製造柔性印刷電路的原因是為了擺脫對剛性線束的需求。 由於連接性、移動性、可穿戴、縮小和其他現代趨勢，柔性印刷電路幾乎用於每個行業。 在最基本的情況下，柔性電路由許多導體組成，這些導體被脆弱的介電薄膜隔開。 柔性印刷電路板可用於從最簡單到最複雜的任務。
軟板的歷史
在 20 世紀之交，新電話行業的研究人員發現了對標準、靈活電路的需求。 電路由交替的導體層和絕緣體層構成。 根據 1903 年的一項英國專利，電路是通過將石蠟放在紙上並鋪設扁平金屬導體製成的。 大約在同一時間，托馬斯·愛迪生 (Thomas Edison) 在他的筆記中建議使用塗有纖維素膠並塗有石墨粉的亞麻紙。 在 1940 世紀 XNUMX 年代後期，當首次使用大規模生產技術時，針對柔性基板上的光刻電路申請了多項專利。 在柔性電路中添加有源和無源元件導致了“柔性矽技術”的發展，該技術描述了將半導體（使用薄膜晶體管等技術）組合到柔性基板上的能力。 由於機載計算和傳感器容量的結合，許多領域都出現了令人興奮的新發展，具有柔性電路架構的通常優勢。 新的發展，特別是在飛機、醫藥和消費電子產品方面。
什麼是柔性電路板？
與常規相比 PCB, 它們的設計、製造方式和工作方式存在顯著差異。 說現代製造技術是“印刷”是不准確的。由於越來越多地使用照片成像或激光成像來定義圖案而不是印刷，因此將一層金屬跡線粘在聚酰亞胺等介電材料上以製成柔性印刷電路. 電介質層的厚度範圍可以從 0005 英寸到 010 英寸。 而金屬層的厚度可以在 0001 英寸到 >010 英寸之間的任何地方。 粘附通常將金屬附著到它們的基材上，但其他方法，如氣相沉積，也是可能的。 銅會氧化，因此通常會覆蓋一層保護層。 金或焊料是最常見的選擇，因為它們導電並且可以耐受環境。 介電材料通常用於防止電路在不接觸任何東西的地方氧化或短路。
軟板結構
與剛性 PCB 一樣，柔性 PCB 可以具有一層、兩層或更多層電路。 大多數單層柔性印刷電路由以下部分組成：
- 介電基板薄膜作為 PCB 的基礎。 最常用的材料是聚酰胺 (PI)，具有很強的抗牽引力和耐溫性。
- 用作電路跡線的銅基電導體
- 使用覆蓋層或覆蓋塗層創建保護塗層。
- 聚乙烯或環氧樹脂是將各種電路元件固定在一起的粘合物質。
首先，蝕刻銅以露出痕跡，然後刺穿保護層（覆蓋層）以露出焊盤。 零件經過清洗，然後卷在一起製成最終產品。 電路外的引腳和端子浸入錫中以幫助焊接或防止生鏽。 如果電路複雜或需要銅接地屏蔽，則必須改用雙層或多層 FPC。 多層 FPC 的製造方式與單層 FPC 類似。 但是，在多層 FPC 中，必須添加 PTH（鍍通孔）來連接導電層。 粘合劑材料將導電軌道粘到介電基板上，或者在多層柔性電路中，將不同層粘在一起以形成電路。 此外，粘合膜可以保護柔性電路免受濕氣、灰塵和其他顆粒造成的損壞。
FPCB的製造過程
原理圖捕獲、印刷電路板佈局以及電路板製造和組裝是對設計和製作 PCB 的步驟的高級描述，但細節很複雜。 在本節中，我們將查看每個步驟。
- 構建原理圖
在開始使用 CAD 工具設計電路板之前，完成庫組件的設計至關重要。 這意味著為您可以構建的部件製作邏輯符號，例如電阻器、電容器、電感器、連接和 IC。 您可以在原理圖 (IC) 中使用。 一旦這些部件準備就緒，您就可以開始使用 CAD 工具將它們按順序排列在原理圖圖紙上。 將各個部分粗略地放在一起後，您可以繪製電線以顯示原理圖符號的引腳如何連接。 在電子存儲器和數據電路中，網絡是顯示單個網絡或網絡組的線。 在原理圖捕獲期間，您必須四處移動過程部件以製作清晰易讀的圖表。
- 電路仿真
繪製原理圖的零件和連接後，您可以測試電路以查看其是否正常工作。 您可以通過在建模程序中使用 SPICE（集成電路增強仿真程序）電路仿真來仔細檢查這一點。 在製作實際硬件之前，PCB 工程師可以使用這些工具來模擬他們設計的電路。 PCB 設計工具必不可少，因為它們可以節省時間和金錢。
