Rigid-Flex versus traditionele PCB’s: de juiste keuze maken

De printplaat (PCB) is het fundamentele element van elektronische apparaten. In zijn meest basale vorm bestaat een PCB uit een niet-geleidende plaat met geleidende sporen op het oppervlak, zoals geïllustreerd in figuur 1. Alle elektronische componenten, inclusief geïntegreerde schakelingen (IC’s), condensatoren, weerstanden en inductoren, zijn gemonteerd op het oppervlak van de PCB en elektrisch verbonden door de geleidende sporen om de gewenste functionaliteit te bereiken.

Figuur 1. Een reeks stijve PCB’s klaar voor assemblage van componenten. Afgebeeld gebruikt met dank aan Viasion-technologie

Soorten printplaten

Printplaten kunnen in meerdere typen worden onderverdeeld. Elk type is ontworpen voor specifieke doeleinden, vereisten en toepassingen. We kunnen ze bijvoorbeeld indelen op basis van hun fysieke vormfactor en flexibiliteit, aantal koperlagen en/of speciale functionele kenmerken. Tabel 1 geeft voorbeelden van de verschillende PCB-opties.

Tafel 1. Voorbeelden van PCB-typen en opties

In dit artikel zullen we ons concentreren op de twee belangrijkste typen PCB-vormfactoren – rigide en rigide-flex – met als doel u te helpen de beste beslissing te nemen bij het ontwerpen van uw volgende product.

Traditionele stijve printplaten

Traditionele stijve printplaten worden meestal gemaakt van een glasversterkt epoxylaminaatmateriaal dat bekend staat als FR4. Deze alomtegenwoordige groene borden met kopersporen zijn te zien in talloze elektronische toepassingen, zoals het moederbord van de computer dat wordt weergegeven in figuur 2.

Figuur 2. Voorbeeld van een elektronica-assemblage op een stijve FR4-printplaat. Afbeelding gebruikt met dank aan Adobe

Deze platen kunnen eenzijdig, dubbelzijdig of meerlaags zijn met meerdere kopersporenlagen gescheiden door isolatielagen, waardoor complexere elektronische circuits mogelijk zijn. Gebruikt in diverse elektronische apparaten, van consumentenelektronica tot industriële machines en ruimtevaarttoepassingen, laten we eens kijken naar enkele belangrijke kenmerken van traditionele stijve PCB’s.

Uitstekende betrouwbaarheid

Gemaakt met FR4, een vlamvertragende epoxy, die uitstekende elektrische isolatie, hoge hittebestendigheid, lage waterabsorptie en compatibiliteit met loodvrije elementen biedt.

Superieure mechanische verwerkbaarheid

FR4-materiaal maakt het boren van kleine gaten mogelijk zonder scheuren en eenvoudig profileren en ponsen voor aangepaste vormen. Met ondersteuning voor meerdere lamineringen bij hoge temperaturen zonder schade aan het substraat of kopersporen, kunnen stijve PCB’s worden geproduceerd met maximaal 100 koperlagen.

Kosten efficiëntie

FR4-materiaal is gebruikelijk en goedkoop in vergelijking met materialen als keramiek, polyimide of op metaal gebaseerde alternatieven, waardoor FR4-PCB’s algemeen de voorkeur genieten in kostengevoelige consumentenelektronica.

Compatibiliteit met andere materialen

FR4-materialen kunnen worden gecombineerd met keramiek, polyimide of versterkt voor betere prestaties, zoals FR4-materiaal met een hoog TG-gehalte of FR4-materiaal met hoge snelheid.

Gevestigd productieproces

Door jarenlang wijdverbreid gebruik is het productieproces voor FR4-PCB’s volwassen geworden, waardoor expertise op het gebied van boren, koperplating, etsen, solderen, testen en oppervlaktebehandeling wordt gegarandeerd. Fabrikanten hebben deze processen onder de knie en de productielijnen zijn geoptimaliseerd voor de productie van FR4-printplaten.

Inzicht in Rigid-Flex printplaten

Zoals de naam al doet vermoeden, combineren rigid-flex printplaten stijfheid en flexibiliteit in hun structuur. Deze planken kunnen eenvoudig worden gebogen of gebogen aan de flexibele delen. Een belangrijk kenmerk van rigid-flex PCB’s is hun vermogen om een ​​betrouwbaar platform te bieden voor het monteren van complexe elektronische componenten terwijl buigen mogelijk is.

Figuur 3. Voorbeeld van een rigid-flex PCB. Afbeelding gebruikt met dank aan Viasion-technologie

Laten we enkele belangrijke kenmerken van rigid-flex PCB’s onderzoeken.

