Kuinka kaksipuolinen piirilevy toimii?

Esittely

Kaksipuoliset joustavat painettujen piirien (FPC) ovat kriittinen kehitys nykyaikaisessa elektroniikan valmistuksessa, joustavuuden yhdistämisessä monimutkaisten piirien asettelujen toiminnallisuuteen. Toisin kuin yksipuoliset levyt, joissa johtava kuvio on vain yhdellä pinnalla, Kaksipuolisilla FPC: llä on johtavia jälkiä joustavan substraatin sekä ylä- että alakerroksissa. Nämä kaksi johtavaa kerrosta on kytketty toisiinsa käyttämällä päällystettyjä reikiä, mikä mahdollistaa monimutkaisempia piirimalleja lisäämättä levyn kokonaiskokoa. Tämä ominaisuus on välttämätön kompakteille elektronisille laitteille, kuten autojen ohjausmoduuleille, ohjauspyöräkytkinpaneeleille, puettavalle tekniikalle ja lääketieteellisille laitteille.

Kaksipuolisen FPC: n ensisijainen etu on sen kyvyssä maksimoida piiritiheys säilyttäen samalla fyysisen joustavuuden, jota tarvitaan sovelluksiin, joissa jäykät levyt epäonnistuvat. Käyttämällä polyimidi- tai polyesterisubstraattia valmistajat varmistavat, että levy pysyy ohuena, kevyeen ja kykenevän taivuttamaan tai taittaakseen kompaktituotteen koteloihin. Tämä tekee niistä erityisen sopivia ympäristöihin, joissa on värähtely, rajoitettu tila ja mekaaninen jännitys.

Lisäksi kaksipuolisten FPC: ien suunnittelu tukee monimutkaisempaa signaalin reititystä ja parempaa sähköistä suorituskykyä. Komponentit voidaan asentaa molemmille puolille, ja signaalit voivat kulkea kerrosten välillä VIAS: n kautta, minimoimalla ylikuormitus ja parantamalla signaalin eheyttä. Tämä tasapaino mekaanisen sopeutumiskyvyn ja korkean tiheyden sähköisen toiminnallisuuden välillä tekee kaksipuolisista FPC: stä välttämättömän valinnan nykyaikaisessa elektroniikan tekniikassa.

Seuraavissa osioissa tutkimme yksityiskohtaisesti, kuinka kaksipuoliset PCB: t toimivat niiden valmistusprosessin, suorituskykyetujen, yleisten sovellusten ja keskeisten näkökohtien valitessasi projektia varten. Tarjoamme myös yksityiskohtaisen UKK -osan ja vertailevan taulukon niiden erottelun selventämiseksi muista piirilevytyypeistä.

Kaksipuolisen FPC: n rakenne- ja työperiaatteet

Kaksipuolisen FPC: n ydinrakenne sisältää kaksi kuparikerrosta, jotka on erotettu dielektrisellä substraatilla, joka on tyypillisesti valmistettu joustavasta polyimidistä. Jokainen kuparikerros sisältää monimutkaisia ​​johtavia reittejä, jotka kuljettavat sähköisiä signaaleja eri komponenttien välillä. Nämä kerrokset on kytketty toisiinsa käyttämällä päällystettyjä reikiä (PTH) -pienellä poratulla reikillä, jotka on vuorattu johtavalla materiaalilla, jotka antavat virran virtata toiselta puolelta toiselle.

Kun laite toimii, signaalit kulkevat kuparilaisuita pitkin komponentista toiseen. Jos reitti vaatii ylittämisen toisen signaalireitin yli, jälki voidaan siirtää levyn vastakkaiselle puolelle VIA: n läpi, mikä poistaa signaalin häiriöt. Tämä kyky sallii Kaksipuoliset FPC: t tukemaan monimutkaisempia ja kompakteja piirien asetteluja kuin yksipuoliset levyt.

Työmekanismi voidaan tiivistää seuraavasti:

1. Signaalin reititys kerrosten yli -sähköiset signaalit liikkuvat kahden kuparikerroksen välillä päällystettyjen reikien kautta, mikä mahdollistaa kompaktit ja monimutkaiset mallit.

