درک ساختار PCB انعطاف‌پذیر-سخت: لایه‌ها، اجزا و چگونگی توانمندسازی آن‌ها برای الکترونیک‌های چندمنظوره

بردهای مدار چاپی انعطاف‌پذیر-سخت، طراحی الکترونیک‌های فشرده و بادوام را متحول کرده‌اند—از تلفن‌های هوشمند تاشو گرفته تا ماژول‌های حسگر خودرو—با ترکیب پایداری ساختاری بردهای مدار چاپی سخت با انعطاف‌پذیری مدارهای انعطاف‌پذیر. برخلاف بردهای مدار چاپی سخت سنتی (شکل ثابت) یا بردهای مدار چاپی فقط انعطاف‌پذیر (تعداد لایه‌های محدود)، طرح‌های انعطاف‌پذیر-سخت هر دو قالب را در یک ساختار یکپارچه و بدون درز ادغام می‌کنند. اما تطبیق‌پذیری آن‌ها به یک معماری لایه‌ای دقیق بستگی دارد: هر مؤلفه—از زیرلایه‌های انعطاف‌پذیر گرفته تا پیوندهای چسبنده—نقشی حیاتی در ایجاد تعادل بین انعطاف‌پذیری، استحکام و عملکرد الکتریکی ایفا می‌کند.

این راهنما ساختار بردهای مدار چاپی انعطاف‌پذیر-سخت را رمزگشایی می‌کند و هدف هر لایه، انتخاب مواد و نحوه عملکرد آن‌ها با یکدیگر را شرح می‌دهد. ما ساختارهای انعطاف‌پذیر-سخت را با جایگزین‌های سخت و فقط انعطاف‌پذیر مقایسه می‌کنیم، ملاحظات کلیدی طراحی را بررسی می‌کنیم و توضیح می‌دهیم که چگونه انتخاب‌های ساختاری بر کاربردهای دنیای واقعی تأثیر می‌گذارند. چه در حال طراحی برای دستگاه‌های پوشیدنی، هوافضا یا سیستم‌های خودرو باشید، درک ساختار بردهای مدار چاپی انعطاف‌پذیر-سخت به شما کمک می‌کند محصولاتی کوچکتر، سبک‌تر و قابل اطمینان‌تر ایجاد کنید.

نکات کلیدی
1. ساختار ترکیبی: بردهای مدار چاپی انعطاف‌پذیر-سخت، بخش‌های سخت (برای نصب مؤلفه‌ها) و بخش‌های انعطاف‌پذیر (برای خم شدن) را در یک برد یکپارچه ترکیب می‌کنند و نیاز به کانکتورها را بین بردهای مدار چاپی جداگانه از بین می‌برند.
2. معماری لایه‌ای: مؤلفه‌های اصلی شامل زیرلایه‌های انعطاف‌پذیر (پلی‌ایمید)، زیرلایه‌های سخت (FR-4)، ردیابی‌های مسی، چسب‌ها و پوشش‌های محافظ هستند—که هر کدام برای دوام و عملکرد انتخاب شده‌اند.
3. محرک‌های انعطاف‌پذیری: ساختار بخش انعطاف‌پذیر (زیرلایه‌های نازک، مس انعطاف‌پذیر) امکان بیش از 10000 چرخه خم شدن را بدون ترک خوردن ردیابی فراهم می‌کند که برای کاربردهای پویا حیاتی است.
4. محرک‌های استحکام: بخش‌های سخت از زیرلایه‌های ضخیم‌تر و لایه‌های تقویت‌کننده برای پشتیبانی از مؤلفه‌های سنگین (به عنوان مثال، BGAs، کانکتورها) و مقاومت در برابر تنش مکانیکی استفاده می‌کنند.
5. مزایای هزینه: در حالی که ساخت آن پیچیده‌تر است، ساختارهای انعطاف‌پذیر-سخت هزینه‌های مونتاژ را 30 تا 50 درصد کاهش می‌دهند (کانکتورهای کمتر، سیم‌کشی کمتر) و قابلیت اطمینان را با حذف نقاط خرابی بهبود می‌بخشند.

