Sert-Yüksek PCB Yapısını Anlamak: Katmanlar, Bileşenler ve Çeşitli Elektronikleri Nasıl Etkinleştirirler

Sert-yavaş PCB'ler kompakt,katlanabilir akıllı telefonlardan otomotiv sensör modüllerine kadar dayanıklı elektronikler, katı PCB'lerin yapısal istikrarını esnek devrelerin esnekliğiyle birleştirerekGeleneksel katı PCB'lerin (sabit şekil) veya sadece esnek PCB'lerin (sınırlı katman sayısı) aksine, katı-fleksif tasarımlar her iki biçimi tek, sorunsuz bir yapıya entegre eder.Ama onların çok yönlülüğü,, katmanlı mimari: esnek substratlardan yapışkan bağlara kadar her bileşen esneklik, dayanıklılık ve elektrik performansını dengeleme konusunda kritik bir rol oynar.

Bu kılavuz, her katmanın amacını, malzeme seçimlerini ve birlikte nasıl çalıştıklarını ayrıntılı olarak ayrıntılandırarak sert-yavaş PCB'lerin yapısını açıklıyor.Sert ve sadece esnek alternatiflerle sert-yavaş yapıları karşılaştıracağız, ana tasarım düşüncelerini keşfedin ve yapısal seçimlerin gerçek dünya uygulamalarını nasıl etkilediğini açıklayın.Sert-yavaş PCB yapısını anlamak daha küçük ürünler yaratmanıza yardımcı olacaktır, daha hafif ve daha güvenilir.

Önemli Önemli Noktalar
1Hibrit Yapı: Sert-yavaş PCB'ler, katı segmentleri ( bileşen montajı için) ve esnek segmentleri (eğilmek için) tek bir entegre panoya birleştirir ve ayrı PCB'ler arasındaki bağlantılara olan ihtiyacı ortadan kaldırır.
2Katmanlı Mimarlık: Temel bileşenler esnek substratlar (polimid), katı substratlar (FR-4), bakır izleri, yapıştırıcılar ve koruyucu kaplamalar içerir. Her biri dayanıklılık ve performans için seçilir.
3Esneklik Sürücüleri: Fleksibel segmentlerin yapısı ( ince substratlar, nakışlı bakır) dinamik uygulamalar için kritik olan iz çatlak olmadan 10.000+ bükme döngüsü sağlar.
4Güç Sürücüleri: Sert segmentler, ağır bileşenleri (örneğin, BGA'lar, konektörler) desteklemek ve mekanik strese direnmek için daha kalın substratlar ve takviye katmanları kullanır.
5Maliyet-Fayda: Üretimi daha karmaşık olsa da, sert-yavaş yapılar montaj maliyetlerini %30-50 (daha az konektör, daha az kablo) azaltır ve arıza noktalarını ortadan kaldırarak güvenilirliği artırır.

Sert-Yumru PCB'nin Temel Yapısı
Sert-yavaş PCB'lerin yapısı, iki farklı ancak entegre segmentle tanımlanır: sert segmentler (güvenlik için) ve esnek segmentler (esneklik için).bakır izleri) ancak benzersiz rollerini yerine getirmek için alt katman malzemeleri ve kalınlığında farklılık gösterir.
Aşağıda, en iç katmanından en dış koruyucu bitişine kadar başlayan çekirdek bileşenlerin bir ayrımı verilmiştir.

1Çekirdek substratları: Sertlik ve Esnekliğin Temelleri
Substratlar, bakır izlerini destekleyen iletken olmayan temel katmanlardır. Sert ve esnek segmentler, dayanıklılık ve esnekliği dengelemek için farklı substratlar kullanır.

