Гибкие и жестко-гибкие печатные платы: полный анализ конструкции, материалов и применения
Гибкие и жестко-гибкие печатные платы (Flex and Rigid-Flex PCB) представляют собой класс схемных систем с возможностью изгиба, охватывающих однослойные, двухслойные и многослойные структуры межсоединений. Их конструкция может быть полностью гибкой или комбинировать жесткие и гибкие части для удовлетворения требований высокой плотности монтажа, динамического изгиба и сложной трехмерной сборки. Благодаря своим уникальным физическим характеристикам и превосходным механическим свойствам, эти платы широко используются в высокотехнологичном электронном оборудовании, медицинских приборах, автомобильной электронике и аэрокосмической отрасли.
Структура и материалы гибких PCB
Базовая структура
Уровень
Тип материала
Описание функции
Основной материал
Полиимид (PI), полиэстер (PET)
Обеспечивает гибкость и поддержку, полиимид термостоек и химически стабилен, полиэстер дешевле но менее термостоек.
Проводящий слой
Катаная или электролитическая медь
Формирует электрические соединения, катаная медь имеет лучшие механические свойства для динамического изгиба.
Защитная пленка
Полиимид + акриловый клей
Защищает цепи, изолирует и предотвращает короткое замыкание, увеличивает срок службы при изгибе.
Клеящее вещество
Акрил, эпоксидная смола, полиимид
Межслойное склеивание, влияет на общие термические свойства и гибкость.
Усиливающие элементы
PI, FR4, алюминиевые пластины
Локальное усиление в областях установки разъемов или компонентов.
Поверхностная обработка
ENIG, ImmSn, OSP, HASL
Защита контактных площадок, улучшение паяемых свойств.
Полиимид vs. Полиэфирная пленка
Полиимид (Kapton, Apical и др.):
✅ Высокая термостойкость (-200°C ~ +300°C)
✅ Отличные электрические свойства и химическая стойкость
✅ Высокая устойчивость к разрыву
❌ Высокое влагопоглощение (до 3%)
❌ Высокая стоимость
Полиэфирная пленка (PET):
✅ Очень низкая стоимость
✅ Хорошая гибкость и химическая стойкость
❌ Узкий диапазон рабочих температур (-60°C ~ +105°C)
❌ Низкая стабильность размеров
Жестко-гибкие PCB: типы структур и классификация (по стандарту IPC)
Тип
Название
Особенности структуры
1
Однослойная гибкая PCB
Один проводящий слой, опционально усиливающий материал
2
Двухслойная гибкая PCB
Два проводящих слоя + металлизированные отверстия, опционально усиливающий материал
3
Многослойная гибкая PCB
≥3 проводящих слоев с металлизированными отверстиями
4
Жестко-гибкая PCB
≥3 слоев, содержит жесткие и гибкие области с металлизированными отверстиями
5
Гибкая/жестко-гибкая PCB без металлизированных отверстий
Многослойная, без металлизированных отверстий
Классификация по применению:
Класс A: Гибкость проявляется при сборке (статическая)
Класс B: Постоянный изгиб во время работы (динамический, подразделяется на периодический и непрерывный изгиб)
Класс C: Высокотемпературная среда (＞105°C)
Класс D: Сертификация UL, высокая огнестойкость
Ключевые этапы производственного процесса
Подготовка материалов: Выбор основного материала (PI/PET) + тип медной фольги (катаная/электролитическая)
Перенос изображения: Фотолитография + УФ-экспонирование для формирования схемы
Травление: Химическое травление для удаления излишков меди
Ламинирование и нанесение защитной пленки: Межслойное склеивание и защита поверхности
Сверление и гальванизация меди: Механическое/лазерное сверление, химическое меднение для межслойных соединений
Поверхностная обработка: Процессы ENIG, ImmSn, OSP, HASL и др.
Резка и формовка: Лазерная или штамповочная вырубка отдельных плат
Тестирование и проверка: AOI, электронные испытания, испытания на изгиб
Преимущества и области применения
Преимущества гибких PCB
Высокая свобода проектирования, адаптация к сложным трехмерным структурам
Экономия пространства и веса, подходит для портативных и носимых устройств
Высокая термостойкость, химическая стойкость и механическая долговечность
Сокращение использования разъемов, повышение надежности системы
Поддержка динамического изгиба (например, петли, многократный изгиб)
Выбор медной фольги: для динамических применений рекомендуется катаная медь
Избегать размещения контактных площадок и отверстий в областях изгиба
Области перехода жесткий-гибкий должны быть плавными без острых углов
Заключение
Гибкие и жестко-гибкие печатные платы благодаря своей трехмерной адаптивности, высокой надежности и экономии пространства стали предпочтительным выбором для современных высокоплотных электронных систем. Они не только широко применяются в потребительской электронике и медицинских устройствах, но также постепенно проникают в автомобильную, аэрокосмическую отрасли и промышленное управление. Правильный выбор материалов, поверхностной обработки и стратегий проектирования является ключом к производству высококачественных гибких схем.