ساختار اساسی یک برد مدار چاپی انعطاف‌پذیر-سخت
ساختار یک برد مدار چاپی انعطاف‌پذیر-سخت با دو بخش متمایز اما یکپارچه تعریف می‌شود: بخش‌های سخت (برای پایداری) و بخش‌های انعطاف‌پذیر (برای انعطاف‌پذیری). این بخش‌ها لایه‌های مشترک (به عنوان مثال، ردیابی‌های مسی) را به اشتراک می‌گذارند، اما در مواد و ضخامت زیرلایه متفاوت هستند تا نقش‌های منحصربه‌فرد خود را انجام دهند.
در زیر، تجزیه‌ای از مؤلفه‌های اصلی، از داخلی‌ترین لایه تا بیرونی‌ترین پوشش محافظ آورده شده است.

1. زیرلایه‌های هسته: بنیاد سختی و انعطاف‌پذیری
زیرلایه‌ها لایه‌های پایه غیر رسانا هستند که از ردیابی‌های مسی پشتیبانی می‌کنند. بخش‌های سخت و انعطاف‌پذیر از زیرلایه‌های مختلف برای ایجاد تعادل بین استحکام و انعطاف‌پذیری استفاده می‌کنند.

زیرلایه‌های بخش انعطاف‌پذیر
بخش‌های انعطاف‌پذیر به پلیمرهای نازک و بادوام متکی هستند که در برابر خم شدن مکرر مقاومت می‌کنند:
 ماده اصلی: پلی‌ایمید (PI): استاندارد صنعتی برای زیرلایه‌های انعطاف‌پذیر، پلی‌ایمید ارائه می‌دهد:
     مقاومت در برابر دما: -269 درجه سانتی‌گراد تا 300 درجه سانتی‌گراد (در برابر لحیم‌کاری مجدد و محیط‌های سخت مقاومت می‌کند).
     انعطاف‌پذیری: می‌تواند به شعاع‌هایی به کوچکی 5 برابر ضخامت خود خم شود (به عنوان مثال، یک لایه PI 50 میکرومتر به شعاع 250 میکرومتر خم می‌شود).
     مقاومت شیمیایی: نسبت به روغن‌ها، حلال‌ها و رطوبت بی‌اثر است—ایده‌آل برای استفاده در خودرو و صنعت.
 ضخامت: معمولاً 25 تا 125 میکرومتر (1 تا 5 میل)؛ زیرلایه‌های نازک‌تر (25 تا 50 میکرومتر) امکان خم شدن‌های محکم‌تر را فراهم می‌کنند، در حالی که ضخیم‌تر (100 تا 125 میکرومتر) پایداری بیشتری را برای بخش‌های انعطاف‌پذیر طولانی‌تر ارائه می‌دهند.
 جایگزین‌ها: برای کاربردهای با دمای بسیار بالا (200 درجه سانتی‌گراد +)، از پلیمر کریستال مایع (LCP) استفاده می‌شود—اگرچه گران‌تر از پلی‌ایمید است.

زیرلایه‌های بخش سخت
بخش‌های سخت از مواد سخت و تقویت‌شده برای پشتیبانی از مؤلفه‌ها و مقاومت در برابر تنش استفاده می‌کنند:
 ماده اصلی: FR-4: یک لمینت اپوکسی تقویت‌شده با شیشه که ارائه می‌دهد:
     استحکام مکانیکی: از مؤلفه‌های سنگین (به عنوان مثال، BGAs 10 گرمی) پشتیبانی می‌کند و در برابر تاب برداشتن در حین مونتاژ مقاومت می‌کند.
     مقرون به صرفه بودن: مقرون به صرفه‌ترین زیرلایه سخت، مناسب برای کاربردهای مصرفی و صنعتی.
     عایق الکتریکی: مقاومت حجمی >10¹⁴ Ω·cm، جلوگیری از اتصال کوتاه بین ردیابی‌ها.
 ضخامت: 0.8 تا 3.2 میلی‌متر (31 تا 125 میل)؛ زیرلایه‌های ضخیم‌تر (1.6 تا 3.2 میلی‌متر) از مؤلفه‌های بزرگتر پشتیبانی می‌کنند، در حالی که نازک‌تر (0.8 میلی‌متر) برای طرح‌های فشرده (به عنوان مثال، دستگاه‌های پوشیدنی) استفاده می‌شوند.
 جایگزین‌ها: برای کاربردهای با فرکانس بالا (5G، رادار)، Rogers 4350 (یک لمینت با تلفات کم) جایگزین FR-4 می‌شود تا تضعیف سیگنال را به حداقل برساند.