Flex Segment Altyapılar
Esnek segmentler, tekrar tekrar bükülmeye dayanabilen ince, dayanıklı polimerlere dayanır:
Birincil Malzeme: Polyimid (PI): Esnek substratlar için endüstri standardı, polyimid sunuyor:
Sıcaklığa direnç: -269 °C'den 300 °C'ye kadar (geri akışlı lehimleme ve sert ortamlarda hayatta kalır).
Esneklik: Kalınlığının 5 katı kadar küçük yarıçaplara bükülebilir (örneğin, 50μm PI tabakası 250μm yarıçapına bükülür).
Kimyasal direnci: Yağlara, çözücülere ve nemlere karşı inert, otomotiv ve endüstriyel kullanım için idealdir.
Kalınlık: Tipik olarak 25 ′′125 μm (1 ′′5 mil); daha ince substratlar (25 ′′50 μm) daha sıkı bükülmeleri sağlarken, daha kalın (100 ′′125 μm) daha uzun esnek segmentler için daha fazla istikrar sağlar.
Alternatifler: Ultra yüksek sıcaklık uygulamaları için (200 ° C +), poliamidden daha pahalı olmasına rağmen sıvı kristal polimer (LCP) kullanılır.

Sert segment alt katmanlar
Sert segmentler, bileşenleri desteklemek ve strese direnmek için sert, güçlendirilmiş malzemeler kullanır:
Birincil Malzeme: FR-4: Camla güçlendirilmiş epoksi laminat:
Mekanik dayanıklılık: Ağır bileşenleri (örneğin, 10g BGA) destekler ve montaj sırasında bükülmeye karşı dayanır.
Maliyet etkinliği: Tüketici ve endüstriyel uygulamalar için uygun olan en uygun fiyatlı sert substrat.
Elektrik yalıtımı: Volum direnç > 1014 Ω · cm, izler arasındaki kısa devreyi önler.
Kalınlığı: 0.8 ∼3.2 mm (31 ∼125 mil); daha kalın substratlar (1.6 ∼3.2 mm) daha büyük bileşenleri desteklerken, daha ince (0.8 mm) kompakt tasarımlar için kullanılır (örneğin, giyilebilir cihazlar).
Alternatifler: Yüksek frekanslı uygulamalar için (5G, radar), Rogers 4350 (düşük kayıplı bir laminat) sinyal zayıflamasını en aza indirmek için FR-4'ü değiştirir.

2Bakır İzleri: Bölümler Arasındaki İletici Yollar
Bakır izleri, hem sert hem de esnek segmentleri kapsayan bileşenler arasında elektrik sinyalleri ve güç taşır.

Flex Segment Bakır
Fleksibel segmentler bükme sırasında çatlamaya karşı dayanıklı yumuşak bakır gerektirir:
Tip: Yontulmuş (RA) Bakır: Annealing (sıcaklık tedavisi) RA bakır yumuşak yapar, başarısız olmadan 10.000+ bükme döngüsünü (180° bükmeler) sağlar.
Kalınlığı: 12 ′′35 μm (0.5 ′′1.4 oz); daha ince bakır (12 ′′18 μm) daha kolay bükülürken, daha kalın (35 μm) daha yüksek akımlar taşır (0.2 mm izi için 3A'ya kadar).
Şablon Tasarımı: Flex segmentlerindeki izler, gerginliği dağıtmak için eğri veya 45° açıları (90° değil) kullanır. 90° açılar gerginlik noktaları olarak hareket eder ve tekrar tekrar büküldükten sonra çatlar.

Sert Segment Bakır
Sert segmentler mevcut kapasiteye ve üretim kolaylığına öncelik verir:
Tip: Elektrodedepozite (ED) Bakır: ED bakırı RA bakırından daha az esnek, ancak yoğun devreler için daha ucuz ve daha kolay desenlenir.
Kalınlığı: 18 ‰ 70 μm (0.7 ‰ 2.8 oz); daha kalın bakır (35 ‰ 70 μm) güç izleri için kullanılır (örneğin, otomotiv ECU'larında 5A +).
Desen Tasarımı: QFP'ler ve BGA'lar gibi bileşenler için daha yoğun iz yönlendirmesini sağlayan katı segmentlerin bükülmediği için 90° açıları kabul edilebilir.

3Yapıştırıcılar: Sert ve esnek segmentleri bağlama
Yapıştırıcılar, sert ve esnek segmentleri tek bir tahtaya entegre etmek için kritik önem taşır.