2. Komponenttien asennusjoustavuus - Komponentit, kuten vastukset, kondensaattorit ja integroituneet piirit, voidaan sijoittaa molemmille puolille, mikä optimoi tilan käytön.

3. Mekaaninen joustavuus - Polyimidipohja antaa levyn taivuttaa vahingoittamatta kuparin jälkiä, mikä tekee siitä ihanteellisen taittamisen tiukkoihin tiloihin.

4. Lämpöhallinta -Kaksikerroksinen suunnittelu voi paremmin jakaa korkean suorituskyvyn komponenttien tuottamia lämpöä parantaen luotettavuutta.

Näiden tekijöiden yhdistelmä mahdollistaa kaksipuoliset FPC: t käsitellä korkeampaa piirin monimutkaisuutta säilyttäen samalla niiden fyysisen sopeutumiskyvyn. Siksi niitä käytetään usein autojen ohjauspyörän ohjauspiirissä, joissa useita signaalireittejä on sijoitettava kompaktiin, kaarevaan tilaan uhraamatta kestävyyttä.

Kaksipuolisen FPC: n valmistusprosessi

Kaksipuolisen joustavan piirilevyn valmistus sisältää useita tarkkuusohjattuja vaiheita sähköisen suorituskyvyn ja mekaanisen luotettavuuden varmistamiseksi. Prosessi seuraa tyypillisesti näitä vaiheita:

1. Perusmateriaalin valmistus - joustava substraatti, yleensä polyimidi, laminoidaan kuparikalvolla molemmilta puolilta. Kuparin paksuus valitaan sovelluksen nykyisten kantovaatimusten perusteella.

2. Valoresistinen levitys ja kuvantaminen -molemmat puolet on päällystetty valoherkällä valoresistisella kerroksella. Piirikuviot siirretään kuparin pinnalle käyttämällä UV -valoa valonkriin läpi.

3. Etsaus - Ei -toivottu kupari poistetaan kemiallisella etsauksella, jättäen halutut piirikuviot molemmin puolin.

4. Poraus ja pinnoitus - Tarkkuusporauskoneet luovat viat, jotka sitten pinnoitetaan kuparilla ylä- ja ala- ja alakerrosten kytkemiseksi sähköisesti.

5. Juotosmaski ja pintapinta - Juotosmaski levitetään kuparin jälkien suojaamiseksi hapettumiselta ja estämään juotos sillan komponenttien kokoonpanon aikana. Viimeistely kuten Enig (elektrolitio nikkeli upotuskulta) tai OSP (orgaaniset juotettavuussuojeluaineet) varmistavat juotettavuuden ja korroosionkestävyyden.

6. Testaus ja laadunvalvonta - Jokaiselle FPC: lle suoritetaan sähköiset jatkuvuuskokeet ja mekaaniset taivutuskokeet suorituskyvyn tarkistamiseksi ennen lähetystä.

Tämä huolellinen prosessi varmistaa, että lopputuote tarjoaa korkean johtavuuden, mekaanisen joustavuuden ja kestävyyden toistuvien taivutussyklien alla. Kahden kuparikerroksen tarkka kohdistaminen valmistuksen aikana on ratkaisevan tärkeää - mikä tahansa väärinkäyttö voi aiheuttaa signaalin eheysongelmia tai mekaanista vikaa toiminnan aikana.

Kaksipuolisen FPC: n edut

Kaksipuoliset FPC: t tarjoavat useita selkeitä etuja sekä yksipuolisiin joustaviin levyihin että jäykille piirilevyille:

• Suurempi piiritiheys - Kaksi kuparikerrosta sallivat enemmän reititysvaihtoehtoja, mikä mahdollistaa monimutkaiset mallit pienemmissä jalanjäljissä.

• Kompakti tuotesuunnittelu - niiden ohut ja taivutettava luonto auttaa sopimaan elektroniikkaan epätavanomaiseen tai kaarevaan muotoon.

• Parannettu sähkösuorituskyky - Pitkien signaalireittien vähentynyt tarve alentaa vastusta ja minimoi signaalin menetyksen.

• Kustannustehokkuus monimutkaisissa malleissa -verrattuna monikerroksisiin levyihin, kaksipuoliset FPC: t tarjoavat tasapainon monimutkaisuuden ja kustannusten välillä.