2. ردیابی‌های مسی: مسیرهای رسانا در سراسر بخش‌ها
ردیابی‌های مسی سیگنال‌های الکتریکی و توان را بین مؤلفه‌ها حمل می‌کنند و هر دو بخش سخت و انعطاف‌پذیر را پوشش می‌دهند. ساختار آن‌ها کمی متفاوت است تا انعطاف‌پذیری در بخش‌های انعطاف‌پذیر را در خود جای دهد.

مس بخش انعطاف‌پذیر
بخش‌های انعطاف‌پذیر به مس انعطاف‌پذیر نیاز دارند که در برابر ترک خوردن در حین خم شدن مقاومت کند:
 نوع: مس نورد-بازپخت (RA): بازپخت (عملیات حرارتی) مس RA را انعطاف‌پذیر می‌کند و امکان بیش از 10000 چرخه خم شدن (خم شدن 180 درجه) را بدون خرابی فراهم می‌کند.
 ضخامت: 12 تا 35 میکرومتر (0.5 تا 1.4 اونس)؛ مس نازک‌تر (12 تا 18 میکرومتر) راحت‌تر خم می‌شود، در حالی که ضخیم‌تر (35 میکرومتر) جریان‌های بالاتری را حمل می‌کند (تا 3 آمپر برای یک ردیابی 0.2 میلی‌متری).
 طراحی الگو: ردیابی‌ها در بخش‌های انعطاف‌پذیر از زوایای منحنی یا 45 درجه (نه 90 درجه) برای توزیع تنش استفاده می‌کنند—زوایای 90 درجه به عنوان نقاط تنش عمل می‌کنند و پس از خم شدن مکرر ترک می‌خورند.

مس بخش سخت
بخش‌های سخت، ظرفیت جریان و سهولت ساخت را در اولویت قرار می‌دهند:
 نوع: مس رسوب‌گذاری شده الکتریکی (ED): مس ED نسبت به مس RA انعطاف‌پذیری کمتری دارد، اما ارزان‌تر است و الگوسازی آن برای مدارهای متراکم آسان‌تر است.
 ضخامت: 18 تا 70 میکرومتر (0.7 تا 2.8 اونس)؛ مس ضخیم‌تر (35 تا 70 میکرومتر) برای ردیابی‌های توان (به عنوان مثال، 5 آمپر + در ECUs خودرو) استفاده می‌شود.
 طراحی الگو: زوایای 90 درجه قابل قبول هستند، زیرا بخش‌های سخت خم نمی‌شوند—امکان مسیریابی ردیابی متراکم‌تر برای مؤلفه‌هایی مانند QFP و BGA را فراهم می‌کنند.

3. چسب‌ها: اتصال بخش‌های سخت و انعطاف‌پذیر
چسب‌ها برای ادغام بخش‌های سخت و انعطاف‌پذیر در یک برد واحد حیاتی هستند. آن‌ها باید مواد نامشابه (پلی‌ایمید و FR-4) را به هم متصل کنند و در عین حال انعطاف‌پذیری را در بخش‌های انعطاف‌پذیر حفظ کنند.

الزامات کلیدی چسب
 انعطاف‌پذیری: چسب‌ها در بخش‌های انعطاف‌پذیر باید بدون ترک خوردن کشیده شوند (≥100٪ کشیدگی)—در غیر این صورت، در حین خم شدن پوسته‌پوسته می‌شوند.
 مقاومت در برابر دما: مقاومت در برابر لحیم‌کاری مجدد (240 تا 260 درجه سانتی‌گراد) و دمای عملیاتی (-40 درجه سانتی‌گراد تا 125 درجه سانتی‌گراد برای اکثر کاربردها).
 استحکام چسبندگی: استحکام پیوند ≥1.5 N/mm (طبق IPC-TM-650) برای جلوگیری از جدا شدن لایه‌ها.

انواع چسب‌های رایج

یادداشت‌های کاربردی
 چسب‌ها به عنوان فیلم‌های نازک (25 تا 50 میکرومتر) اعمال می‌شوند تا از افزودن حجم به بخش‌های انعطاف‌پذیر جلوگیری شود.
 در طرح‌های انعطاف‌پذیر-سخت «بدون چسب» (که برای کاربردهای با فرکانس بالا استفاده می‌شود)، مس مستقیماً بدون چسب به پلی‌ایمید متصل می‌شود—کاهش تلفات سیگنال اما افزایش هزینه.