- CAD 工具設置
借助當今的設計工具，PCB 設計人員可以使用許多功能，例如設置設計規則和約束的能力。 這可以防止單個網絡交叉並在組件之間提供足夠的空間。 設計人員還可以使用範圍廣泛的額外工具。 設計網格等工具。 它使以有組織的方式放置組件和路由軌跡變得更加容易。
- 佈局組件
在您創建了設計數據庫並導入了有關網絡連接方式的原理圖數據後，您就可以進行實際的電路板佈局了。 首先，當設計人員點擊印象時，您必須在 CAD 程序中將元件封裝放入電路板輪廓內。 將出現一個“幽靈線”圖形，顯示網絡連接以及它們導致的組件。 通過實踐，設計人員將學習如何定位這些部件以獲得最佳性能——考慮連接性、熱點、電氣噪聲以及電纜、連接器和安裝硬件等物理障礙物。 設計人員無法考慮電路需要什麼。 設計師還必須考慮將零件放在哪裡，以便製造商最容易將它們組裝在一起。
- PCB 佈線
現在一切都在它應該在的地方，你可以掛網了。 為此，您需要根據橡皮筋網中的連接在圖紙上製作線條和平面。 CAD 程序有幾個有用的功能，例如可以縮短設計時間的自動佈線功能，這有助於他們做到這一點。
必須密切注意路由。 有必要確保網絡的長度適合它們所承載的信號，並且它們不會穿過噪音很大的區域。 因此，串擾和信號完整性的其他問題可能會影響電路板製作後的工作情況。
- 建立清晰的 PCB 返回電流路徑。
您需要將電路板上最活躍的部件（如集成電路 (IC)）連接到電源和接地網。 要製作這些部件可以到達的實體平面，您所要做的就是淹沒一個區域或層。 在製作電源和地平面時，事情就更複雜了。 這些翅膀還具有沿著跡線發送回信號的重要工作。 如果平面有太多的孔、切口或裂縫，返迴路徑可能會非常嘈雜並損害 PCB 的性能。
- 規則的最終檢查
既然您已經完成了組件放置、佈線走線以及電源和接地層的製作，您的 PCB 設計就差不多完成了。 下一步是設置將絲印到外層的文本和標記，並運行最終規則檢查。
將姓名、日期和版權信息放在板上將有助於其他人找到零件。 同時，您必須製作和使用製造圖紙來創建和組裝 PCB。 PCB 設計師還使用工具來幫助他們確定製作電路板的成本。
- 製作董事會
創建輸出數據文件後，下一步是將它們發送到製造工廠以製作電路板。 在將走線和平面切割成金屬層後，您需要將它們壓在一起以創建一塊準備放在一起的“裸板”。 當電路板到達可以將其組裝在一起的位置時，您可以為其提供所需的零件。 之後，您可以通過為每個部件設計的幾種焊接工藝之一對其進行焊接。 電路板現在終於準備就緒，因為它已經通過了所有必要的測試。
用於製造FPCB的材料
FPCB產品不僅由柔性材料製成，而且手感輕薄。 該結構非常輕便，您可以多次拉伸它而不會損壞 PCB 上的絕緣層。 軟板不能處理高傳導電流或電壓，因為它由塑料製成，由電線組成。 這使得它在大功率電子電路中的用處不大。 但是你可以在低功耗、低電流的消費電子產品中大量使用軟板。 軟板在產品設計中很少被用作主載板，因為它們的單位成本很高。 這是因為關鍵材料 PI 控制著多少軟板的單位成本。 相反，他們受僱只執行關鍵設計的“軟”部分。 需要移動和工作的電子元件或功能模塊需要軟電路板。 例如，數碼相機中的電子變焦鏡頭或光盤驅動器中的讀頭電子電路就是這樣的例子。 PI，又稱聚酰亞胺（PI），可進一步細分為全芳香族和半芳香族PI。 您可以根據其分子結構和處理高溫的能力來使用它。 全芳香族 PI 是一種化合物，是 PI 的直鏈類型之一。 事物可以是軟的或硬的，也可以兩者兼而有之。 因為是灌注的，所以可以灌注的材料不能成型，但是可以粉碎、燒結，區別使用。 半芳香族聚酰亞胺是屬於這一類的一種聚醚酰亞胺。 由於該材料是熱塑性的，因此通常使用注塑成型來製造聚醚酰亞胺。 對於熱固性 PI，您可以使用浸漬材料的層壓成型、壓縮成型和傳遞成型，這些對原材料的質量要求不同。
軟板的種類
