מה זה PCBs גמיש?

לוחות מעגלים מודפסים גמישים (flexs) הם קישורים אלקטרוניים שנבנו מסרטים דיאלקטריים תואמים, לרוב פולימד או פוליסטר. בניגוד לעמיתיהם הנוקשות, אשר מסתמכים על הליבה של סיבים קשיחים epoxy הליבה, תת-שכבות גמישות מאפשרות לדירקטוריון להתנדנדנד, לסובב, ולתקפל לצורות תלת-ממדיות מורכבות.

בניית הליבה של PCB גמיש מורכב שכבת נחושת התנהגותית (בדרך כלל 1 oz או 0.5 oz) מחובר תת-קרקעי גמישה באמצעות adhesive או adhesive תהליך הליהוק חסר דביק. a מכסה מגן - לעתים קרובות סרט פוליimide עם דבק - תחליף את המסכה הנמכרת בשימוש על לוחות קשיחים, מתן בידוד חשמלי והגנה מכנית לעתים קרובות יותר ויותר.

PCB גמיש יכול להיות חד-צדדי, כפול, או רב-שכבות. בעיצובים מהירים, מעגלים מרובד סטרפלקס לעתים קרובות לשלב קטעים קשיחים (מפרק קשיח) שבו רכיבים רכובים, בעוד האזורים הגמישים משמשים כקשרים בין אזורים קשיחים. גישה היברידית זו משלבת את היציבות המבנית הנדרשת עבור מחברים ורכיבים כבדים עם היתרונות של חיתוך גמיש.

יתרונות ב High-Speed Applications

אופטימיזציה לחלל

היתרון המיידי ביותר של שימוש ב- PCB גמישים בעיצובים מהירים הוא ההפחתה הדרמטית בנפח הפיזי.עיגול גמיש יחיד יכול להחליף רתום שלם של חוטי דיסקרטי ומחברים, חיסול רוב הכבלים הרבים והקלה לזנים המשויכים שלהם.ביישומים כגון מודולים מכ"ם קומפקטיים או אנטנה בשלב בשלב בשלבי-ארי, היכולת לקפל את ה-BP או L-P מאפשרת את ה-P לעקוף את רכיבי האוויר המקיפים אחרים באופן יעיל יותר, באופן אחר, באופן שונה.

חיסכון חלל גם מגיע מחיסול מחברים ראשיים ולוחם המקביל שלהם לוח-לboard wiring. עיצוב גמיש נוקשה יכול לנתב אותות ישירות מאזור נוקשה אחד למשנהו דרך שכבת גמישה דק, לחסוך לא רק נפח אלא גם את הסיכון העלות והאמינות של ממשקי חיבור מרובים.בשכר לווייני, שבו כל סנטימטר מעוקב מוקצה, היתרון הזה מתורגם ישירות לתפקוד מופחת או להשקה המונית מופחתת.

המונחים: integrity Enhancement

אותות דיגיטליים ורדיו מהירים רגישים מאוד להפסקת אש, קרוסטור, ושיקום הפרעות נתיב. PCB גמיש מציעים באופן טבעי נתיבי אות קצרים יותר בין מכשירים כי הם יכולים להיות מנוסים ישירות ללא הtours הנדרשים על ידי לוחות נוקשים המגבילים על ידי מיקום המחבר. עקבות קצרים יותר להפחית את עיכוב ההדבקה ולמזער את ההזדמנות להפיכה רעש חיצוני.

תת-סטריטים גמישים גם מציגים קבועים דיאלקטריים נמוכים (Dk) וגורמי פירוק (Df) בהשוואה ל- FR-4 סטנדרטי.לדוגמה, לפולימנימיד יש Dk של בערך 3.5 ב-1 GHz, בעוד טווחים טיפוסיים של FR-4 מ-4.2 עד 4.8.Dk נמוך יותר מאפשרים סימנים רחבים יותר עבור מעצורים אופייניים, צמצום של הפסדים מנוגדים.

הפרעה אלקטרומגנטית (EMI) מופחת גם כי מעגלים גמישים יכולים לשלב מטוסים קרקעיים רצופים לעקוב אחר רדיוס הנדנדגן.בניגוד לחבילות חוטים, שבו חוטים בודדים יש אזורים לולאה בלתי מבוקרת, מעגל גמיש עם שכבת קרקע משולבת מספק נתיב החזרה מבוקר כי מדכא פליטות קורנות.

