1-30 lagen rigid flex pcb fr4 _ polyimide materiaal enig hasl.png

Rigid-Flex PCB consumentenelektronica PCB

Rigid-Flex PCB consumentenelektronica PCB

Rigid-Flex PCB's vertegenwoordigen een revolutionaire vooruitgang in elektronisch ontwerp en combineren de voordelen van zowel rigide als flexibele circuits in één printplaat. Deze printplaten bestaan uit zowel rigide als flexibele lagen die met elkaar verbonden zijn, wat ongeëvenaarde veelzijdigheid en prestaties biedt voor toepassingen waar traditionele rigide of flexibele printplaten alleen tekortschieten.

Neem contact met ons op

productdetails

Rigid-Flex PCB's

1. Inleiding: De opkomst en waarde van rigide-flexibele PCB's

Te midden van de trend dat elektronische apparaten steeds miniaturiserender, lichter en multifunctioneeler worden, worden de beperkingen van traditionele rigide PCB's en flexibele FPC's steeds duidelijker. Rigide PCB's kunnen zich niet aanpassen aan complexe ruimtelijke lay-outs en dynamische buigvereisten, terwijl flexibele FPC's, ondanks hun flexibiliteit, onvoldoende componentdragende capaciteit en mechanische stabiliteit hebben. Rigid-Flex PCB's zijn ontwikkeld om deze tegenstrijdigheid aan te pakken. Door de structurele stabiliteit van rigide PCB's te integreren met de ruimtelijke aanpasbaarheid van flexibele FPC's, zijn ze een belangrijke technologie geworden voor het realiseren van complexe verbindingen in hoogwaardige elektronische apparaten.

Rigid-Flex PCB's integreren stijve en flexibele delen in één printplaat. Ze bieden niet alleen de stevige ondersteuning die nodig is voor het solderen van componenten, maar maken ook buig- en vouwverbindingen tussen verschillende interne modules van een apparaat mogelijk. Dit vermindert het gebruik van connectoren en kabelbomen aanzienlijk, wat de complexiteit van de assemblage en het risico op storingen verlaagt. Tegenwoordig worden ze veel gebruikt in consumentenelektronica, auto-elektronica, de lucht- en ruimtevaart, medische apparatuur en andere sectoren, en stimuleren ze innovatie en verbetering in het ontwerp van elektronische producten.

2. Structurele samenstelling en kerneigenschappen van rigide-flexibele PCB's

Structurele samenstelling

De structuur van een Rigid-Flex PCB is een organische integratie van stijve en flexibele onderdelen, voornamelijk samengesteld uit de volgende kerncomponenten:

Stijve regio'sGemaakt van traditionele, stijve PCB-substraten, zoals FR-4 epoxyglasdoeksubstraten, met een dikte die doorgaans varieert van 0,4 tot 2,0 mm. Dit gebied dient als de belangrijkste drager voor componenten (bijv. chips, connectoren, weerstanden, condensatoren) en biedt stabiele mechanische ondersteuning en goede warmteafvoer.
Flexibele regio's: Polyimide (PI) wordt gebruikt als kernsubstraat, met een dikte die doorgaans tussen 0,1 en 0,3 mm ligt. Koper wordt op het oppervlak gecoat om geleidende sporen te vormen. Flexibele delen kunnen herhaaldelijk worden gebogen, gevouwen of gedraaid, waardoor ze als een "brug" fungeren die verschillende stijve delen met elkaar verbindt. Hun buigradius kan meestal 5-10 keer hun eigen dikte bereiken (afhankelijk van het materiaal en het ontwerp).
Overgangsregio's: Het verbindingsdeel tussen stijve en flexibele delen. In het ontwerp moet een gradiëntovergangsstructuur worden toegepast om breuk door spanningsconcentratie te voorkomen. De koperfolie in het overgangsgebied wordt meestal versterkt, bijvoorbeeld door het toevoegen van een deklaag of door middel van een speciaal etsproces.
Geleidende interconnectielagen: Gemetalliseerde doorlopende gaten (PTH) worden gebruikt om elektrische verbindingen te maken tussen stijve en flexibele delen, en tussen verschillende lagen. Bij het ontwerp van doorlopende gaten moet rekening worden gehouden met de buigeigenschappen van flexibele delen om te voorkomen dat scheuren in de doorlopende gaten de geleidbaarheid beïnvloeden.
Beschermende lagen:Soldeermasker (groene olie) wordt gebruikt om stijve gedeelten te beschermen; flexibele gedeelten gebruiken een polyimide-afdekking of flexibel soldeermasker om sporen van oxidatie en mechanische schade te voorkomen en tegelijkertijd de flexibiliteit te behouden.