4. ماسک لحیم‌کاری: محافظت از ردیابی‌ها و فعال کردن لحیم‌کاری
ماسک لحیم‌کاری یک پوشش پلیمری محافظ است که هم بر روی بخش‌های سخت و هم بر روی بخش‌های انعطاف‌پذیر اعمال می‌شود تا:
 از اتصال کوتاه بین ردیابی‌های مجاور جلوگیری شود.
 از مس در برابر اکسیداسیون و خوردگی محافظت شود.
 مناطقی را که لحیم‌کاری در آن می‌چسبد (پدها) در حین مونتاژ تعریف کند.

ماسک لحیم‌کاری بخش انعطاف‌پذیر
بخش‌های انعطاف‌پذیر به ماسک لحیم‌کاری نیاز دارند که بدون ترک خوردن خم شود:
 ماده: ماسک لحیم‌کاری بر پایه پلی‌ایمید: ≥100٪ کشیده می‌شود و در حین خم شدن چسبندگی را حفظ می‌کند.
 ضخامت: 25 تا 38 میکرومتر (1 تا 1.5 میل)؛ ماسک نازک‌تر (25 میکرومتر) راحت‌تر خم می‌شود اما محافظت کمتری ارائه می‌دهد.
 رنگ: شفاف یا سبز—ماسک شفاف برای دستگاه‌های پوشیدنی که در آن زیبایی‌شناسی مهم است استفاده می‌شود.

ماسک لحیم‌کاری بخش سخت
بخش‌های سخت از ماسک لحیم‌کاری استاندارد برای صرفه‌جویی در هزینه و دوام استفاده می‌کنند:
 ماده: ماسک لحیم‌کاری بر پایه اپوکسی: سخت اما بادوام، با مقاومت شیمیایی عالی.
 ضخامت: 38 تا 50 میکرومتر (1.5 تا 2 میل)؛ ماسک ضخیم‌تر محافظت بهتری را برای کاربردهای صنعتی ارائه می‌دهد.
 رنگ: سبز (رایج‌ترین)، آبی یا سیاه—سبز برای سازگاری AOI (بازرسی نوری خودکار) ترجیح داده می‌شود.

5. پوشش سطح: اطمینان از لحیم‌کاری و مقاومت در برابر خوردگی
پوشش‌های سطح بر روی پدهای مسی در معرض (در هر دو بخش) اعمال می‌شوند تا لحیم‌کاری را بهبود بخشند و از اکسیداسیون جلوگیری کنند.
پوشش‌های رایج برای بردهای مدار چاپی انعطاف‌پذیر-سخت

انتخاب‌های خاص بخش
 بخش‌های انعطاف‌پذیر اغلب از ENIG استفاده می‌کنند: انعطاف‌پذیری طلا در برابر خم شدن مقاومت می‌کند و نیکل از انتشار مس در مفصل لحیم‌کاری جلوگیری می‌کند.
 بخش‌های سخت ممکن است از HASL برای صرفه‌جویی در هزینه استفاده کنند—اگرچه ENIG برای مؤلفه‌های با گام ریز ترجیح داده می‌شود.

6. لایه‌های تقویت‌کننده (اختیاری): افزودن استحکام به مناطق بحرانی
لایه‌های تقویت‌کننده اختیاری هستند اما در بردهای مدار چاپی انعطاف‌پذیر-سخت برای افزودن استحکام به مناطق با استرس بالا رایج هستند:
موقعیت: در مناطق انتقال انعطاف‌پذیر-سخت (جایی که تنش خمشی بالاترین است) یا زیر مؤلفه‌های سنگین (به عنوان مثال، کانکتورها) در بخش‌های سخت اعمال می‌شود.
مواد:
   پارچه کولار یا شیشه: پارچه‌های نازک و انعطاف‌پذیر که به بخش‌های انعطاف‌پذیر متصل می‌شوند تا از پارگی جلوگیری شود.
   نوارهای FR-4 نازک: به بخش‌های سخت زیر کانکتورها اضافه می‌شود تا در برابر تنش مکانیکی در حین جفت‌گیری/جدا شدن مقاومت کنند.
ضخامت: 25 تا 100 میکرومتر—به اندازه کافی ضخیم برای افزودن استحکام بدون کاهش انعطاف‌پذیری.