柔性電路有八種類型，從單層到多層再到剛性。 以下是一些最常見的柔性電路類型。
- 單面柔性電路： 這些電路在兩層絕緣層之間有一個銅層。 或者一層絕緣層（通常是聚酰亞胺）和未覆蓋的一側。 然後將電路佈局化學蝕刻到下面的銅層中。 由於它們的製造方式，可以將組件、連接器、引腳和加強件添加到單面柔性印刷電路板中。
- 具有雙通道的單面柔性電路： 一些單面柔性 PCB 的佈局允許從電路板的兩側接觸到電路的導體。 使用柔性 PCB 和特定層來實現此設計功能，可以通過基材的聚酰亞胺層到達一個銅層。
- 雙面柔性電路： 這些電路是具有兩個導電層的柔性印刷電路板。 這些電路由聚酰亞胺絕緣材料隔開。 導電層的外側可以暴露或覆蓋。 大多數層通過電鍍通孔連接，但也有其他方式。 與單面版本一樣，雙面柔性 PCB 可以容納額外的部件，如引腳、連接和加強筋。
- 多層柔性PCB。 這些電路使用三個或更多的柔性導電層，中間有絕緣層來製作單面和雙面電路。 這些單元的外層通常有蓋子和通孔。 它們通常鍍有銅，並沿著這些柔性電路的厚度延伸。 使用多層柔性電路，您可以避免交叉、串擾、阻抗和屏蔽問題。 設計多層電路的方法有很多種。 例如，盲孔和埋孔可以像 FR4 一樣構建多層柔性板。 此外，您可以一遍又一遍地層壓多層電路的層以獲得額外保護，但如果靈活性更重要，通常會跳過此步驟。
- 剛性-柔性電路： 這些 PCB 與其他 PCB 略有不同，它們通常比其他柔性 PCB 選項成本更高，即使它們的用途相同。 大多數時候，這些設計有兩個或多個導電層，每層之間有剛性或柔性絕緣層。 與多層電路不同，它們僅使用加強筋將單元保持在一起，並且導體放置在不靈活的層上。 正因為如此，剛性-柔性 PCB 在航空航天和國防工業中變得流行起來。
- 鋁製柔性板： 柔性鋁印刷電路板在醫藥和汽車等使用大量電力和照明的行業中效果最好。 而且因為它們很小，所以它們可能能夠穿過小門道。 這些都是極好的投資，因為它們便宜、輕便且持久。 它們還有鋁層，有助於熱量通過它們。
- 微電路： 柔性微電路板是消費電子產品的最佳解決方案。 由於重量輕且抗衝擊和振動，這些材料非常適合用於消費電子產品。 微電路具有良好的信號完整性，因此它們的小尺寸不會影響它們的工作性能。
- 具有柔性電路的高密度互連器 (HDI) 板： 這些擁有印刷電路板業務中發展最快的技術之一。 因為它們比傳統電路板有更多的電線，所以它們提高了電氣性能和速度，同時使設備更輕、更小。 它們適用於手機、電腦和視頻遊戲機等小工具。
- 超薄柔性印刷電路板： 這些具有小而薄的零件和板材。 這使得它們非常適合需要便攜或放入體內的電子產品。 或者用於需要非常輕的電路板的任何其他用途。
軟板應用
柔性 PCB 與普通印刷電路板相同，但電路連接除外，均由柔性基材製成。 這對於不打算永久安裝的東西特別有用。 柔性PCB被越來越多的行業使用，因為它們使用時間長，佔用空間小。 以下是可以在何處以及如何使用該技術的幾個示例：
- 汽車行業： 越來越多的汽車有電子零件。 因此，電路必須能夠處理車內發生的顛簸和顛簸。 柔性印刷電路板是一個重要的商業選擇，因為它便宜且經久耐用。
- 消費類電子產品： 柔性印刷電路板 (PCB) 通常用於消費電子產品。 例如，手機、平板電腦、相機和錄像機。 如果您需要經常移動這些東西，柔性 PCB 處理衝擊和振動的能力將會派上用場。
- 高速數字、射頻和微波應用： 柔性 PCB 非常適合高頻。 您可以在高速數字、RF 和微波應用中使用它們，因為它們非常可靠。
- 工業電子。 工業電子產品需要能夠吸收衝擊和停止振動的柔性 PCB，因為它們必須承受大量的壓力和振動。
- LED： LED 正在成為家庭和企業照明的標準。 LED 技術是這一趨勢的重要組成部分，因為它運作良好。 大多數時候，唯一的問題是熱量，但柔性印刷電路板良好的熱傳遞可以提供幫助。
