lekki materiał o dobrej elastyczności i właściwościach izolacyjnych. Jest powszechnie stosowany do sztywnych i elastycznych płytek PCB, gdzie krytyczna jest opłacalność i umiarkowane możliwości zginania.
D. Poliimid (PI): Poliimid jest powszechnie stosowanym materiałem w sztywnych i elastycznych elastycznych warstwach PCB. Ma doskonałą elastyczność, odporność na wysoką temperaturę i dobre właściwości izolacji elektrycznej. Folię poliimidową można łatwo laminować, trawić i sklejać z innymi warstwami PCB. Wytrzymują wielokrotne zginanie bez utraty swoich właściwości elektrycznych, dzięki czemu idealnie nadają się do elastycznych warstw.
E. Polimer ciekłokrystaliczny (LCP): LCP to wysokowydajny materiał termoplastyczny, który jest coraz częściej stosowany jako elastyczna warstwa w sztywnych i elastycznych płytkach drukowanych. Posiada doskonałe właściwości mechaniczne, w tym wysoką elastyczność, stabilność wymiarową i doskonałą odporność na ekstremalne temperatury. Folie LCP mają niską higroskopijność i nadają się do zastosowań w wilgotnym środowisku. Mają także dobrą odporność chemiczną i niską stałą dielektryczną, co zapewnia niezawodne działanie w trudnych warunkach.
F. Poliester (PET): Poliester, znany również jako politereftalan etylenu (PET), to lekki i ekonomiczny materiał stosowany w elastycznych warstwach sztywnych płytek drukowanych. Folia PET ma dobrą elastyczność, wysoką wytrzymałość na rozciąganie i doskonałą stabilność termiczną. Folie te charakteryzują się niską absorpcją wilgoci i dobrymi właściwościami elektroizolacyjnymi. PET jest często wybierany, gdy opłacalność i umiarkowane możliwości zginania są kluczowymi czynnikami przy projektowaniu płytek PCB.
G. Polieteroimid (PEI): PEI to wysokowydajny inżynieryjny termoplast stosowany na elastyczną warstwę miękkich i twardych płytek drukowanych. Posiada doskonałe właściwości mechaniczne, w tym wysoką elastyczność, stabilność wymiarową i odporność na ekstremalne temperatury. Folia PEI charakteryzuje się niską absorpcją wilgoci i dobrą odpornością chemiczną. Mają także wysoką wytrzymałość dielektryczną i właściwości elektroizolacyjne, dzięki czemu nadają się do wymagających zastosowań.
H. Polinaftalan etylenu (PEN): PEN to wysoce odporny na ciepło i elastyczny materiał stosowany na elastyczną warstwę sztywnych i elastycznych płytek PCB. Ma dobrą stabilność termiczną, niską absorpcję wilgoci i doskonałe właściwości mechaniczne. Folie PEN charakteryzują się dużą odpornością na promieniowanie UV i chemikalia. Mają także niską stałą dielektryczną i doskonałe właściwości izolacji elektrycznej. Folia PEN wytrzymuje wielokrotne zginanie i składanie bez wpływu na jej właściwości elektryczne.
I. Polidimetylosiloksan (PDMS): PDMS to elastyczny, elastyczny materiał stosowany na elastyczną warstwę miękkich i twardych połączonych PCB. Posiada doskonałe właściwości mechaniczne, w tym wysoką elastyczność, sprężystość i odporność na wielokrotne zginanie. Folie PDMS mają również dobrą stabilność termiczną i właściwości izolacji elektrycznej. PDMS jest powszechnie stosowany w zastosowaniach wymagających miękkich, rozciągliwych i wygodnych materiałów, takich jak elektronika do noszenia i urządzenia medyczne.
Każdy z tych materiałów ma swoje zalety, a wybór materiału z warstwą elastyczną zależy od konkretnych wymagań projektu PCB. Czynniki takie jak elastyczność, odporność na temperaturę, odporność na wilgoć, opłacalność i zdolność do zginania odgrywają ważną rolę w wyborze odpowiedniego materiału na elastyczną warstwę w sztywnie elastycznej płytce PCB. Dokładne uwzględnienie tych czynników zapewnia niezawodność, trwałość i wydajność PCB w różnych zastosowaniach i branżach.