ירידה במשקל

בתחום התעופה, ההגנה והמכשירים הרפואיים הניידים, כל חומרת ה-PCB גמישה מבטלת את משקל הדיור המחבר, בידוד חוט, וקשרי כבל.הפולימניד משנה את עצמו הרבה יותר קל מ- FR-4; עיצוב גמיש של 4 שכבות רגיל יכול להיות 40-60% יותר מאשר פונקציה שווה ערך שמיושמת עם לוחות קשיחים ומשקל קנונית זה מרחיב את החיים ישירות בסוללות או קיבולת חסימת כלי רחפנים.

עיצוב Flexibility

היכולת לעצב את לוח המעגל כדי להתאים את המעטפה המכנית הזמינה פותחת אפשרויות עיצוב חדשות.לדוגמה, מודול מצלמה במהירות גבוהה עשוי לדרוש חיישן התמונה להיות ממוקם על מטוס אחד בעוד אלקטרוניקה עיבוד יושב על מטוס אורטוקונאל. a נוקשה-flex יכול להתאים את זה עם שרביט 90 מעלות באזור גמיש, שמירה על שלמות מעבר דומה, אלקטרוניקה לביש, את המעגל נוקשה יכול להתאים את הגוף נוח עדיין מסוגל להתאים את הביצועים של עיצובים נוח.

גמישות זו גם מפשטת את הרכב.רכב חד-מפלקס יכול להחליף מספר רב של תת-מינים, צמצום מספר החיבורים ואת נקודות הכישלון הקשורות. הרכב האוטומטי אפשרי כי החלקים הנוקשות ניתן לטפל על ידי ציוד בחירה סטנדרטי ומיקום, בעוד החלקים ה גמישים פשוט התגלגלו או מתקפלים לאחר הרכיבים נמכרים.

דרישות עיצוב עבור PCBs גמישים

בחירה חומרית

הבחירה של חומר תת-סטריט היא קריטית לביצועים גבוהים של קידוד, בעוד פולימד סטנדרטי (למשל, DuPont Kapton) משמש נרחב בשל יציבות תרמית שלה (טווח מ -65 ° C ל +300 ° C) ונכסים מכניים טובים, לחות dielectric שלה dielectric הפסד טנgent (סביב 0.002-0.005 ב 10GHz) עשוי להיות גבוה מדי עבור מילימטרים נמוכים יותר, כמו 2.92K) חומרים גמישים (p) כמו חומרים גמישים) כמו גם על פני GHz נמוך מאוד).

סוג של סיכול קופר גם משנה.אלקטרודישוי (ED) נחושת יש משטח גס יותר שיכול לגרום לאובדן מנצח מוגבר בתדרים גבוהים בשל אפקט העור.רורד-אןד (RA) נחושת יש משטח חלק יותר והמשך טוב יותר, מה שהופך אותו לבחירה עבור יישומים דינמית flex ו עיצובים גבוהים.

שליטה ו- Layer Stackup

שמירה על אימפולסים אופייניים בתוך ±5% חיונית עבור קישורים סדרתיים מהירים כגון PCIe Gen 4/5, USB 3.x, או HDMI.האימפולס של מיקרו-סטריפ או פסטה על תת-מפלקס תלוי קבוע dielectric, גובה הדיאלקטרי מעל המטוס הקרקע, את העקב, ואת עובי נחושת.

עבור אימת מבוקר, מעגל גמיש חייב לכלול מטוס התייחסות ישירות מתחת לשרידים האות. ב גמיש חד-צדדי, מטוס קרקע ניתן להדפיס בצד השני של תת-קרקעית.עבור ריבוי שכבות, שכבות קרקע פנימיות לספק את ההתייחסות. Vias בין שכבות יש להציב בזהירות כדי למנוע הפסקת אש. כאשר עקבות מקטע נוקשה לגמישות, שינוי פנימי יכול להיות מותאם אישית כדי לשמור על הממשק קבוע, יש צורך לשנות את המשתנים.

שכבת הקונפדרציה ו-Bel Radius

מעגלים גמישים של Multilayer (עם 4, 6, או יותר שכבות) יכולים לנהל חסימה מורכבת, אבל כל שכבה נוספת מפחיתה גמישות.רדיוס הנדק הסטטי המינימלי עבור flex יחיד הוא בדרך כלל 6× עובי הכולל; עבור flex דינמי, זה קופץ עד 20 × או יותר. מעצבים חייבים לחשב את רדיוס הנדק מבוסס על מספר השכבות ואת עובי כדי למנוע סדקים או detrain להיות דינמיקה של פחות × טמפרטורה הוא יהיה על גבי 50 × טמפרטורה × לפחות.