- 醫療系統： 隨著對電子植入物和便攜式手術設備的需求上升。 這使得緊湊和密集的電子設計在醫療系統領域變得更加重要。 您可以在兩者中使用柔性印刷電路板。 因為您可以彎曲它們，而且它們可以承受外科技術和植入物的壓力。
- 電力電子。 在電力電子領域，柔性印刷電路板具有處理更高電流的額外優勢，因為它具有非常柔性的銅層。 這在電力電子業務中非常重要，因為設備在滿負荷運行時需要更多功率。
FPCB的重要性
您可以在動態和靜態情況下大量使用柔性板，因為您可以彎曲它們。 與剛性 PCB 相比，您可以在不斷裂的情況下拉伸動態應用中使用的電路板。 石油和天然氣行業的鑽孔測量非常適合柔性電路設計。 因為它們可以承受高溫（-200° C 和 400° C 之間），所以即使柔性板有它們的用途，也不能用它們代替常規電路板。 剛性板是自然的選擇，因為它們價格低廉。 您可以在自動化、大批量製造應用中使用它們。 柔性電路板是性能、準確度、精度和一致彎曲的方式。
FPCB的挑戰與成本考量
使用 FPCB 時，例如嘗試進行更改或維修時，可能會出現問題。 您需要新的底圖或重寫光刻軟件來更改設計。 更改並不容易，因為您必須先剝去電路板的保護層。 由於用於製造它們的機器的尺寸，長度和寬度是有限的。 此外，如果不小心處理它們，可能會損壞 FPCB。 所以知道自己在做什麼的人需要焊接和修復它們。
成本始終是一個主要因素。 然而，應用極大地影響了 FPCB 與剛性 PCB 相比的成本效益。 由於每個 FPCB 應用都是獨一無二的，因此與初始電路設計、佈局和照相板相關的費用對於小數量來說是昂貴的。
由於裝配所需的電線、連接器、線束和其他部件更少，FPCB 對於更高的製造量最終可能更實惠。 當考慮上游和下游的優勢時尤其如此，例如供應鏈風險降低以及由於可用零件較少而導致的維護請求減少。
FPCB的進階特性
柔性電路行業一直在穩步增長。 由於這種增長，技術有了更多改進，例如：
- 圖形疊加： 圖形覆蓋允許用戶與 PCB 下方的電路對話。 它們是 PCB 的丙烯酸或聚酯覆蓋層。 這些覆蓋層通常有 LED、LCD 和開關，讓用戶可以按照他們想要的方式與 PCB 對話。
- 熱棒焊料： 您可以使用熱壓焊接連接代替連接器來連接硬板和柔性電路。 結果是更便宜的連接更牢固，持續時間更長。
- 激光車削槽和孔： 過去，您可以用剃刀切割 FPCB。 切口的質量取決於該人使用剃刀的水平。 但是使用我們現在擁有的激光器，我們可以非常精確和控制地切割線，這讓我們可以在柔性 PCB 上製作更小的電路。
- 面板化： 電路板，稱為 PCB，當放在許多模塊的大面板中時。 在“取放”裝配線上。 這可以大大加快將柔性電路放在一起的過程。 第二步是將單位分成更小的組。
- 壓敏粘合劑。 壓敏粘合劑通過取下襯墊並將物體壓入膠水來將物體粘在一起。 這種材料通常用於印刷電路板 (PCB)，以在不使用焊料的情況下將電路部件固定到位。
- 屏蔽： 過去，電磁干擾一直是一個問題。 這一直是個問題，尤其是在電子產品更可能受其影響的地方。 現在這不是一個問題，因為屏蔽技術已經改進。 它降低了噪聲並更容易控制信號線的阻抗。
- 加強筋： 由 FR4 和聚酰亞胺等材料製成的加強筋通常被添加到連接點的柔性電路中。 電路可以使用額外支持的連接點。 正因為如此，電路將持續更長時間並且工作得更好。
使用 FPCB 的好處
Flex PCB 技術使許多新產品和佈局成為可能。 它的延展性在電子零件中很受歡迎。 電氣部件，如連接、電線、電纜和印刷電路板。 以下是使用柔性電路的一些好處。
- FPCB 將設備的重量減少了約 70%。
- 它們為更好的電子封裝提供了更多選擇。
- FPCB 可幫助您解決包裝和佈線問題。 這是因為它靈活、適應性強並且可以改變形狀。
- FPCB 減少了對電線、連接、印刷電路板和電纜的需求。 它有助於解決如何連接事物的問題。
- 材料的一致性和細長性使生產 3D 包裝的能力成為可能。
