مهندسان به طور مداوم با یک عمل متعادل کننده سخت در طراحی الکترونیک مدرن روبرو هستند. شما باید مدارهای پیچیده تر را در فضاهای فیزیکی در حال کوچک شدن قرار دهید. مصرف کنندگان هر سال انتظار دارند که گجت های سبک تر، سریع تر و کوچکتر باشد. این تقاضای شدید محدودیت های فیزیکی تخته های سفت و سخت استاندارد را از بین می برد. متعادل کردن تراکم اجزای بالاتر در برابر محدودیتهای فضایی سخت اغلب تیمها را به کاوش مدارهای انعطافپذیر سوق میدهد. با این حال، انتخاب بین یک لایه تک لایه یا دو لایه، چالش های مکانیکی منحصر به فردی را به همراه دارد. همچنین آستانه های بودجه ای سختی را معرفی می کند. اشتباه حدس بزنید، و در معرض خطر شکست زودهنگام انعطافپذیری یا جدول زمانی پروژه قرار میگیرید.
ما این چارچوب واضح و مبتنی بر شواهد را ایجاد کردیم تا به شما کمک کنیم در این مبادلات طراحی پیمایش کنید. دقیقاً یاد خواهید گرفت که چه زمانی یک تخته فلکس ساده یک طرفه کافی است. ما همچنین نشان میدهیم که چه زمانی پروژه شما نیاز به ارتقا به یک قوی دارد برد مدار انعطاف پذیر دو طرفه . در پایان، می توانید تصمیمات مطمئن و آماده برای چیدمان برای چرخه محصول بعدی خود بگیرید.
خوراکی های کلیدی
FPC های یک طرفه استاندارد صنعتی برای خمش دینامیکی چرخه بالا و محدودیت های فضای شدید هستند که کمترین هزینه و بالاترین بازده را ارائه می دهند.
یک برد مدار انعطاف پذیر دو طرفه زمانی اجباری می شود که طراحی ها به مسیریابی متقاطع، سطوح زمین/قدرت یا محافظ نیاز داشته باشند، با وجود کاهش خمش پذیری دینامیکی.
انتقال از یک به دو طرفه، سوراخهای آبکاری شده (PTH) را معرفی میکند که پیچیدگی تولید، زمانهای تولید و هزینههای واحد را به طور متوسط 30 تا 50 درصد افزایش میدهد.
مونتاژ کامپوننت (PCBA) در FPC های دو طرفه اغلب نیاز به سفت کننده های سفارشی و وسایل تخصصی دارد که بر زمان بندی کل پروژه تاثیر می گذارد.
درک پایه ساختاری
قبل از مقایسه قابلیت ها، باید به وضوح نحوه ساخت این مدارها توسط کارخانه ها را مشخص کنیم. شما احتمالاً مفاهیم اولیه PCB سفت و سخت را قبلاً درک کرده اید. تخته های سفت و سخت به هسته های فایبرگلاس ضخیم متکی هستند. لایه های انعطاف پذیر در طول لمینیت حرارتی کاملاً متفاوت واکنش نشان می دهند. مواد تحت تنش حرارتی منحصر به فرد رفتار می کنند.
معماری یک طرفه
استک آپ استاندارد یک طرفه بسیار ساده است. دقیقاً از یک لایه پایه پلی آمید تشکیل شده است. تولید کنندگان یک لایه رسانای مسی را مستقیماً روی آن قرار می دهند. در نهایت، یک پوشش محافظ مدار در معرض را آب بندی می کند. پوشش بسیار شبیه یک ماسک لحیم کاری سنتی عمل می کند. این ساختار حداقلی یک نمایه فیزیکی فوق العاده نازک ایجاد می کند. این امکان انعطاف مکانیکی تقریباً بیمانع را فراهم میکند. در فضاهای بسیار تنگ عملکرد زیبایی دارد. مهندسان این سادگی را برای محفظه های محکم محصول دوست دارند. به ندرت با مقاومت مکانیکی این بستر نازک مواجه می شوید.
