Leiterplatte Blog - Einfachere Herstellung von Leiterplatten und Senkung der Verarbeitungskosten

Starr-Flex Leiterplatte sind keine gewöhnliche Leiterplatte. Der Prozess, dünne Schichten flexibler und starrer Substrate zu einem einzigen Bauteil zu kombinieren, birgt einzigartige Herausforderungen und Chancen. Wenn Designer anfingen, starre Leiterplatten zu entwerfen, Sie fanden heraus, dass das meiste, was sie zuvor über PCB-Design gelernt hatten, problematisch war. Was sie entwerfen, ist kein zweidimensionaler ebener Boden mehr, aber eine dreidimensionale Innenverbindung, die gebogen und gefaltet werden kann. Ich wage zu sagen, Dies wird eine leistungsfähigere Leiterplatte sein. Designer von Rigid-Flex-Leiterplatten ersetzen Verbund-Leiterplatten durch mehrere Steckverbinder, Kabel und Flachbandkabel mit einer einzigen Komponente für mehr Leistung und Stabilität. Sie beschränkten den Umfang des Designs auf ein einziges Bauteil, Biege- und Falzlinien wie ein Stapel Papierschwäne zur Optimierung des verfügbaren Platzes. Allgemeiner Begriff wörtlich, "Flex Circuit" fühlt sich an wie ein Ersatz für mehrverdrahtete Flachbandkabel. Auf dem flexiblen flachen Substrat befinden sich die Schaltungsschichten, die Ende-zu-Ende miteinander verbunden sind. Diese Verbindung wird häufig zwischen Druckkopf und Steuerplatine eines Tintenstrahldruckers gesehen. Terminologie für flexible Schaltkreise, Diese kontinuierliche Flexibilität wird als "dynamic flex" bezeichnet.. In dynamischen Flex-Anwendungen, flex circuits are often (but not limited to) single-sided, um hohe Leistung und hohe Zuverlässigkeit zu erreichen. Flex-Schaltungen werden für Verbindungen zwischen verschiedenen Teilsystemen verwendet, z. B. Anschluss von Druckköpfen an Steuerplatinen.

Während des Lebenszyklus eines Flexkreises muss er gebogen, gefaltet und mit wenig Durchbiegung montiert werden, was "flex-to-install" genannt wird. Flexible Installationen sind in einer Vielzahl von Konfigurationen verfügbar, von einlagig bis mehrschichtig, je nach Anforderung der Anwendung. Die begrenzte Biegung während der Lebensdauer ist gut, um die Belastung des Leiters zu begrenzen und mehr Schichten herzustellen. Bei Flexinstallationen, bei denen einseitige Bauteilinstallationen erforderlich sind, besteht die Strategie darin, starre Materialien in den Flexkreislauf zu positionieren und zu laminieren, um bestimmte Bereiche zu verstärken. Diese Art des Flex-Schaltungsdesigns wird als "starrer Flex" bezeichnet. Starre Materialien (typischerweise FR4) enthalten keine Leiter und werden hauptsächlich zur Verstärkung der Basis oder Anschlussfläche eines Bauteils verwendet. Starr-Flex-Platinen haben die Vorteile flexibler Schaltungen und starrer Materialien, aber die Kosten sind höher; Rigid-Flex Boards können als Ersatz für Rigid-Flex Boards verwendet werden. Starre Materialien müssen nicht geätzt oder plattiert werden, sondern nur gebohrt und als Linien hinzugefügt werden, was die PCB-Bearbeitungszeit reduziert. Wenn während der Flexinstallation eine doppelseitige Modulinstallation erforderlich ist oder Sie ultradünne Leiterplatten benötigen, kann eine Rigid-Flex-Platine eine praktikable Lösung sein. Die Rigid-Flex-Platine hat sowohl eine starre Schicht als auch eine flexible Schicht und ist eine mehrschichtige Leiterplatte. Eine typische (vierlagige) Starrflex-Leiterplatte hat einen Polyimidkern, der auf der Ober- und Unterseite mit Kupferfolie bedeckt ist. Die äußeren starren Schichten bestehen aus einseitigem FR4, die in beide Seiten des Flexkerns laminiert sind, um eine mehrschichtige Leiterplatte zu montieren. Starr-Flex-Platten sind weit verbreitet, aber aufgrund der gemischten Verwendung verschiedener Materialien und mehrerer Produktionsschritte ist die Bearbeitungszeit von Starr-Flex-Platten länger und die Produktionskosten sind höher. Bei der Herstellung von mehrlagigen Rigid-Flex-Boards unterscheidet sich die Verarbeitung der Flexschicht sehr von der äußeren FR4-Schicht. Die Schichten aus verschiedenen Materialien müssen durch Laminieren zusammengeführt, gebohrt und galvanisch beschichtet werden. Daher kann es 5- bis 7-mal länger dauern, eine typische vierschichtige starre Leiterplatte herzustellen, als eine standardmäßige vierschichtige starre Leiterplatte herzustellen