بردهای مدار چاپی انعطاف‌پذیر-سخت در مقابل سخت در مقابل فقط انعطاف‌پذیر: مقایسه ساختاری
برای درک اینکه چرا بردهای مدار چاپی انعطاف‌پذیر-سخت در کاربردهای خاص برتری دارند، ساختارهای آن‌ها را با جایگزین‌های سنتی مقایسه کنید:

مزایای ساختاری کلیدی انعطاف‌پذیر-سخت
1. بدون کانکتور: ادغام بخش‌های سخت و انعطاف‌پذیر، 2 تا 10 کانکتور در هر برد را حذف می‌کند و زمان مونتاژ و نقاط خرابی را کاهش می‌دهد (کانکتورها علت اصلی خرابی بردهای مدار چاپی هستند).
2. راندمان فضا: بردهای مدار چاپی انعطاف‌پذیر-سخت در 30 تا 50 درصد حجم کمتری نسبت به سیستم‌های سخت چند بردی قرار می‌گیرند—برای دستگاه‌های پوشیدنی و ماژول‌های حسگر خودرو حیاتی است.
3. صرفه‌جویی در وزن: 20 تا 40 درصد سبک‌تر از سیستم‌های چند بردی سخت، به لطف مؤلفه‌ها و سیم‌کشی کمتر.

چگونه ساختار انعطاف‌پذیر-سخت بر عملکرد و قابلیت اطمینان تأثیر می‌گذارد
هر انتخاب ساختاری—از ضخامت زیرلایه تا نوع مس—مستقیماً بر نحوه عملکرد یک برد مدار چاپی انعطاف‌پذیر-سخت در کاربردهای دنیای واقعی تأثیر می‌گذارد. در زیر معیارهای عملکرد کلیدی و محرک‌های ساختاری آن‌ها آورده شده است:
1. انعطاف‌پذیری و دوام
محرک: ضخامت زیرلایه بخش انعطاف‌پذیر و نوع مس. یک زیرلایه پلی‌ایمید 50 میکرومتری با مس RA 18 میکرومتری به شعاع 250 میکرومتر خم می‌شود و بیش از 15000 چرخه را تحمل می‌کند.
خطر خرابی: استفاده از مس ED در بخش‌های انعطاف‌پذیر باعث ترک خوردن ردیابی‌ها پس از 1000 تا 2000 چرخه می‌شود—مس RA برای کاربردهای پویا غیرقابل مذاکره است.

مثال کاربردی: لولای یک تلفن هوشمند تاشو از یک بخش انعطاف‌پذیر پلی‌ایمید 50 میکرومتری با مس RA 18 میکرومتری استفاده می‌کند و امکان 200000+ تاخوردگی (طول عمر معمولی یک دستگاه تاشو) را فراهم می‌کند.

2. یکپارچگی سیگنال
محرک: انتخاب مواد زیرلایه و چسب. پلی‌ایمید دارای تلفات دی‌الکتریک کم (Df <0.002 در 10 گیگاهرتز) است که آن را برای سیگنال‌های با فرکانس بالا ایده‌آل می‌کند.کاهش ریسک: طرح‌های بدون چسب (بدون چسب بین مس و پلی‌ایمید) تلفات سیگنال را 30٪ در مقابل طرح‌های مبتنی بر چسب کاهش می‌دهند—برای 5G و رادار حیاتی است.
مثال کاربردی: برد مدار چاپی انعطاف‌پذیر-سخت یک ایستگاه پایه 5G از بخش‌های انعطاف‌پذیر پلی‌ایمید بدون چسب برای حفظ یکپارچگی سیگنال برای سیگنال‌های mmWave 28 گیگاهرتز استفاده می‌کند.

3. مدیریت حرارتی

محرک: ضخامت مس و طراحی بخش سخت. مس ضخیم (35 تا 70 میکرومتر) در بخش‌های سخت، گرما را از مؤلفه‌های توان (به عنوان مثال، تنظیم‌کننده‌های ولتاژ) دفع می‌کند.
بهبود: ویاهای حرارتی (قطر 0.3 میلی‌متر) در بخش‌های سخت، گرما را از مؤلفه‌ها به صفحات مسی داخلی منتقل می‌کنند—کاهش دمای اتصال 15 تا 25 درجه سانتی‌گراد.
مثال کاربردی: برد مدار چاپی انعطاف‌پذیر-سخت اینورتر EV خودرو از مس 70 میکرومتری در بخش‌های سخت و ویاهای حرارتی برای مدیریت 100 وات گرما از IGBTها استفاده می‌کند.