معماری FPC دو طرفه
افزودن یک لایه رسانای دوم، خواص فیزیکی را به طور کامل تغییر می دهد. الف FPC دو طرفه دارای آثار مسی در دو طرف هسته مرکزی پلیآمید است. این طرحهای پیچیده به سوراخهایی از طریق آبکاری (PTH) نیاز دارند. Micro-Vias لایه های بالا و پایین را به صورت الکتریکی متصل می کند. این معماری به طور قابل توجهی ضخامت کلی تخته را افزایش می دهد. مس اضافی سفتی پایه را معرفی می کند. لایه های چسب داخلی تخته را بیشتر سفت می کند. رفتار آن اساساً متفاوت از همتای یک طرفه خود است. شما نمی توانید آنها را به طور یکسان در مجموعه های مکانیکی رفتار کنید.
ابعاد ارزیابی هسته: محدودیت های مکانیکی در مقابل چگالی چیدمان
انتخاب تخته مناسب به معنای سنجیدن محدودیت های مکانیکی در برابر نیازهای الکتریکی است. شما نمی توانید هر دو عامل را به طور همزمان به حداکثر برسانید. یک پارامتر همیشه دیگری را به خطر می اندازد.
خم شدن و طول عمر انعطاف پذیر (محدودیت های مکانیکی)
حرکت مداوم به مواد کامپوزیت به شدت فشار می آورد. ما انعطاف پذیری سخت افزار را به دو نوع فیزیکی مجزا طبقه بندی می کنیم.
خم شدن دینامیک: برد در طول عملیات فعال به طور مداوم خم می شود. تخته های یک طرفه به خوبی با این استرس مقابله می کنند. هدهای چاپگرهای تجاری به شدت به آنها متکی هستند. لولاهای لپ تاپ از آن ها برای میلیون ها باز شدن صفحه استفاده می کنند. پروفیل بسیار نازک از خستگی مواد در طول زمان جلوگیری می کند.
خم شدن استاتیک: برد فقط یک یا دو بار در طول نصب اولیه خم می شود. یک برد مدار انعطاف پذیر دو طرفه در اینجا عالی است. این برنامه های کم چرخه و استاتیک را به زیبایی مدیریت می کند. آن را با خیال راحت در جای خود تا کنید و به حال خود رها کنید.
دوبرابر کردن لایه های مسی به طور تصاعدی حداقل شعاع خمش ایمن شما را افزایش می دهد. فشار دادن یک تخته دو لایه بیش از حد خود باعث شکستگی مس فوری می شود. شما در خطر از بین بردن کامل مسیرهای الکتریکی داخلی هستید.
تراکم مسیریابی و یکپارچگی سیگنال (دیدگاه طرح بندی EDA)
مدارهای پیچیده مدرن به استراتژی های مسیریابی بسیار خلاقانه نیاز دارند. تخته های یک طرفه خیلی سریع به حد فیزیکی سختی برخورد می کنند. شما نمی توانید ردیابی متقاطع را روی یک لایه فیزیکی واحد اجرا کنید. مسیریابی برای پین اوت های ریزتراشه بسیار متراکم کاملاً غیرممکن می شود. در نهایت فضای فیزیکی شما تمام می شود.
الف برد مدار انعطاف پذیر دو طرفه این کابوس مسیریابی را به طور کامل حل می کند. این امکان را برای مدیریت یکپارچگی سیگنال در هر دو طرف فراهم می کند. شما می توانید هواپیماهای داخلی اختصاصی زمینی را طراحی کنید. شما می توانید محافظ EMI دقیق را بر روی ردیابی های حساس پیاده سازی کنید. انتقال داده با سرعت بالا را بسیار قابل اعتماد می کند. شما مسائل مربوط به تراکم ردیابی را به طور کامل حذف می کنید.