Temel Yapıştırıcı Gereksinimleri
Esneklik: Flex segmentlerindeki yapıştırıcılar çatlamadan uzanmalıdır (≥ 100% uzantı), aksi takdirde bükme sırasında soyulacaktır.
Sıcaklığa direnç: Tekrar akış lehimlenmesine (240-260 ° C) ve çalışma sıcaklıklarına (çoğu uygulama için -40 ° C'den 125 ° C'ye) dayanır.
Yapışkanlık Gücü: Katmanlar arasındaki delaminasyonun önlenmesi için bağlanma gücü ≥1,5 N/mm (IPC-TM-650 başına).

Genel Yapıştırıcı Türleri

Başvuru Notları
Yapıştırıcılar, esnek segmentlere toplu miktarda eklemeyi önlemek için ince filmler (25μm) olarak uygulanır.
Yapışkansız sert-yavaş tasarımlarda (yüksek frekanslı uygulamalar için kullanılır), bakır yapışkan olmadan doğrudan poliamidle bağlanır. Sinyal kaybını azaltır, ancak maliyeti artırır.

4Lehim Maske: İzleri Korumak ve Lehimlemeyi Sağlamak
Lehim maskesi, hem sert hem de esnek segmentlere uygulanan koruyucu bir polimer kaplamadır:
Yakın yollar arasındaki kısa devreyi önleyin.
Bakır oksidasyondan ve korozyondan korunur.
Montaj sırasında lehimin yapıştığı alanları (padi) tanımlayın.

Flex Segment Lehim Maskesi
Fleksif segmentler çatlamadan bükülebilen leylek maskesi gerektirir:
Malzeme: Polyimide bazlı Lehim Maski: %100'den fazla uzanır ve bükme sırasında yapışkanlığı korur.
Kalınlığı: 25 ‰ 38 μm (1 ‰ 1,5 mil); daha ince maske (25 μm) daha kolay bükülür, ancak daha az koruma sağlar.
Renk: Estetik önem taşıyan giyilebilir cihazlar için açık veya yeşil maske kullanılır.

Sert Segment Lehim Maske
Sert segmentler maliyet ve dayanıklılık için standart lehim maskesini kullanır:
Malzeme: Epoksi tabanlı lehim maske: Sert ama dayanıklı, mükemmel kimyasal direnciyle.
Kalınlığı: 38 ‰ 50 μm (1.5 ‰ 2 mil); daha kalın maske endüstriyel uygulamalar için daha iyi koruma sağlar.
Renk: Yeşil (en yaygın), mavi veya siyah yeşil AOI (Automatik Optik Denetim) uyumluluğu için tercih edilir.

5Yüzey bitirme: Solderability ve korozyon direnci sağlamak
Yüzey finişleri, kaynaklılığı iyileştirmek ve oksidasyonu önlemek için açık bakır yastıklara (her iki segmentte de) uygulanır.
Sert-Yumru PCB'ler için ortak bitirme

Segment Özel Seçenekler
Flex segmentler genellikle ENIG kullanır: Altının esnekliği bükülmeye dayanır ve nikel bakırın lehim eklemine yayılmasını engeller.
Sert segmentler maliyet tasarrufu için HASL'yi kullanabilir, ancak ENIG ince tonlu bileşenler için tercih edilir.

6Güçlendirme katmanları (ihtiyaç duyulmaz): Kritik alanlara güç katmak
Güçlendirme katmanları, yüksek stresli alanlara güç katmak için sert-yavaş PCB'lerde isteğe bağlıdır, ancak yaygındır:
Yer: Fleksibel-sert geçiş bölgelerinde (yağma gerginliğinin en yüksek olduğu yerlerde) veya sert segmentlerdeki ağır bileşenler (örneğin, konektörler) altında uygulanır.
Malzemeler:
Kevlar veya Cam Kumaş: Yırtılmayı önlemek için esnek segmentlere yapıştırılan ince, esnek kumaşlar.
İnce FR-4 Şeritleri: Çiftleşme/çifteleşme sırasında mekanik strese direnmek için konektörlerin altındaki katı segmentlere eklenir.
Kalınlığı: 25 ‰ 100 μm ‰ esnekliği azaltmadan güç eklemek için yeterince kalın.