כאשר ניתוק אותות במהירות גבוהה דרך הנדנדה, יש צורך לחדד את העקבות לציר הנדנדנד ולא מקבילה.אם עקבות חייבים לחצות את הנדנדנד, זה צריך להיות רחב ככל האפשר (עם מגבלות אימפולס) כדי להפחית את הריכוז. סטיות סטיות סטיות סטיות סטיות - שבו עקבות על שכבות סמוכים הם כבויים - לעזור להפיץ מתח מכני.

קישורים ו Terminations

בחירה של Connector היא נקודה חלשה נפוצה בעיצובים מהירים גמישים.מחברי לוח נמוך ל- flex עם אנשי קשר של מוטציות מבוקרות (כגון Hirose DF40 או Samtec FCI) לשמור על איכות האות בממשק.קרקע בעלת חתימה נמוכה (GS) עדשות מגע ממזערות את הנקה ואת crosstalk. עבור תדרים גבוהים מאוד (מעל 20a), יכול להיות מחובר ישירות microsiicsicsics (מפרקטיקן) כדי למנוע קישור ישיר microcoericsicsicsic) יכול להיות צורך microcoericsicsicsicsicsicsics חייב להיות צורך כדי למנוע את צינורות תקשורת microtrad.

יש לקחת את הטיפול כאשר מיישם את המעגל ה גמיש כי המעבר מן תת-קרקעי גמיש לחבר נוקשה כרוך שינוי פתאומי קבוע dielectric. a stub-free back-drilled באמצעות עיצוב או מפלט קרקע מותאם אישית מותאם עבור התאמה אימפולסיבית יכול להפחית השתקפות.במקרים מסוימים, מעגל גמיש עצמו יכול להיות מופסק עם גוף מתואם מעוצב המשלב את המטוס, מתן נתיב מתמשך.

ניהול ארס

מעגלים מהירים גבוהים מייצרים חום, ו substrates גמישים בדרך כלל יש מוליכות תרמית נמוכה (כ 0.12-0.15 W / mK עבור פולימד) בהשוואה FR-4 (0.25–0.3 W / mK) עבור עיצובים בעלי כוח, שילוב תרמי באמצעות מצעים נוקשים יותר - באמצעות השכבות להתחבר למתכת קרקעית - יכול לעזור dissatesupatesives, כלומר, בתנאי חום חזק יותר (במקום זה יכול להיות גמיש) עם קצת יותר, או חום חזק יותר, במקום זאת, עם חום חזק יותר, או חום חזק יותר, בתוך מצופה).

יישומים בחלל וטכנולוגיה גבוהה

מערכות לוויין ואוויר

מטענים לוויין דורשים חיבורים קומפקטיים וקלים המסוגלים לשרוד את הרטט ואת האופניים התרמיים הקיצוניים. PCB גמישים משמשים לוחות ניתנים לפרוס – כגון מנגנוני כונן סולריים ומשקף אנטנה – שם המעגל חייב להיות מקופל במהלך העוקץ ולאחר מכן לפעול לאחר פריסה.לדוגמה, ה-FLT:0A SmallSat Plantstual PartnershipFLT:1), לעתים קרובות מפעילה מעגלים נוקשים בתקשורת בגודל של קוסובייקט (S) עם אותות בתדר נמוך (מפרקים) עם תדר נמוך יותר (מפרק כפול (מפרקים).

מכשירים תקשורתיים גבוהים

ב- 5G בסיס אנטנה מערך ומודולים אחוריים מיקרוגל, PCB גמישים מאפשרים שילוב קומפקטי של מודולים מרובים / קבלה (TR) . A 64-element שלבd עשוי לדרוש מאות חיבורי RF; באמצעות עיצוב רב-שכבות נוקשה-מדומה מפחית את מספר ה-MRIs בודדים וסימולציות כפולות.היכולת לכופף את המעגל הגמישות סביב החום ואספקת החשמל מאפשרת יחידות קירור בגודל של 1B.

ציוד אשפוז רפואי מיני

Endoscopes, בדיקות אולטרסאונד ניידות, ואת מכשירי הדמיה המבוססים על Ctheter מסתמכים על מעגלים גמישים כדי להביא נתונים במהירות גבוהה מראש חיישן ליחידת העיבוד.הטר הקטן של catheter (לעתים פחות מ 2 מ"מ) יכול להכיל מעגל רב-שכבת עם אותות מיקרו-via מוטבע כדי לנתב אותות עיבוד גבוהה.