ماتریس ویژگی
FPC یک طرفه
FPC دو طرفه
طول عمر پویا فلکس
بسیار زیاد (میلیون ها چرخه)
کم تا متوسط (استاتیک ترجیح داده می شود)
تراکم مسیریابی
کم (کراس اوور مجاز نیست)
بالا (Crossovers به صورت رایگان فعال شده است)
مدیریت یکپارچگی سیگنال
پایه (بدون محافظ)
پیشرفته (هواپیماهای زمینی، محافظ EMI)
حداقل شعاع خمش
بسیار محکم (بسیار انعطاف پذیر)
به شعاع ایمن بزرگتر نیاز دارد
هزینه ابزارآلات و ساخت
بسیار مقرون به صرفه
حق بیمه به طور قابل توجهی بالاتر
محرک های هزینه ساخت و مونتاژ
حرکت از یک لایه به دو لایه، کل فرآیند تولید کارخانه را متحول می کند. شما با پیچیدگی های ساخت کاملاً جدیدی روبرو هستید. هزینه های ساخت واحد به میزان قابل توجهی به سمت بالا تغییر می کند. ما باید به طور منطقی این واقعیت های تولیدی را بررسی کنیم.
پیچیدگی های ساخت (بازده و هزینه)
تخته های دو طرفه باعث افزایش هزینه های کارخانه می شوند. تولیدکنندگان باید حفاری لیزری دقیقی را برای گذرگاههای میکروسکوپی انجام دهند. مته های مکانیکی به سادگی نمی توانند زیرلایه های انعطاف پذیر نازک را به طور دقیق اداره کنند. آنها همچنین باید فرآیندهای پیچیده آبکاری مس (PTH) را اجرا کنند. کارخانه به تلورانس های ثبت لایه بسیار محکم تری نیاز دارد.
این مراحل اضافی به طور مستقیم احتمال نقص های فیزیکی تصادفی را افزایش می دهد. لمینیت چند لایه به طور طبیعی بازده کلی تولید را کاهش می دهد. در تضاد دقیق، تخته های یک طرفه بازده تولید تقریباً عالی دارند. سادگی پایه آنها هزینه های واحد را بسیار رقابتی نگه می دارد. با ساده نگه داشتن منطق ساخت، پول جدی پس انداز می کنید.
ملاحظات PCBA (مجموعه).
فناوری نصب سطحی (SMT) بر اساس تعداد لایه ها به شدت تغییر می کند. مونتاژ یک طرفه به راحتی از طریق خطوط استاندارد انتخاب و مکان اجرا می شود. این فقط به یک حامل استاندارد استاندارد نیاز دارد.
مونتاژ دو طرفه موانع عملیاتی جدی ایجاد می کند. اپراتورهای کارخانه باید از پالت های SMT تخصصی و سفارشی استفاده کنند. ممکن است فقط برای زنده ماندن در فرهای خط مونتاژ خشن به سفت کننده های انتخابی نیاز داشته باشید. فرآیند تولید معمولاً به عملیات جریان مجدد حرارتی دو پاسی نیاز دارد. کل جدول زمانی تولید را به طور قابل توجهی گسترش می دهد. شما باید این تاخیرهای متمایز را در برنامه زمانی پروژه خود در نظر بگیرید.
منطق فهرست کوتاه برنامه محور
هر پروژه سخت افزاری نقطه شکست مکانیکی خاصی دارد. شما باید الزامات فنی خود را با بستر مناسب انعطاف پذیر هماهنگ کنید. در اینجا نحوه دسته بندی دقیق موارد استفاده صنعتی معمولی آمده است.
چه زمانی FPC های یک طرفه را مشخص کنید
شما باید تخته های یک طرفه را در شرایط طراحی بسیار خاص مشخص کنید. آنها زمانی رشد می کنند که معیارهای موفقیت پروژه به طور کامل هماهنگ شوند.
شما با محدودیت های بودجه الکترونیکی مصرف کننده بسیار شدید روبرو هستید.
پروژه شما به دوره های تولید انبوه با حجم بالا و سریع نیاز دارد.
این دستگاه به اقدامات خمشی پویا تهاجمی و مداوم نیاز دارد.
منطق کلی اتصال از لحاظ فیزیکی ساده و سرراست باقی می ماند.