Fysieke flexibiliteit

De flexibiliteit van rigid-flex PCB’s maakt de combinatie van ingewikkelde elektronische assemblages mogelijk door componenten met een hoge dichtheid op het stijve deel te solderen, terwijl het flexibele deel vrij blijft van elektronische componenten.

Ruimtebesparend

Door meerdere FR4-PCB’s en kabels te vervangen door een enkele rigid-flex PCB, verminderen deze circuits het gewicht aanzienlijk. Als gevolg hiervan vinden ze toepassing in lichtgewicht elektronische apparaten zoals camera’s, wearables en drones.

Lichtgewicht

Vermindert het gewicht aanzienlijk in vergelijking met meerdere FR4-PCB’s en kabels, waardoor ze ideaal zijn voor lichtgewicht elektronische toepassingen zoals camera’s, wearables en drones.

Betrouwbaarheid

Rigid-flex PCB’s bieden superieure stabiliteit vergeleken met kabels met stekkers, waardoor een consistente verbinding wordt gegarandeerd doordat de draden in de printplaat zijn ingesloten en bedekt door een dunne, flexibele laag. Daarom worden ze veel gebruikt in zeer betrouwbare toepassingen zoals het leger, de luchtvaart en de ruimtevaart.

Uitstekende elektrische eigenschappen

In tegenstelling tot kabelverbindingen tussen meerdere PCB’s, verbinden rigid-flex PCB’s circuits rechtstreeks, waardoor de signaaloverdracht zonder vertraging of onderbreking wordt vergemakkelijkt, wat resulteert in uitstekende elektrische eigenschappen.

Mechanische kracht

Rigid-flex PCB’s vertonen robuustheid en mechanische sterkte, waardoor ze geschikt zijn voor toepassingen waarbij fysieke belasting op de printplaat wordt verwacht.

Kiezen tussen Rigid-Flex en traditionele PCB’s

Er bestaat niet één PCB-oplossing die ideaal is voor alle toepassingen. De voor- en nadelen van rigid-flex en traditionele rigide PCB-technologieën moeten in overweging worden genomen (Figuur 4).

Figuur 4. Rigid-flex PCB’s versus traditionele stijve PCB’s. Gebruikte afbeeldingen met dank aan Viasion-technologie

De beslissing tussen rigid-flex en traditionele PCB’s hangt af van meerdere factoren:

• Flexibiliteitsvereisten: Rigid-flex PCB’s zijn geschikt voor toepassingen die meer flexibiliteit vereisen vanwege ruimtebeperkingen of beweging.
• Gewichtsoverwegingen: Rigid-flex PCB’s bieden een lager gewicht, wat gunstig is voor draagbare apparaten en ruimtevaartsystemen.
• Betrouwbaarheid: Rigid-flex PCB’s bieden superieure betrouwbaarheid onder uitdagende omstandigheden.
• Ontwerpefficiëntie: Traditionele PCB’s vereenvoudigen complexe ontwerpen, terwijl rigid-flex PCB’s het driedimensionale gebruik stroomlijnen.
• Ruimte-efficiëntie: Rigid-flex PCB’s hebben minder ruimte nodig in vergelijking met traditionele PCB’s met extra kabels en connectoren.
• Kosten en doorlooptijd: Traditionele PCB’s zijn doorgaans kosteneffectiever en hebben kortere doorlooptijden vergeleken met rigid-flex PCB’s, waardoor ze ideaal zijn voor productie op grote schaal.

Wij helpen u bij het kiezen van de juiste PCB-oplossing

Wanneer u het juiste substraat voor uw volgende ontwerp kiest, dient u PCB-fabrikanten te raadplegen die ervaring hebben met zowel starre als rigide-flexconstructies Viasion-technologie, kan nuttig zijn. Zij kunnen advies geven over de haalbaarheid en kosteneffectiviteit van het ontwerp. Samenwerking met productieteams kan oplossingen op maat bieden die tegemoetkomen aan uw specifieke PCB-ontwerpen en beperkingen.

Industrieartikelen zijn een vorm van inhoud waarmee industriële partners nuttig nieuws, berichten en technologie kunnen delen met lezers van All About Circuits op een manier waarvoor redactionele inhoud niet zo geschikt is. Alle brancheartikelen zijn onderworpen aan strikte redactionele richtlijnen met de bedoeling lezers nuttig nieuws, technische expertise of verhalen aan te bieden. De standpunten en meningen die in Industrieartikelen worden geuit, zijn die van de partner en niet noodzakelijkerwijs die van All About Circuits of haar schrijvers.