Гибкие печатные платы (ГПП)

I. Основная концепция: что это?

Гибкая печатная плата (FPC), часто называемая просто мягкой платой, — это тип печатной платы, изготовленной из гибкой подложки (например, полиимида (PI) или полиэстера (PET). Она лёгкая, тонкая, гнётся и складная, что позволяет осуществлять трёхмерную разводку и адаптироваться к монтажным пространствам, которые труднодоступны для обычных жёстких плат.

II. Основные характеристики
Преимущества:

Исключительная гибкость: это её основное преимущество. Она выдерживает миллионы динамических изгибов и подходит для соединений, требующих многократного изгибания.

Лёгкая, тонкая и компактная: FPC значительно тоньше жёстких печатных плат, что позволяет эффективно экономить пространство и миниатюризировать и утончать электронные устройства.

Отличная пространственная адаптируемость: FPC можно свободно сгибать, сворачивать и складывать для создания различных сложных внутренних структур, что обеспечивает интегрированную сборку компонентов и подключение проводов.

Высокая надёжность: Интегрированное соединение снижает вероятность плохого контакта между разъёмами, используемыми на традиционных жёстких платах.

Трёхмерная разводка: Проектировщики могут прокладывать провода в плоскостях X, Y и Z, что значительно расширяет свободу проектирования.

Недостатки:

Более высокая стоимость: Стоимость как исходного материала, так и производственного процесса выше, чем у стандартных жёстких плат FR-4.

Сложность производства и сборки: Гибкость гибких печатных плат затрудняет выравнивание, крепление и пайку по сравнению с жёсткими платами в процессе производства и сборки.

Сложное начальное проектирование: Необходимо тщательно учитывать такие факторы, как радиус изгиба, концентрация напряжений и расположение ребер жёсткости, что приводит к высоким требованиям к проектированию.

Подверженность повреждениям: Тонкие и гибкие гибкие печатные платы делают их более подверженными царапинам и разрывам при транспортировке и обработке.

III. Базовая структура
Структура гибких печатных плат может различаться в зависимости от области применения, и основными типами являются:

Однослойные гибкие печатные платы:

Простейшая структура, состоящая только из одного слоя токопроводящих дорожек (медной фольги) и подложки.

Это самая низкая стоимость, используемая для простого динамического изгиба или для экономии пространства. Применение.

Двухслойная гибкая печатная плата (FPC):

Токопроводящие дорожки расположены с обеих сторон и соединены металлизированными переходными отверстиями.

Это обеспечивает более сложные возможности трассировки.

Многослойная гибкая печатная плата (FPC):

Три или более слоев односторонних или двухсторонних гибких плат ламинируются вместе, а переходные отверстия используются для соединения слоев.

Платы такого типа могут реализовывать чрезвычайно сложные функции, но также отличаются высокой стоимостью и сложностью производства.

Гибко-жёсткая печатная плата (Rigid-Flex PCB):

Гибкие и жёсткие платы ламинируются вместе.

Жёсткая область позволяет размещать плотно упакованные компоненты, требующие поддержки, а гибкая область обеспечивает соединения и изгиб.

Эта плата сочетает в себе преимущества обоих типов, что делает её распространённым выбором для высокопроизводительных электронных устройств (таких как высокопроизводительные мобильные телефоны и камеры).

IV. Основные конструктивные особенности

Минимальный радиус изгиба: Это самый важный параметр. Радиус изгиба не должен быть меньше указанного значения, иначе это приведёт к разрыву цепи. Динамический изгиб (многократный изгиб) обычно требует меньшего радиуса изгиба, чем статический изгиб (фиксированная форма после установки).

Практическое правило: для динамического изгиба минимальный радиус изгиба обычно составляет 10 толщин платы; для статического изгиба он может быть в 5 раз толщин платы.

Трасса проводника: в местах изгиба проводники следует прокладывать перпендикулярно направлению изгиба, чтобы избежать концентрации напряжений.

Использование ребра жесткости: жесткий материал (например, FR-4, нержавеющая сталь или PI) крепится к областям, где требуются компоненты, разъемы или локальная поддержка. Это называется ребром жесткости.

Защитная пленка: гибкие печатные платы (FPC) обычно используют гибкую защитную пленку вместо паяльной маски, используемой на жестких платах для изоляции и защиты цепи.

V. Основные области применения
FPC используются практически во всех современных электронных устройствах, которые стремятся быть легкими, тонкими, короткими и компактными:

Смартфоны: это крупнейший рынок применения FPC.

Подключение дисплеев: подключение Материнская плата и дисплей (например, шлейфы для OLED-дисплеев).

Модули камеры: соединяют материнскую плату, фронтальную и заднюю камеры.

Боковые кнопки/кнопки регулировки громкости: соединяют боковые кнопки.

Модули распознавания отпечатков пальцев: соединяют сканер отпечатков пальцев, расположенный под экраном или сбоку.

Складные телефоны: внутренние соединения в их шарнирах полностью основаны на многослойных или жестко-гибких печатных платах.

Бытовая электроника:

Ноутбуки: соединяют материнскую плату с дисплеем, сенсорной панелью, клавиатурой и т. д.

Цифровые камеры: обеспечивают подключение для зума объектива, поворотных экранов и других функций в ограниченном пространстве.

Носимые устройства: изогнутые конструкции, такие как умные часы и браслеты, требуют использования гибких печатных плат.

Автомобильная электроника:

Используется в автомобильных дисплеях, GPS-антеннах, датчиках, элементах управления сиденьями и т. д., адаптируясь к сложным, неплоским пространствам внутри автомобиля.

Медицина Оборудование:

Слуховые аппараты, кардиостимуляторы, эндоскопы и т. д., где используются его гибкость и биосовместимость.

Промышленность и военная сфера:

Проводка в сочленениях роботов, а также снижение веса и повышение надежности соединений в аэрокосмическом оборудовании.

VI. Сравнение с жёсткими печатными платами (FR-4) и алюминиевыми подложками