4. استحکام مکانیکی

محرک: ضخامت بخش سخت و لایه‌های تقویت‌کننده. یک بخش سخت FR-4 1.6 میلی‌متری از یک کانکتور 20 گرمی بدون تاب برداشتن پشتیبانی می‌کند.
طراحی منطقه انتقال: لایه‌های تقویت‌کننده (کولار) در انتقال‌های انعطاف‌پذیر-سخت، تنش را 40٪ کاهش می‌دهند و از جدا شدن جلوگیری می‌کنند.
مثال کاربردی: برد مدار چاپی انعطاف‌پذیر-سخت یک حسگر هوافضا از بخش‌های سخت FR-4 3.2 میلی‌متری و تقویت‌کننده کولار برای مقاومت در برابر لرزش 50G (طبق MIL-STD-883) استفاده می‌کند.

ملاحظات کلیدی طراحی برای ساختار برد مدار چاپی انعطاف‌پذیر-سخت

هنگام طراحی یک برد مدار چاپی انعطاف‌پذیر-سخت، انتخاب‌های ساختاری باید با نیازهای کاربردی همسو شوند. در زیر ملاحظات مهم آورده شده است:
1. مناطق انتقال انعطاف‌پذیر-سخت را تعریف کنید
موقعیت: انتقال‌ها را 2 تا 5 میلی‌متر دورتر از مؤلفه‌ها قرار دهید—مؤلفه‌ها نزدیک به انتقال‌ها در حین خم شدن تنش را تجربه می‌کنند.
شعاع: حداقل شعاع خم برای بخش‌های انعطاف‌پذیر 5 برابر ضخامت زیرلایه است (به عنوان مثال، زیرلایه 50 میکرومتر → شعاع 250 میکرومتر). شعاع‌های محکم‌تر باعث ترک خوردن ردیابی‌ها می‌شوند.
تقویت: کولار یا FR-4 نازک را به انتقال‌ها در کاربردهای با استرس بالا (به عنوان مثال، حسگرهای درب خودرو که با حرکت درب خم می‌شوند) اضافه کنید.
2. تعادل تعداد لایه‌ها و انعطاف‌پذیری

محدودیت لایه: بخش‌های انعطاف‌پذیر معمولاً 2 تا 4 لایه هستند—افزودن لایه‌های بیشتر ضخامت را افزایش می‌دهد و انعطاف‌پذیری را کاهش می‌دهد.
توزیع لایه: لایه‌ها را در بخش‌های سخت متمرکز کنید (به عنوان مثال، 8 لایه در سخت، 2 لایه در انعطاف‌پذیر) تا انعطاف‌پذیری حفظ شود.
مثال: یک ردیاب تناسب اندام پوشیدنی از یک برد مدار چاپی انعطاف‌پذیر-سخت 4 لایه (2 لایه در انعطاف‌پذیر، 2 در سخت) برای ایجاد تعادل بین عملکرد و قابلیت خم شدن استفاده می‌کند.
3. مواد را برای محیط انتخاب کنید

دما: از پلی‌ایمید (تا 300 درجه سانتی‌گراد) برای کاربردهای با دمای بالا (زیر کاپوت خودرو، هوافضا) استفاده کنید؛ LCP (تا 200 درجه سانتی‌گراد) برای نیازهای میان‌رده.
مواد شیمیایی: پلی‌ایمید در برابر روغن‌ها و حلال‌ها مقاومت می‌کند—ایده‌آل برای استفاده صنعتی یا دریایی؛ از پوشش OSP در محیط‌های مرطوب خودداری کنید (به جای آن از ENIG استفاده کنید).
رطوبت: از چسب‌های بر پایه اپوکسی (مقاومت در برابر رطوبت) در الکترونیک مصرفی (به عنوان مثال، ساعت‌های هوشمند که در حین ورزش پوشیده می‌شوند) استفاده کنید.
4. طراحی ردیابی مس را بهینه کنید