• Parannettu luotettavuus dynaamisissa sovelluksissa - joustava substraatti absorboi värähtelyt vähentäen juotosyhteisön vajaatoiminnan riskiä.

Nämä edut selittävät, miksi kaksipuolisia FPC: tä löytyy yleisesti nykyaikaisesta autoelektroniikasta, ilmailu- ja avaruusinstrumenteista, kannettavasta kulutuselektroniikasta ja puettavista lääkinnällisistä laitteista. Heidän kykynsä yhdistää sähköinen hienostuneisuus mekaaniseen sopeutumiskykyyn antaa insinööreille suuremman suunnittelun vapauden vaarantamatta suorituskykyä.

Yleiset sovellukset ja käyttötapaukset

Kaksipuoliset FPC: t ovat monipuolisia ja laajasti käytettyjä toimialoissa:

• Autoteollisuusjärjestelmät - Käytetään ohjauspyörän kytkimissä, kojelaudanäytöissä ja viihdejärjestelmissä, joissa joustavuus ja kompaktiisuus ovat välttämättömiä.

• Lääketieteelliset laitteet - jota käytetään diagnostiikkatyökaluissa, puettavissa terveysmonitorissa ja kirurgisissa instrumenteissa niiden kevyiden ja taivuttavien ominaisuuksien vuoksi.

• Kulutuselektroniikka -löytyy taitettavista älypuhelimista, tabletteista ja kameroista, jotka mahdollistavat ohuet, tilaa säästävät mallit.

• Teollisuuslaitteet - hyödynnetään robotiikassa, ohjauspaneeleissa ja anturiyksiköissä, jotka vaativat suurta kestävyyttä mekaanisen jännityksen alla.

Alla olevassa taulukossa on yhteenveto keskeisistä eroista yksipuolisten, kaksipuolisten ja jäykien PCB: ien välillä:

Ominaisuus	yksipuoliset FPC: n	kaksipuoliset FPC-jäykän	piirilevyn
Kuparikerrokset	1	2	2+
Joustavuus	Korkea	Korkea	Matala
Piiritiheys	Matala	Keskisuuria	Korkea
Maksaa	Matala	Kohtuullinen	Vaihtelee
Sovellukset	Yksinkertaiset piirit	Monimutkainen joustava	Jäykkä, suuriteho

UKK: t noin kaksipuolisesta FPC: stä

Q1: Mikä on tärkein ero kaksipuolisen FPC: n ja yksipuolisen FPC: n välillä?
Eräs Kaksipuolisella FPC: llä on kuparijälkiä joustavan substraatin molemmilla puolilla, jotka on kytketty VIA: n kautta, mikä mahdollistaa monimutkaisemmat ja kompaktit piirimalleet verrattuna yksipuoliseen levyyn.

Q2: Voiko kaksipuoliset FPC: t käsitellä korkeavirtaisia ​​sovelluksia?
Kyllä, mutta kuparin paksuus ja jäljen leveys on suunniteltava asianmukaisesti. Erittäin korkean virran sovelluksia varten voidaan tarvita monikerroksisia malleja tai vahvistettua kuparia.

Q3: Ovatko kaksipuoliset FPC: t kalliimpia kuin yksipuoliset?
Yleensä kyllä. Lisäkuparikerros, poraus- ja pinnoitusprosessit lisäävät tuotantokustannuksia, mutta ne ovat silti kustannustehokkaampia kuin täydet monikerroksiset levyt kohtalaisen monimutkaisissa malleissa.

Q4: Kuinka kestävät ovat kaksipuoliset FPC: t?
Kun ne on valmistettu laadukkaita materiaaleja ja asianmukaisia ​​suunnittelusääntöjä, ne voivat kestää tuhansia taivutussyklejä ilman merkittävää hajoamista suorituskyvyssä.

Q5: Mikä suunnitteluohjelmisto on parasta luoda kaksipuolisia FPC-asetteluja?
Useimmat ammattimaiset piirilevyjen suunnitteluohjelmistot, kuten Altium Designer, Kicad ja Orcad, pystyy käsittelemään kaksipuolisia joustavia piirilevyjä.