Kernkenmerken

Structurele compatibiliteit:Het kan zowel componenten dragen als zich aanpassen aan complexe ruimtelijke indelingen, waardoor 3D-stereo-routering mogelijk is en de ruimte in het apparaat aanzienlijk wordt verbeterd.

Verbeterde betrouwbaarheid:Het verminderen van het gebruik van connectoren en kabelbomen vermindert het risico op slijtage van de stekker en slecht contact. Bovendien zijn de trillings- en schokbestendige prestaties van flexibele zones beter dan die van traditionele kabelbomen.

Lichtgewicht en miniaturisatie:Vergeleken met de combinatie van "rigide PCB + connectoren + kabelbomen" kunnen de totale dikte en het gewicht met 30%-50% worden verminderd, waarmee wordt voldaan aan de eisen voor draagbare apparaten en precisie-instrumenten.

Ontwerpflexibiliteit:De vorm, positie en hoeveelheid stijve en flexibele gebieden kunnen worden aangepast aan de structuur van het apparaat, waardoor er meer mogelijkheden voor productontwerp ontstaan.

3. Classificatie van rigide-flexibele PCB's

Op basis van de structurele complexiteit, het aantal lagen en de kenmerken van flexibele gebieden kunnen Rigid-Flex PCB's hoofdzakelijk worden ingedeeld in de volgende typen:

Classificatie op basis van aantal lagen

Dubbellaagse rigide-flex PCB's: Bestaat uit twee geleidende lagen (boven en onder). De stijve delen maken gebruik van FR-4-substraten en de flexibele delen van PI-substraten. Met een relatief eenvoudige structuur en lage kosten zijn ze geschikt voor eenvoudige interconnectiescenario's met een gemiddeld tot laag vermogen, zoals cameramodules van mobiele telefoons en kleine sensoren.
Meerlaagse rigide-flexibele PCB's: Bevatten 3 of meer geleidende lagen, met stijve en flexibele substraten die afwisselend door laminering worden gecombineerd. Ze kunnen complexe signaalroutering en stroomdistributie realiseren en zijn geschikt voor geavanceerde elektronische apparaten zoals laptops en elektronische componenten voor de lucht- en ruimtevaart. Het aantal lagen varieert meestal van 4 tot 12 en kan in speciale gevallen oplopen tot meer dan 20.

Classificatie op basis van kenmerken van flexibele regio's

Enkelsegment flexibele rigid-flex PCB's:Bevatten slechts één flexibel segment dat twee stijve delen verbindt, zoals de printplaat die de wijzerplaat en de bandsensor in slimme horloges verbindt.
Multi-segment flexibele rigid-flex PCB's:Bevatten meerdere flexibele segmenten, waardoor complexe verbindingen tussen meerdere stijve gebieden mogelijk zijn, zoals de meerlaagse stijve-flex PCB die het scherm, het moederbord en de batterij in opvouwbare telefoons verbindt.
Opvouwbare rigid-flex PCB'sDe flexibele gedeeltes zijn speciaal ontworpen om duizenden vouwen te weerstaan zonder dat ze beschadigd raken. Ze dienen als kerncomponenten in telefoons met opvouwbaar scherm en draagbare apparaten.

4. Productieproces van rigid-flex PCB's

Het productieproces van Rigid-Flex PCB's integreert de proceskenmerken van rigide PCB's en flexibele FPC's, met een complexere flow. De belangrijkste stappen zijn:

Substraatvoorbereiding: Bereid stijve substraten (FR-4) en flexibele substraten (PI) apart voor en snijd ze in de juiste maten volgens de ontwerpvereisten. Flexibele substraten moeten worden gereinigd en opgeruwd om de hechting met lijm te verbeteren.
Fabricage van de binnenste laag: Voer fotolithografie en etsen uit op de binnenste koperfolie van stijve en flexibele substraten om geleidende patronen te vormen. Een tijdelijke steunfolie moet op het oppervlak van flexibele binnenlagen worden bevestigd om vervorming tijdens de verdere verwerking te voorkomen.
Lamineringsmontage: Stapel afwisselend stijve substraten, flexibele substraten en prepreg (PP) volgens de ontworpen lamineerstructuur en plaats ze in een lamineermachine om ze onder hoge temperatuur en druk te persen. Het persproces vereist een nauwkeurige controle van de temperatuur (180-220 °C), druk (20-40 kg/cm²) en tijd (60-90 min) om een stevige hechting van alle lagen te garanderen zonder de flexibele delen te beschadigen.
Boren en metalliseren: Gebruik laser- of mechanische boorapparatuur om doorlopende gaten in de printplaat te boren en metalliseer de doorlopende gaten vervolgens door middel van chemisch koperplating en elektrolytisch koperplating om elektrische verbindingen tussen de lagen te maken. Doorlopende gaten in flexibele gedeelten moeten worden versterkt, bijvoorbeeld door harsvulling of het toevoegen van koperen ringen.
Fabricage van de buitenste laag: Breng fotoresist aan op de buitenste koperfolie en belicht, ontwikkel en ets vervolgens om geleidende patronen aan de buitenkant te vormen. Verwijder vervolgens de fotoresist.
Beschermende laag coating: Breng een soldeermasker aan op de stijve gedeelten en laat het uitharden. Breng een polyimide-afdekking aan of breng een flexibel soldeermasker aan op de flexibele gedeelten en breng een verbinding tot stand door middel van heet persen of UV-uitharding.
Vormverwerking: Gebruik CNC-pons- of lasersnijapparatuur om de printplaat in de gewenste vorm te bewerken, stijve en flexibele delen te scheiden en de randen te polijsten.
Testen en inspectie: Voer elektrische prestatietests (zoals continuïteits-, isolatie- en impedantietests) en mechanische prestatietests (zoals buiglevensduurtests van flexibele gedeelten) uit en controleer op circuitdefecten en de uiterlijke kwaliteit via AOI (Automated Optical Inspection).

5. Toepassingsgebieden van rigid-flex PCB's

Dankzij hun unieke structurele voordelen worden Rigid-Flex PCB's veelvuldig gebruikt in diverse high-end sectoren:

Consumentenelektronica

Het is de grootste toepassingsmarkt voor Rigid-Flex PCB's. In telefoons met opvouwbaar scherm verbinden ze het binnenscherm, het buitenscherm, het moederbord en de batterij om signaaloverdracht te realiseren wanneer het scherm is opgevouwen; in laptops worden ze gebruikt om het toetsenbord, het touchpad en het moederbord te verbinden, waardoor interne bedrading wordt verminderd; in smartwatches en VR/AR-apparaten kunnen hun lichte en flexibele eigenschappen zich aanpassen aan de compacte ruimte en de behoeften van draagbare apparaten aan het menselijk lichaam.

Auto-elektronica

De intelligentie en elektrificatie van auto's hebben de toepassing van Rigid-Flex PCB's bevorderd. In infotainmentsystemen in voertuigen verbinden ze displays, audiosystemen en besturingsmodules; in sensoren voor autonoom rijden (zoals lidar en camera's) realiseren ze complexe signaalverbindingen; in batterijbeheersystemen (BMS) van elektrische voertuigen kunnen ze zich aanpassen aan de onregelmatige vorm van accupakketten, waardoor de ruimtebenutting en warmteafvoer worden verbeterd. Hun trillingsdempende eigenschappen kunnen ook voldoen aan de mechanische omgevingseisen tijdens het gebruik van het voertuig.

Lucht- en ruimtevaart en defensie

In de lucht- en ruimtevaartsector zijn Rigid-Flex PCB's favoriet vanwege hun lichte gewicht, hoge betrouwbaarheid en bestendigheid tegen zware omstandigheden. Ze worden gebruikt in vliegtuigelektronica (zoals navigatie- en communicatieapparatuur), satellietladingmodules en raketgeleidingssystemen. Ze kunnen complexe circuitverbindingen realiseren in beperkte ruimtes en zijn bestand tegen extreme temperaturen (-55 °C tot 125 °C), trillingen en straling.

Medische hulpmiddelen

In medische apparatuur concentreren Rigid-Flex PCB's zich voornamelijk in draagbare en implanteerbare apparaten. Zo kunnen ze in echografiesondes de gebogen structuur van de sonde aanpassen om meerkanaals signaaloverdracht te realiseren; in implanteerbare apparaten zoals insulinepompen en pacemakers voldoen hun biocompatibiliteit (met behulp van medische PI-substraten) en miniaturisatie-eigenschappen aan de eisen voor in-vivo gebruik.

Industrieel en IoT

Bij industriële robots worden Rigid-Flex PCB's gebruikt om sensoren en controllers op robotarmen te verbinden, zodat ze zich kunnen aanpassen aan de flexibele bewegingen van de armen. Bij slimme IoT-sensorknooppunten kunnen de miniaturisatie en het energiezuinige ontwerp de flexibiliteit van de inzet en de batterijduur van sensoren verbeteren.

Geïnteresseerd?

Vertel ons meer over uw project.

VRAAG EEN OFFERTE AAN