بخش‌های انعطاف‌پذیر: از ردیابی‌های منحنی، زوایای 45 درجه و حداقل عرض ردیابی 0.1 میلی‌متر (4 میل) برای جلوگیری از تمرکز تنش استفاده کنید.
بخش‌های سخت: از زوایای 90 درجه و عرض ردیابی‌های کوچکتر (0.075 میلی‌متر/3 میل) برای مسیریابی مؤلفه‌های متراکم (به عنوان مثال، BGAs با گام 0.4 میلی‌متر) استفاده کنید.
ظرفیت جریان: ردیابی‌ها را بر اساس جریان اندازه‌گیری کنید—ردیابی 0.2 میلی‌متری (مس RA 18 میکرومتری) 1.5 آمپر را در بخش‌های انعطاف‌پذیر حمل می‌کند؛ ردیابی 0.3 میلی‌متری (مس ED 35 میکرومتری) 3 آمپر را در بخش‌های سخت حمل می‌کند.
کاربردهای دنیای واقعی: چگونه ساختار نوآوری را فعال می‌کند

ساختار برد مدار چاپی انعطاف‌پذیر-سخت برای حل چالش‌های منحصربه‌فرد در صنایع کلیدی طراحی شده است:
1. الکترونیک مصرفی: تلفن‌های هوشمند تاشو
ساختار: انعطاف‌پذیر-سخت 6 لایه (4 لایه در بخش‌های سخت برای پردازنده‌ها/BGAs، 2 لایه در بخش‌های انعطاف‌پذیر برای لولاها).
ویژگی‌های کلیدی: بخش‌های انعطاف‌پذیر پلی‌ایمید 50 میکرومتری با مس RA 18 میکرومتری، پوشش ENIG و چسب اکریلیک برای انعطاف‌پذیری.
مزیت: امکان 200000+ تاخوردگی را فراهم می‌کند در حالی که یک صفحه نمایش 7 اینچی را در یک دستگاه جیبی قرار می‌دهد.
2. خودرو: ماژول‌های حسگر ADAS

ساختار: انعطاف‌پذیر-سخت 8 لایه (6 لایه در بخش‌های سخت برای حسگرها/ECUs، 2 لایه در بخش‌های انعطاف‌پذیر برای سیم‌کشی).
ویژگی‌های کلیدی: بخش‌های انعطاف‌پذیر پلی‌ایمید 100 میکرومتری با مس RA 35 میکرومتری، چسب اپوکسی (مقاومت در برابر استرس بالا) و لایه‌های تقویت‌کننده در انتقال‌ها.
مزیت: در اطراف قاب‌های خودرو خم می‌شود تا حسگرها (LiDAR، رادار) را قرار دهد در حالی که در برابر دمای -40 درجه سانتی‌گراد تا 125 درجه سانتی‌گراد مقاومت می‌کند.
3. پزشکی: مانیتورهای گلوکز پوشیدنی

ساختار: انعطاف‌پذیر-سخت 4 لایه (2 لایه در بخش‌های سخت برای حسگر، 2 لایه در بخش‌های انعطاف‌پذیر برای ادغام مچ‌بند).
ویژگی‌های کلیدی: بخش‌های انعطاف‌پذیر پلی‌ایمید 25 میکرومتری (فوق‌العاده نازک برای راحتی)، ماسک لحیم‌کاری شفاف و پوشش ENIG (زیست سازگار).
مزیت: با مچ دست مطابقت دارد در حالی که خوانش‌های حسگر قابل اعتماد را به مدت 7 تا 14 روز حفظ می‌کند.
4. هوافضا: آنتن‌های ماهواره‌ای

ساختار: انعطاف‌پذیر-سخت 12 لایه (10 لایه در بخش‌های سخت برای پردازش سیگنال، 2 لایه در بخش‌های انعطاف‌پذیر برای استقرار آنتن).
ویژگی‌های کلیدی: بخش‌های انعطاف‌پذیر LCP (مقاومت 200 درجه سانتی‌گراد +)، مس RA 35 میکرومتری و چسب پلی‌ایمید (مقاومت در برابر تشعشع).
مزیت: در یک بسته راه‌اندازی فشرده (10 برابر کوچکتر از جایگزین‌های سخت) تا می‌شود و در فضا مستقر می‌شود تا یک آنتن 2 متری تشکیل دهد.
سؤالات متداول