Application of rigid-flex board
Rigid-flex boards are commonly found in consumer electronics such as digital cameras, Camcorder, und MP3-Player. Es kann auch in High-End-Waffennavigationssystemen für Flugzeuge verwendet werden. Nach meinen Recherchen, Starrflex-Platten werden häufig bei der Herstellung von Militärflugzeugen und medizinischer Ausrüstung verwendet. Starr-Flex-Platten bringen enorme Vorteile für das Design von Militärflugzeugen, da sie das Gewicht reduzieren und gleichzeitig die Verbindungssicherheit erhöhen. Natürlich, die Vorteile der insgesamt kleineren Größe können nicht ignoriert werden. Implantierbare medizinische Geräte wie Herzschrittmacher und Cochlea-Implantate profitieren auch von der Fähigkeit des Rigid-Flex Boards, sich in engen Räumen zu biegen und zu falten, sowie seine erheblich verbesserte Zuverlässigkeit. Sie können sich genauso gut vorstellen, wie es wäre, wenn der Herzschrittmacher nicht funktionieren würde, weil der Draht zur Batterie abgerissen wäre. Mit dem Rigid-Flex Board, Die Batterie kann direkt mit der Schaltungsschicht verbunden werden und kann überall in der Baugruppe installiert werden.

Application example of rigid-flex board
Designers in rigid-flex applications rely on rigid-flex as the way to achieve product goals. Sie können starre Designs als Prototypen verwenden, um ihre Konstruktionskonzepte zu testen, bevor sie neue Produkte mit starren Flex-Boards erstellen. Das Infrarotsystem wird an einem Mikroluftfahrzeug oder unbemannten Flugzeug installiert, Das System muss den Überwachungsbereich einer 5-Kubikzoll-Digitalkamera mit einer Nutzlast von höchstens 3 Unzen abdecken. Das ist, unter Beibehaltung des ursprünglichen Niveaus an Funktionalität und Zuverlässigkeit, Der Raum wird um 50% reduziert und das Gewicht um 95%. Die Herausforderung bestand darin, das Gesamtgewicht von 3 Pfund auf unter 3 Unzen zu reduzieren. Die Lösung ist, die starre Leiterplatte Montage durch mehrere Steckverbinder verbunden und auf Rigid-Flex-Boards umschalten. Ich traf Jeff früh im Designprozess, Und obwohl dies sein erstes Mal war, dass er ein Rigid-Flex Board verwendete, Er hat es bei jedem Schritt des Weges richtig gemacht. Während des Produktionsprozesses, Er hat das PCB-Design-Projekt an einen erfahrenen Rigid-Flex-Anwendungsdesigner ausgelagert, und beteiligte Leiterplattenhersteller frühzeitig am Prozess. Die Behörde sagte: "Obwohl die Kosten für Rigid-Flex-Board teurer sind als herkömmliche Rigid-Board, es bietet eine ideale Lösung für dieses Projekt. Wir verwenden die Verbindung von flexiblen Substraten anstelle von Geräten mehrerer Leiterplattes. , Das ist der Schlüssel zur Reduzierung von Platz und Gewicht, was genau das ist, was wir brauchen.â€'Da das Rigid-Flex Board flexibel und faltbar ist, Es kann verwendet werden, um benutzerdefinierte Schaltungen zu machen, Optimale Nutzung des vorhandenen Innenraums. Jeff nutzte dies und reduzierte den Platz des gesamten Systems. Da dieses Design nicht in Serie produziert wird, der Nutzen überwiegt die Kosten im Vergleich, trotz der höheren Produktionskosten.