- 電氣集成：創建定制解決方案很簡單。 它允許您將您的設計基於許多材料替代品。 此外，您還可以選擇多種電鍍技術和样式。
- 無論您的散熱器有多好或多堅固，柔性印刷電路都可以處理熱量。 因此，它們在高功率情況下運行良好。
- FPCB 提供機械和電氣可重複性。
- 它們的成本比傳統的硬接線和其他組裝方法低 30%。
- FPCB 需要的空間減少約 30%。
- FPCB更可靠，因為它不會發生接線錯誤。
使用FPCB的缺點
- 柔性電路的初始電路設計、佈線和照相師傅都比較昂貴。 它們很昂貴，因為您可以為每個應用程序製作它們。 Flexi-PCB 對於小批量使用而言不具有成本效益。
- 柔性電路板很難更換和維修。 構建完成後，您必須更改原始設計或光繪程序中的柔性電路。 表面有一層保護層，您需要在維修前將其移除，然後再放回原處。
- 因為它們很小，所以很少使用柔性印刷電路板。 所以他們的生產通常是分批進行的。 由於製造它們的機器的尺寸限制，你不能把它們做得很長或很寬。
- 使用不慎很容易損壞柔性電路，如果設置不當也會損壞。 因此，焊接和返工需要熟練的操作員。
剛性PCB和柔性PCB之間的差異
當大多數人想到電路板時，他們會想到硬印刷電路板 (PCB)。 在非導電底座上。 這些板將電氣部件與導電軌道和其他部件連接起來。 玻璃通常用作剛性電路板的非導電基板材料。 因為它使電路板堅固且堅固，所以剛性電路板可以防止組件由於其堅固的設計而變得過熱。 您可以使用銅或鋁等硬質材料製作傳統電路板。 但是你可以製作更容易彎曲的柔性PCB，比如聚酰亞胺。 柔性電路可以吸收震動，釋放額外的熱量，並且可以呈現多種形狀，因為您可以彎曲它們。 由於柔性電路被製成為柔性電路，因此越來越多的小型現代電子設備使用了柔性電路。 印刷電路板 (PCB) 和柔性電路之間存在一些顯著差異。
- 由於軋製退火銅比電鍍銅更柔韌，因此您可以將其用作柔性電路中的導電材料，而不是電鍍銅。
- 在製造中，您可以使用覆蓋層代替阻焊層。 您可以這樣做來保護柔性 PCB 上的裸露電路。
- 儘管柔性電路更昂貴，但剛性電路板更便宜。 但由於柔性電路很小，工程師可以使用它們來使設備更小。 他們以不明顯的方式省錢。
FPCB在LED燈帶中的重要性
隨著科技的進步， LED燈條 越來越受歡迎。 LED 燈帶已經是點亮和裝飾您家的好方法，而柔性 PCB 只會讓事情變得更好。 LED燈條是相互連接的電路板。 SMT（表面貼裝技術）用於製造具有表面貼裝部件（SMD LED、連接器等）的柔性印刷電路板 (PCB)。 . 當將 LED 芯片放在一起時，FPCB 充當它們的底座。 與電路板的結構一樣重要的是它的散熱能力。 就 LED 燈條而言，柔性電子產品大有幫助。 與剛性PCB一樣，各種FPCB也有單層、雙層、多層PCB電路。
常見問題
摘要
您可以彎曲 FPC 以適應各種形狀和尺寸。 這使它們更易於設計和使用。 您不能將標準剛性電路放在尺寸奇數的地方，但柔性電路可以。 柔性電路在應用程序的主板上佔用的空間更少。 它使它們更便宜，體積更小。 通過充分利用所有可用空間，更好的熱管理可以減少需要四處移動的熱量。 柔性印刷電路可能比剛性印刷電路板更可靠，使用壽命更長，尤其是當電路不斷搖晃或處於機械應力下時。 FPCB 已經取代了傳統的連接方法。 FPCB 已經取代了基於焊接線和手工接線的連接器，因為它們具有便宜的重量、薄的外形、出色的機械阻力、對高溫和大氣介質的彈性以及良好的電磁抗擾度 (EMI)。 想一想連接現代汽車中的所有屏幕、控制器和顯示器（旋轉控件、按鈕等）會有多困難，因為這些電子設備會暴露在機械負載和振動中。 無論車輛如何運行，他們都需要安全連接。 FPCB 可確保汽車行業的零停機時間、較長的使用壽命和最少的維護。
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