س: آیا بردهای مدار چاپی انعطاف‌پذیر-سخت می‌توانند چندین بخش انعطاف‌پذیر داشته باشند؟
پاسخ: بله—بسیاری از طرح‌ها شامل 2 تا 4 بخش انعطاف‌پذیر هستند (به عنوان مثال، یک دستگاه پوشیدنی با بخش‌های انعطاف‌پذیر برای مچ دست و انگشت). هر بخش انعطاف‌پذیر می‌تواند ضخامت و نوع مس خود را بر اساس نیازهای خم شدن داشته باشد.
س: حداکثر تعداد لایه برای یک برد مدار چاپی انعطاف‌پذیر-سخت چقدر است؟

پاسخ: اکثر بردهای مدار چاپی انعطاف‌پذیر-سخت دارای 4 تا 12 لایه هستند که تا 10 لایه در بخش‌های سخت و 2 تا 4 لایه در بخش‌های انعطاف‌پذیر دارند. طرح‌های پیشرفته (هوافضا) می‌توانند به 16 لایه برسند، اما این امر انعطاف‌پذیری را کاهش می‌دهد.
س: آیا بردهای مدار چاپی انعطاف‌پذیر-سخت با مؤلفه‌های SMT سازگار هستند؟

پاسخ: بله—بخش‌های سخت از همه مؤلفه‌های SMT (BGAs، QFPs، غیرفعال) پشتیبانی می‌کنند، در حالی که بخش‌های انعطاف‌پذیر از مؤلفه‌های SMT کوچک (مقاومت‌های 0402، خازن‌های 0603) پشتیبانی می‌کنند. مؤلفه‌های سنگین (>5 گرم) هرگز نباید روی بخش‌های انعطاف‌پذیر قرار گیرند.
س: هزینه یک برد مدار چاپی انعطاف‌پذیر-سخت در مقایسه با یک برد مدار چاپی سخت چقدر است؟

پاسخ: بردهای مدار چاپی انعطاف‌پذیر-سخت 2 تا 3 برابر بیشتر از بردهای مدار چاپی سخت معادل هزینه دارند، اما هزینه‌های سیستم را 30 تا 50 درصد کاهش می‌دهند (کانکتورهای کمتر، سیم‌کشی کمتر، نیروی کار مونتاژ کمتر).
س: زمان تحویل معمولی برای یک برد مدار چاپی انعطاف‌پذیر-سخت چقدر است؟

پاسخ: نمونه‌های اولیه 2 تا 3 هفته طول می‌کشد (به دلیل لمیناسیون و آزمایش تخصصی)، در حالی که تولید با حجم بالا (10 هزار+ واحد) 4 تا 6 هفته طول می‌کشد. زمان تحویل بیشتر از بردهای مدار چاپی سخت است اما کوتاه‌تر از بردهای مدار چاپی فقط انعطاف‌پذیر سفارشی است.
نتیجه‌گیری

ساختار برد مدار چاپی انعطاف‌پذیر-سخت یک کلاس استادانه در تعادل است: ترکیب استحکام زیرلایه‌های سخت با انعطاف‌پذیری پلی‌ایمید برای ایجاد بردهایی که در جایی که بردهای مدار چاپی سنتی نمی‌توانند قرار گیرند. هر لایه—از پلی‌ایمید نازک در بخش‌های انعطاف‌پذیر تا FR-4 ضخیم در بخش‌های سخت—هدفی را دنبال می‌کند و هر انتخاب مواد بر عملکرد تأثیر می‌گذارد.
با درک اینکه چگونه ضخامت زیرلایه، نوع مس و انتخاب چسب، انعطاف‌پذیری، استحکام و قابلیت اطمینان را هدایت می‌کنند، می‌توانید بردهای مدار چاپی انعطاف‌پذیر-سختی را طراحی کنید که نیازهای حتی چالش‌برانگیزترین کاربردها را برآورده کنند. چه در حال ساخت یک تلفن تاشو، یک حسگر خودرو یا یک آنتن ماهواره‌ای باشید، ساختار انعطاف‌پذیر-سخت مناسب به شما کمک می‌کند محصولاتی کوچکتر، سبک‌تر و بادوام‌تر از همیشه ایجاد کنید.

از آنجایی که فناوری همچنان در حال کوچک شدن است و تقاضا برای الکترونیک‌های همه‌کاره در حال افزایش است، بردهای مدار چاپی انعطاف‌پذیر-سخت در خط مقدم نوآوری باقی خواهند ماند—ثابت می‌کنند که گاهی اوقات، بهترین راه‌حل‌ها از ترکیب دو قدرت به ظاهر متضاد حاصل می‌شوند.