شما این پیکربندی دقیق را به طور مداوم در سوئیچ های غشایی مصرف کننده مشاهده می کنید. مهندسان سخت افزار از آنها در نمایشگرهای LED ساده استفاده می کنند. نوارهای روشنایی خودرو به شدت به این رویکرد تک لایه کم هزینه متکی هستند. عملکرد بسیار قابل اعتمادی را بدون هزینه غیر ضروری ارائه می دهد.
چه زمانی یک برد مدار انعطاف پذیر دو طرفه را مشخص کنید
به روز رسانی برای سیستم های بسیار پیچیده به شدت ضروری است. الف FPC دو طرفه زمانی که نیازهای الکتریکی به شدت افزایش می یابد، به خوبی ارائه می شود.
شما نیاز به تراکم اجزای فوق العاده ای دارید که در یک ناحیه فیزیکی کوچک بسته بندی شده باشد.
طراحی سخت افزاری قوانین عملکرد الکتریکی با سرعت بالا و دقیق را به همراه دارد.
مدار خاص به زمین یا هواپیماهای قدرتی قوی و بدون نویز نیاز دارد.
این برنامه به جای حرکت پویا پیوسته شامل 'نصب برای نصب' است.
پوشیدنی های پزشکی به شدت از این معماری پیشرفته استفاده می کنند. گوشیهای هوشمند مدرن برای بستهبندی محکم قطعات کاملاً به انعطافپذیری دولایه وابسته هستند. ماژول های دوربین پیچیده و دستگاه های هوشمند اینترنت اشیا به این قابلیت های دقیق نیاز دارند. آنها به سادگی نمی توانند در معماری های یک طرفه کار کنند.
خطرات و پیاده سازی DFM (طراحی برای تولید).
شیوه های طراحی مناسب از خرابی های پرهزینه میدان جلوگیری می کند. انتقال به مواد انعطاف پذیر نیاز به نظم و انضباط چیدمان دقیق دارد. شما نمی توانید آنها را دقیقاً مانند تخته های سفت و سخت رفتار کنید.
مسیریابی ردیابی در مناطق خم
مناطق خمش فیزیکی به تنش مکانیکی بسیار حساس هستند. هرگز نباید ورقه های آبکاری شده را در داخل مناطق فلکس قرار دهید. فشار مکانیکی به راحتی سوراخ های اندود شده میکروسکوپی را از هم جدا می کند.
برای طرحبندیهای دو طرفه، مسیریابی ردیابی کاملاً مبهم را الزامی کنید. آثار مس بالا و پایین هرگز نباید مستقیماً روی یکدیگر قرار گیرند. تراز کردن آنها کاملاً یک جلوه 'I-beam' ناخواسته ایجاد می کند. این سفتی متمرکز باعث شکستگی شدید مس در هنگام نصب فیزیکی می شود. تکان دادن ردپاها به صورت افقی باعث می شود بستر کلی به درستی انعطاف پذیر باشد. مدار را کاملاً محافظت می کند.
استراتژی سفت کننده
بردهای انعطاف پذیر نمی توانند قطعات سنگین SMT را به طور کامل به تنهایی نگه دارند. شما به یک استراتژی سفت کننده جامد بسیار استراتژیک نیاز دارید. می توانید از سفت کننده های سفت FR4 یا پلی آمید ضخیم استفاده کنید.
آنها به طور ایمن اتصال دهنده های سنگین را روی تخته های دو طرفه پشتیبانی می کنند. قرارگیری دقیق و مناسب اجزای SMT شکننده را ایمن می کند. مهمتر از همه، آنها این کار را بدون به خطر انداختن مناطق انعطاف پذیر فعال مورد نیاز انجام می دهند. شما فقط سفت کننده های چسب را دقیقاً در جایی که از نظر فیزیکی لازم است استفاده می کنید.
فازسازی نمونه اولیه
کورکورانه در نمونه های اولیه دولایه گران قیمت عجله نکنید. ما به شدت توصیه می کنیم ابتدا ماکت های مکانیکی خود را تأیید کنید. برای آزمایش فیزیکی از جاهای خالی ساده و ارزان قیمت یک طرفه استفاده کنید.