Bei der Konstruktion eines Starrflex-Panels müssen die Eigenschaften des Herstellungsprozesses und die Vielfalt der verwendeten Materialien berücksichtigt werden. Designer können nicht einfach die typischen Arten von Leiterbahnen erstellen, die auf einer vierlagigen starren Leiterplatte verwendet werden und erwarten die gleichen Ergebnisse wie eine starre Leiterplatte. Denn die sterische Stabilität von Polyimid ist mehr als 3-mal schlechter als die von FR4. Ist das Kupfer weggeätzt, schrumpft das flexible Material erheblich. Die meisten Hersteller verstehen diese Eigenschaft des Materials und schätzen sie genau ein. Wenn die Leiterplatte also in den Bearbeitungsprozess geht (Bohren und Hinzufügen als Spuren), versuchen sie, die Platine so nah wie möglich an Maßtoleranzen zu bringen. Wenn der Konstrukteur mögliche Fertigungsprobleme nicht berücksichtigt, ist es wahrscheinlich, dass dies erst in dem Moment realisiert wird, in dem das Design aktualisiert werden muss, um dem speziellen Bearbeitungsprozess des Herstellers gerecht zu werden. Um die gewünschten Ergebnisse zu erzielen, sollten Sie Tränentropfen zu allen Spur-zu-Pad- und Spur-zu-Spur-Verbindungen hinzufügen, indem Sie die Größe des überzogenen Rings auf der Flexschicht maximieren. Wenn eine flexible innere Schicht verwendet werden soll, um Bereiche einer starren Schaltung zu verbinden, muss sorgfältig überlegt werden, wie die schwimmenden starren Bereiche der Platine während der Herstellung unterstützt werden können, da Bereiche der starren Schicht entfernt werden, um die darunterliegende flexible Schicht freizulegen. Das Entfernen von zu viel starrem Material kann die Platte jedoch zerbrechlich machen. Normalerweise stanzen wir die Flexschicht, da das Stanzen für dünnes Polyimid besser geeignet ist. Bereiche auf der Flexschicht können auch entfernt werden, um den Kontakt mit den Routingpunkten in der endgültigen Routing zu verringern. Diese "No-Layer"-Bereiche müssen im Entwurfswerkzeug berücksichtigt werden, und das Design muss möglicherweise ohne Fräsen und/oder komponentenfreie Bereiche platzieren, um zu verhindern, dass einige Komponenten oder Linien über die Kanten starrer Bereiche hängen.

Designempfehlungen Da Flexschaltungen gebogen und gefaltet werden können, Vermeiden Sie die Bildung schlechter Spuren, die die Wahrscheinlichkeit erhöhen, dass Leiter aufbrechen. Hier sind ein paar Vorschläge zur Reduzierung der Leiterspannung im Biegebereich: Weg durch den Biegebereich senkrecht zur Biegeachse; Fasen halten, Breitenänderungen, und Durchgänge außerhalb des Biegebereichs; Verwenden Sie ein Gitter aus Kupfer anstelle von festem Kupfer; Side-by-Side-Routing über benachbarte Ebenen, "I-Beaming"; und viele ähnliche Vorschläge rund um das Design von Flex-Schaltungen, zu viele, um hier aufzulisten. Weitere Details und Design-Highlights finden Sie in den offenen Publikationen unter Empfohlene Lektüre. Schlussfolgerung Die Meinungen einiger Hersteller, Die meisten von ihnen schlagen vor, dass Kunden Rigid-Flex-Boards aufgeben und zu Rigid-Flex-Boards wechseln, weil erstere die Produktionskosten von Leiterplattes und kann die Preisanforderungen der Kunden nicht erfüllen. Einer der wichtigsten Schritte zur Serienfertigung von Rigid-Flex-Platten ist die frühzeitige Einbindung der Hersteller in die Produktion. Zur gleichen Zeit, Wir glauben: "Die drei Hauptfaktoren, die die Kosten für Rigid-Flex-Boards steigen lassen, sind Rohstoffe, Nutzung der Platine, und Ertrag. Wenn wir mit Designern am Anfang des Projekts zusammenarbeiten können, Wir können ihnen helfen, kostengünstiges Design zu erzielen und einige kostspielige Fehler zu vermeiden."Bei der Auswahl eines Lieferanten von Flex und/oder starr-flex, Werfen Sie einen Blick auf die Anzahl der Großprojekte in diesem Bereich. Verschaffen Sie sich eine Vorstellung von ihrem durchschnittlichen Qualifikationsniveau, um festzustellen, auf welchem Qualifikationsniveau sich die meisten ihrer Boards befinden. Die Boards, die Sie entwerfen, sollten im Mittelbereich und nicht im High End ihrer Verarbeitungsmöglichkeiten liegen., Dies gilt insbesondere für die Auswahl von Rigid-Flex-Boards. Ein ideales Rigid-Flex Board Design Evaluation Team sollte aus Mechanikern und Elektronikern bestehen, Leiterplatte Designer und Leiterplatte Verfahrenstechniker. Maschinenbauingenieure verstehen die mechanischen Einschränkungen in Systemkomponenten. Die Leiterplatte Verfahrenstechniker im Team kann den Sturzwechsel und die Zugabe von Bewehrungsmaterialien untersuchen, etc., um die tatsächliche Anzahl der Platten und die Produktionskosten zu ändern. Denken Sie daran, dass die Kosten pro Leiterplatte ist umgekehrt proportional zur Anzahl der Bilder auf dem Board. Wenn eine Starrflex-Leiterplatte wie eine mehrbeinige Spinne aussieht und sich nicht gut auf der Platine nistet, die Kosten pro Bauteil steigen deutlich. Wenn es beschlossen wird, starr-flex-Board zu verwenden, um Leiterplatte, dann sollte der Designer flexibler im Denken sein, um die Massenproduktion zu verbessern und Investitionen zu reduzieren.