Sert-Fleksif vs Sert vs Sadece Fleksif PCB: Yapısal Karşılaştırma
Sert-yavaş PCB'lerin belirli uygulamalarda neden üstün olduğunu anlamak için, yapılarını geleneksel alternatiflerle karşılaştırın:

Sert-Fleks'in Ana Yapısal Avantajları
1Bağlantı yok: Sert ve esnek segmentlerin entegre edilmesi, her kart başına 2 ′′ 10 bağlantıyı ortadan kaldırır, montaj süresini ve arıza noktalarını azaltır (bağlantılar PCB arızalarının başlıca nedenidir).
2Uzay verimliliği: Sert-yavaş PCB'ler, giyilebilir cihazlar ve otomotiv sensör modülleri için kritik olan çoklu kart sert sistemlere göre %30-50 daha az hacimde yer alır.
3Ağırlık tasarrufu: Daha az bileşen ve kablolama sayesinde sert çoklu kart sistemlerinden %20~40% daha hafif.

Sert-Yumşaq Yapının Performansı ve Güvenilirliği Nasıl Etkilendiği
Substrat kalınlığından bakır türüne kadar her yapısal seçim, sert-yavaş PCB'nin gerçek dünya uygulamalarında nasıl performans gösterdiğini doğrudan etkiler.Aşağıda temel performans ölçümleri ve yapısal sürücüleri bulunmaktadır.:
1Esneklik ve Dayanıklılık
Sürücü: Yumuşak segment substrat kalınlığı ve bakır tipi. 18μm RA bakırlı 50μm polyimid substrat, 250μm yarıçapına kadar bükülür ve 15.000+ döngüden hayatta kalır.
Başarısızlık Riski: Flex segmentlerde ED bakır kullanmak, 1.000-2.000 döngüden sonra iz çatlaklığına neden olur.

Uygulama Örneği: Katlanabilir bir akıllı telefonun bağlantısı, 18μm RA bakırla 50μm poliyimid esnek bir segment kullanır ve 200.000+ katlanmayı sağlar (katlanabilir bir cihazın tipik ömrü).

2Sinyal bütünlüğü.
Sürücü: Substrat malzemesi ve yapışkan seçimi. Poliyimid düşük bir dielektrik kaybına sahiptir (Df <0.002 10GHz'de), bu da yüksek frekanslı sinyaller için idealdir.
Risk azaltma: Yapışkansız tasarımlar (bakır ve poliamid arasında yapışkan yoktur) yapışkan tabanlı tasarımlara göre sinyal kaybını% 30 azaltır. 5G ve radar için kritik.

Uygulama Örneği: Bir 5G baz istasyonunun sert-yavaş PCB'si, 28GHz mmWave sinyalleri için sinyal bütünlüğünü korumak için yapışkansız poliamid esnek segmentler kullanır.

3. Isı Yönetimi
Sürücü: Bakır kalınlığı ve sert segment tasarımı. Sert segmentlerde kalın bakır (35 ¢ 70 μm) güç bileşenlerinden (örneğin, voltaj düzenleyicilerinden) ısı dağıtır.
Geliştirme: Sert segmentlerdeki termal viaslar (0,3 mm çapında) bileşenlerden iç bakır düzlemlere ısı aktarır ve birleşim sıcaklıklarını 15-25 °C azaltır.

Uygulama Örneği: Otomobil EV inverterinin sert-yavaş PCB'si, IGBT'lerden 100W ısı işlemek için sert segmentlerde ve termal viaslarda 70μm bakır kullanır.

4Mekanik Güç
Sürücü: Sert segment kalınlığı ve takviye katmanları. 1.6 mm FR-4 sert segment, 20 g bağlantıyı çarpıtmadan destekler.
Geçiş Bölgesi Tasarımı: Fleks-katı geçişlerde takviye katmanları (Kevlar), delaminasyonu önleyerek stresi% 40 oranında azaltır.

Uygulama Örneği: Bir havacılık sensörünün sert-yavaş PCB'si, 50G titreşime (MIL-STD-883'e göre) dayanabilmek için 3.2 mm FR-4 sert segmentleri ve Kevlar takviyesini kullanır.