רובוטיקה מתקדמת

רובוטים עם מפרקים מבוטחים - במיוחד רובוטים שיתופיים (cobots) או רובוטים כירורגיים - אותות מהירים וכוח מתנפחים על פני צירים נעים. PCB גמיש יכול לשמש כתחליף כבל לזרוע, נושאת נתונים במהירות גבוהה קודר, אותות בקרה מוטוריים, וכוח בתוך לוח שטוח יחיד.

שיקולים של ייצור ושמירה

הפחתת גמישות מהירה PCB דורש סובלנות מרקד חזק יותר מאשר לוחות קשיחים.דמיית לייזר ישירה (LDI) משמש בדרך כלל כדי להשיג פתרון קו בסדר (הקדמה ל 75 מיקרומטר קו / מרחב) מושכת של פולימאיד עבור היווצרות הוא מעדיף על ידי קידוח מכני כדי למנוע בורסים שיכולים ליצור וריאציות מרתיעות.

בדיקות לביצועים מהירים הולך מעבר לבדיקות המשכיות.זמן דומיין רפיאומטריה (TDR) מדידות משמשות כדי לאמת פרופילים של מוטציות לאורך עקבות קריטיות. בדיקת דיאגרמות עיניים בקצב התפעול מבטיח שהקישור יכול לעמוד בקצב השגיאה הנדרש (BER) עבור עיצובים RF, וריאציות רשת וקטור (VNA) של S-paras לאמת את אובדן והפסד החזרה.

אמינות בסביבות דינמיות דורשות תשומת לב זהירה לאזור הנדנדה.יש לחלק את עקבות הנחושה – חורבות חדות – ואת המכסה צריך להיות חופשי בועות.בדיקות סביבתיות כולל רכיבה תרמית (-55°C ל +125 ° C עבור 1000 מחזורים) ו רטט (20–2000 הרץ ב-20g) הוא סטנדרטי עבור מעגלים גמישים של מחזורי אווירור.

מגמות עתידיות

הביקוש לשיעורי נתונים גבוהים יותר (למשל, 112 Gbps PAM-4) דוחף את המעטפה עבור חומרים גמישים PCB.מחקר לתוך דיוולים מבוססי גראפן ופרשים נחושת אולטרה-תנין (12 μm או פחות) עשוי עוד להפחית הפסדים.טכניקות ייצור אדקטי, כגון הדפסה של עקבות התנהגותיות על תת-שכבות גמישות, יכול לאפשר הסתברות מהירה של מעגלים מהירים, אך ורקדבנים מתקדמים, אך ורק עבור ביצועים מתקדמים.

מגמה נוספת היא שילוב של רכיבים פעילים ישירות לתוך תת-קרקעי גמיש באמצעות טכנולוגיית מוות משובצת. על ידי הטמעת ADC במהירות גבוהה או מגבר בתוך שכבות הגמישות, את אורך החיבור ניתן להפחית עד אפס, חיסול אינדוקציות parasitic ושיפור רוחב פס. גישה זו נחקרת עבור מחסניות הדמיה גלימות מילימטר ודור הבא של דברים (IoT) לא חיישן.

מסקנה

PCB גמישים אינם רק פתרון נישה לחיבורים פשוטים; הם הפכו לטכנולוגיה קריטית המאפשרת יישומים מהירים, חללים מאומנים. על ידי הצעת חיסכון בחלל, יושרה אות, ירידה במשקל, וחירות עיצוב, הם מאפשרים למהנדסים לבנות מערכות קטנות יותר, מהירות יותר, ואמינות יותר ביישומים תובעניים אלה דורשות תשומת לב זהירה למבחר חומרים, חסימת שליטה, ערימה, להיות ערימה, מהירות, כמו גם שיעורי עיצוב גבוהים יותר, ועוד.

עבור מהנדסים יוצאים עיצוב מהיר חדש, שותף עם יצרן מעגלי גמיש מוקדם בתהליך הוא חיוני.משאבים כגון FLT:0.IPC-2223 סטנדרטי עבור עיצוב מעגלים גמישים עיצוב המעגלים מסגרת 1 והערות יישומים של ספקים חומריים (למשל, DuPont Pyralux או רוג'רס Corporation) מספקים הנחיות מפורטות להשגת הצלחה ראשונה בקנה מידה זה, אך מאתגר טכנולוגיה זו.