شعاع خمیدگی دقیق خود را به صورت فیزیکی آزمایش کنید. تأیید کنید که محفظه سفارشی شما کاملاً متناسب است. هنگامی که شرایط فیزیکی مکانیکی به پایان رسید، به نمونه های اولیه دو طرفه کاملاً کاربردی متعهد شوید. این مرحله بندی منطقی باعث صرفه جویی در بودجه مهندسی می شود. به شدت از چرخش مجدد گران قیمت بعداً جلوگیری می کند.
نتیجه گیری
تصمیم نهایی طراحی شما بر تعادل حرکت فیزیکی در برابر چگالی اثر استوار است. این قوانین کاربردی ساده را برای سخت افزار خود دنبال کنید.
تخته های یک طرفه را برای حداکثر استقامت مکانیکی و کمترین هزینه واحد انتخاب کنید.
برای چیدمان های پیچیده الکتریکی و کاهش ردپا، تخته های دو طرفه را انتخاب کنید.
اگر دستگاه شما به خمش پویا مداوم و تیز نیاز دارد از انعطاف پیچیده دولایه خودداری کنید.
هنگام انتقال به پردازش SMT دو لایه، برای زمانهای مونتاژ بهویژه طولانیتر برنامهریزی کنید.
همین امروز در مورد محدودیت های مکانیکی خود اقدام فوری انجام دهید. شعاع خم و سیکل مورد نیاز خود را به طور کامل بررسی کنید. این کار را قبل از نهایی کردن طرح پیچیده EDA خود انجام دهید. پس از آماده شدن، همیشه فایل های Gerber نهایی خود را برای بررسی جامع DFM ارسال کنید.
سوالات متداول
س: FPC دو طرفه در مقایسه با یک طرفه چقدر گرانتر است؟
پاسخ: یک برد فلکس دو طرفه معمولاً 30 تا 50 درصد بیشتر از تخته یک طرفه هزینه دارد. این افزایش قابل توجه قیمت مستقیماً از پیچیدگی تولید ناشی می شود. Plated Through Holes (PTH) به حفاری لیزری دقیق و حمام های آبکاری مس نیاز دارد. علاوه بر این، فرآیندهای لایهبرداری حرارتی چندلایه زمان بیشتری را میطلبد و به طور طبیعی نرخ بازده کلی کارخانه را کاهش میدهد.
س: آیا یک برد مدار انعطاف پذیر دو طرفه می تواند خمش دینامیکی را تحمل کند؟
A: بله، می تواند برخی از حرکت های پویا را تحمل کند. با این حال، شعاع خم باید به طور قابل توجهی بزرگتر باشد تا از آسیب ردیابی جلوگیری شود. مس اضافی و لایه های چسب داخلی تخته را به میزان قابل توجهی سفت می کند. در نتیجه، کل عمر چرخه فلکس بسیار کمتر از یک تخته یک طرفه خواهد بود. برای نصب استاتیک بسیار مناسب تر است.
س: آیا برای PCB انعطاف پذیر دو طرفه به سفت کننده نیاز دارم؟
A: تعداد لایه ها به شدت نیازهای سفت کننده را تعیین نمی کند. در عوض، وزن جزء و فرآیندهای مونتاژ این نیاز خاص را هدایت می کند. کانکتورهای سنگین یا آی سی های بزرگ به پشتیبانی پشتیبان سفت و سخت نیاز دارند. سفت کننده ها در فرآیندهای SMT دو طرفه بسیار رایج هستند تا اطمینان حاصل شود که برد در هنگام مونتاژ رباتیک کاملاً صاف باقی می ماند.
س: آیا rigid-flex همان تخته فلکس دو طرفه است؟
پاسخ: نه، آنها اساساً متفاوت هستند. یک تخته فلکس دو طرفه خالص از پلی آمید انعطاف پذیر در کل ساختار فیزیکی خود استفاده می کند. یک هیبرید انعطافپذیر صلب به طور دائم لایههای انعطافپذیر را مستقیماً درون تختههای سفت و سخت سنتی FR4 به هم متصل میکند. Rigid-flex بسیار پیچیدهتر است، در مقاطع صلب بسیار ضخیمتر است و به طور کلی تولید آن بسیار گرانتر است.