4. Materiały klejące na sztywnych i elastycznych płytkach drukowanych:
Aby połączyć ze sobą sztywne i elastyczne warstwy, w sztywnych i elastycznych konstrukcjach PCB stosuje się materiały klejące. Te materiały wiążące zapewniają niezawodne połączenie elektryczne pomiędzy warstwami i zapewniają niezbędne wsparcie mechaniczne. Dwa powszechnie stosowane materiały wiążące to:
A. Żywica epoksydowa: Kleje na bazie żywicy epoksydowej są szeroko stosowane ze względu na ich wysoką siłę wiązania i doskonałe właściwości izolacji elektrycznej. Zapewniają dobrą stabilność termiczną i zwiększają ogólną sztywność płytki drukowanej.
B. Akryl: Kleje na bazie akrylu są preferowane w zastosowaniach, w których elastyczność i odporność na wilgoć mają kluczowe znaczenie. Kleje te mają dobrą siłę wiązania i krótszy czas utwardzania niż epoksydy.
C. Silikon: Kleje na bazie silikonu są powszechnie stosowane w płytach sztywnych i elastycznych ze względu na ich elastyczność, doskonałą stabilność termiczną oraz odporność na wilgoć i chemikalia. Kleje silikonowe wytrzymują szeroki zakres temperatur, dzięki czemu nadają się do zastosowań wymagających zarówno elastyczności, jak i odporności na wysoką temperaturę. Zapewniają efektywne połączenie warstw sztywnych i elastycznych przy zachowaniu wymaganych właściwości elektrycznych.
D. Poliuretan: Kleje poliuretanowe zapewniają równowagę elastyczności i siły wiązania w sztywnych i elastycznych płytkach drukowanych. Mają dobrą przyczepność do różnorodnych podłoży i zapewniają doskonałą odporność na chemikalia i zmiany temperatury. Kleje poliuretanowe pochłaniają również wibracje i zapewniają stabilność mechaniczną PCB. Są często używane w zastosowaniach wymagających elastyczności i wytrzymałości.
E. Żywica utwardzana promieniami UV: Żywica utwardzana promieniami UV to klej, który szybko utwardza się pod wpływem światła ultrafioletowego (UV). Zapewniają szybki czas wiązania i utwardzania, dzięki czemu nadają się do produkcji na dużą skalę. Żywice utwardzane promieniowaniem UV zapewniają doskonałą przyczepność do różnorodnych materiałów, w tym do podłoży sztywnych i elastycznych. Wykazują także doskonałą odporność chemiczną i właściwości elektryczne. Żywice utwardzane promieniowaniem UV są powszechnie stosowane do sztywnych i elastycznych płytek PCB, gdzie krytyczny jest szybki czas przetwarzania i niezawodne łączenie.
F. Klej wrażliwy na nacisk (PSA): PSA to materiał klejący, który tworzy wiązanie pod wpływem nacisku. Zapewniają wygodne i proste rozwiązanie w zakresie łączenia sztywnych i elastycznych płytek PCB. PSA zapewnia dobrą przyczepność do różnorodnych powierzchni, w tym podłoży sztywnych i elastycznych. Umożliwiają zmianę położenia podczas montażu i w razie potrzeby można je łatwo zdemontować. PSA oferuje również doskonałą elastyczność i spójność, dzięki czemu nadaje się do zastosowań wymagających gięcia i gięcia PCB.
Wniosek:
Sztywne, elastyczne płytki PCB stanowią integralną część nowoczesnych urządzeń elektronicznych, umożliwiając tworzenie złożonych projektów obwodów w kompaktowych i wszechstronnych obudowach. Dla inżynierów i projektantów, którzy chcą zoptymalizować wydajność i niezawodność produktów elektronicznych, niezwykle ważne jest zrozumienie materiałów użytych do ich konstrukcji. W tym artykule skupiono się na materiałach powszechnie stosowanych w konstrukcjach sztywnych i elastycznych płytek PCB, w tym na sztywnych i elastycznych warstwach oraz materiałach klejących. Biorąc pod uwagę takie czynniki, jak sztywność, elastyczność, odporność na ciepło i koszt, producenci elektroniki mogą wybrać odpowiednie materiały w oparciu o specyficzne wymagania aplikacji. Niezależnie od tego, czy jest to FR4 do warstw sztywnych, poliimid do warstw elastycznych czy żywica epoksydowa do klejenia, każdy materiał odgrywa rolę w zapewnieniu trwałości i funkcjonalności sztywnych, elastycznych płytek PCB w dzisiejszym przemyśle elektronicznym.
Czas publikacji: 16 września 2023 r
Z powrotem