Sert-Yumşaq PCB Yapısı için Ana Tasarım Düşünceleri
Sert-yavaş PCB'yi tasarlarken, yapısal seçimler uygulama ihtiyaçlarına uyum sağlamalıdır.
1Esnek-Sert Geçiş Bölgeleri
Konumu: Geçişleri bileşenlerden 2-5 mm uzakta yerleştirin.
Yarıçap: Flex segmentler için en az bükme yarıçapı, substrat kalınlığının 5 katıdır (örneğin, 50μm substrat → 250μm yarıçap). Daha sıkı yarıçaplar iz çatlaklarına neden olur.
Güçlendirme: Yüksek stresli uygulamalarda geçişlere (örneğin, kapı hareketiyle bükülen otomotiv kapı sensörleri) Kevlar veya ince FR-4 ekleyin.

2Denge Katmanı Sayısı ve Esneklik
Katman Sınırı: Esnek segmentler tipik olarak 2? 4 katmandır? Daha fazla katman eklemek kalınlığı arttırır ve esnekliği azaltır.
Katman dağılımı: Esnekliği korumak için katmanları katı segmentlere yoğunlaştırın (örneğin, katı 8 katman, esnek 2 katman).
Örnek: Giyilebilir bir fitness izleyicisi, işlevsellik ve bükülebilirliği dengelemek için 4 katmanlı sert-fleks PCB'yi (2 katmanlı esnek, 2 katmanlı) kullanır.

3. Çevre için malzemeler seçin
Sıcaklık: Yüksek sıcaklıklı uygulamalar için poliamid (300 °C'ye kadar) kullanın (otomotiv kapot altı, havacılık); orta aralık ihtiyaçlar için LCP (200 °C'ye kadar).
Kimyasallar: Polyimid yağlara ve çözücülere dayanıklıdır; endüstriyel veya deniz kullanımı için idealdir; nemli ortamlarda OSP bitkisinden kaçının (onun yerine ENIG kullanın).
Nemlilik: Tüketici elektroniklerinde (örneğin egzersiz sırasında kullanılan akıllı saatler) epoksi bazlı yapıştırıcılar (nemlere dirençli) kullanın.

4Bakır iz tasarımını optimize et.
Fleksif Bölümler: Stres konsantrasyonundan kaçınmak için eğri izler, 45° açılar ve minimum iz genişliği 0,1 mm (4 mil) kullanın.
Sert Bölümler: yoğun bileşen yönlendirmesi için 90 ° açı ve daha küçük iz genişlikleri (0.075 mm / 3 mil) kullanın (örneğin, 0.4 mm mesafeli BGA'lar).
Mevcut Kapasite: Mevcut 0.2mm izine (18μm RA bakır) dayalı boyut izleri, esnek segmentlerde 1.5A taşır; 0.3mm iz (35μm ED bakır) katı segmentlerde 3A taşır.

Gerçek Dünya Uygulamalar: Yapı Nasıl Yenilikçiliği Sağlar
Sert-yavaş PCB yapısı, kilit endüstrilerde benzersiz zorlukları çözmek için tasarlanmıştır:
1Tüketici Elektronikleri: Katlanabilir Akıllı Telefonlar
Yapı: 6 katmanlı sert-yavaş (4 katmanlı sert segmentler işlemciler/BGA'lar için, 2 katmanlı esnek segmentler menteşeler için).
Anahtar Özellikler: 50μm poliyimid esnek segmentleri, esneklik için 18μm RA bakır, ENIG bitiş ve akrilik yapıştırıcı ile.
Avantaj: Cep boyutlu bir cihaza 7 inçlik bir ekran yerleştirirken 200.000+ katlama sağlar.

2Otomotiv: ADAS Sensör Modülleri
Yapı: 8 katmanlı sert-yavaş (6 katmanlı sensörler/ECU'lar için sert segmentlerde, kablolama için 2 katmanlı esnek segmentlerde).
Ana özellikler: 100μm poliyimid esnek segmentleri 35μm RA bakır, epoksi yapıştırıcı (yüksek stres direnci) ve geçişlerde takviye katmanları.
Avantaj: Araç çerçevelerinin etrafında, -40 °C'den 125 °C'ye kadar sıcaklıklara dayanabilen konum sensörleri (LiDAR, radar) için bükülür.

3Tıbbi: giyilebilir glikoz monitörleri
Yapı: 4 katmanlı sert-fleks (2 katmanlı sensör için sert segmentlerde, 2 katmanlı bilezik entegrasyonu için esnek segmentlerde).
Ana özellikler: 25μm poliyimid esnek segmentler (konfor için ultra ince), açık lehim maskesi ve ENIG bitiş (biyolojik uyumlu).
Fayda: 7 ∼ 14 gün boyunca güvenilir sensör okumalarını sürdürürken bileğe uyuyor.

4Havacılık: Uydu Antenleri
Yapı: 12 katmanlı sert-yavaş (sinyal işleme için sert segmentlerde 10 katman, anten dağıtımı için 2 katmanlı esnek segmentlerde).
Ana Özellikler: LCP esnek segmentleri (200 °C + direnci), 35μm RA bakır ve poliamid yapıştırıcı (radyalasyon direnci).
Avantaj: Kompakt bir fırlatma paketine katlanır (10 kat daha küçük sert alternatiflerden) ve 2 metrelik bir anten oluşturmak için uzayda dağıtılır.

Sık Sorulan Sorular
S: Sert-yavaş PCB'lerin birden fazla yalın segmentleri olabilir mi?
C: Evet, birçok tasarım 2 ′′ 4 esnek segment içerir (örneğin, bilek ve parmak için esnek segmentleri olan giyilebilir).

S: Sert-yavaş PCB için maksimum katman sayısı nedir?
Cevap: Çoğu sert-yavaş PCB'nin 4 ′′ 12 katmanı vardır, sert segmentlerde 10 katmana kadar ve esnek segmentlerde 2 ′′ 4 katmana kadar vardır. Gelişmiş tasarımlar (havacılık) 16 katmana ulaşabilir, ancak bu esnekliği azaltır.

S: Sert-yavaş PCB'ler SMT bileşenleriyle uyumlu mu?
C: Evet “katı segmentler tüm SMT bileşenlerini (BGAs, QFP'ler, pasifler) desteklerken, esnek segmentler küçük SMT bileşenlerini (0402 direnç, 0603 kondansatör) destekler.Ağır bileşenler (> 5g) asla esnek segmentlere konmamalıdır..

S: Sert-yavaş PCB'ye kıyasla sert PCB'nin maliyeti ne kadardır?
A: Sert-yavaş PCB'ler eşdeğer sert PCB'lerden 2 ¢3 kat daha pahalıdır, ancak sistem maliyetlerini %30 ¢50 azaltırlar (daha az konektör, daha az kablolama, daha az montaj işçiliği).

S: Sert-yavaş PCB için tipik teslim süresi nedir?
A: Prototipler 2 ¢3 hafta sürer (özel bir laminatör ve test nedeniyle), yüksek hacimli üretim (10k+ birim) 4 ¢6 hafta sürer.Önderi süreleri sert PCB'lerden daha uzun, ancak özel esnek PCB'lerden daha kısa.

Sonuçlar
Sert-yavaş PCB yapısı, denge içinde bir usta sınıf: geleneksel PCB'lerin yapamayacağı yerlere uyacak tablolar oluşturmak için sert substratların dayanıklılığını poliamidin esnekliğiyle birleştirir.Flex segmentlerdeki ince poliamidden sert segmentlerdeki kalın FR-4'e kadar her katman bir amaca hizmet eder., ve her malzeme seçimi performansı etkiler.

Substrat kalınlığının, bakır türünün ve yapıştırıcı seçimin esnekliği, dayanıklılığı ve güvenilirliği nasıl arttırdığını anlayarak,En zorlu uygulamaların bile taleplerini karşılayan sert-yavaş PCB'leri tasarlayabilirsiniz.Düzgün katlanabilir bir telefon, otomobil sensörü veya uydu antenini inşa ediyor olsanız da doğru sert-yavaş yapı size daha küçük, daha hafif, daha hızlı ve daha hızlı ürünler üretmenize yardımcı olacaktır.ve her zamankinden daha dayanıklı..

Teknoloji küçülmeye devam ederken ve çok yönlü elektroniklere olan talep arttıkça, sert-yavaş PCB'ler yeniliklerin ön saflarında kalacaklar.En iyi çözümler, görünüşte zıt olan iki gücü birleştirmekten gelir..