PCB های انعطاف پذیر سخت | مواد PCB | ساخت پی سی بی فلکس سخت

بردهای مدار چاپی انعطاف پذیر سخت (PCB) به دلیل تطبیق پذیری و دوام خود در انواع کاربردهای الکترونیکی محبوب هستند. این تخته ها به دلیل توانایی خود در مقاومت در برابر تنش های خمشی و پیچشی و در عین حال حفظ اتصالات الکتریکی قابل اعتماد شناخته شده اند.این مقاله نگاهی عمیق به مواد مورد استفاده در PCB های انعطاف پذیر صلب خواهد داشت تا بینشی در مورد ترکیب و خواص آنها به دست آورد. با آشکار ساختن موادی که PCB های انعطاف پذیر صلب را به یک راه حل قوی و انعطاف پذیر تبدیل می کنند، می توانیم درک کنیم که چگونه آنها به پیشرفت دستگاه های الکترونیکی کمک می کنند.

1. درکساختار PCB انعطاف پذیر صلب：

PCB انعطاف‌پذیر صلب یک برد مدار چاپی است که بسترهای سخت و انعطاف‌پذیر را ترکیب می‌کند تا ساختاری منحصر به فرد را تشکیل دهد. این ترکیب، بردهای مدار را قادر می‌سازد تا مدارهای سه بعدی را داشته باشند که انعطاف‌پذیری طراحی و بهینه‌سازی فضا را برای دستگاه‌های الکترونیکی فراهم می‌کند. ساختار تخته های انعطاف پذیر صلب از سه لایه اصلی تشکیل شده است. اولین لایه لایه سفت و سخت است که از مواد سفت و سختی مانند FR4 یا یک هسته فلزی ساخته شده است. این لایه پشتیبانی ساختاری و پایداری PCB را فراهم می کند و دوام و مقاومت آن را در برابر استرس مکانیکی تضمین می کند.
لایه دوم یک لایه انعطاف پذیر است که از موادی مانند پلی آمید (PI)، پلیمر کریستال مایع (LCP) یا پلی استر (PET) ساخته شده است. این لایه به PCB اجازه می دهد تا بدون تأثیر بر عملکرد الکتریکی آن خم شود، بپیچد و خم شود. انعطاف‌پذیری این لایه برای برنامه‌هایی که نیاز به PCB در فضاهای نامنظم یا تنگ دارند، حیاتی است. لایه سوم لایه چسب است که لایه های سفت و انعطاف پذیر را به هم می چسباند. این لایه معمولاً از مواد اپوکسی یا اکریلیک ساخته می‌شود که به دلیل توانایی آنها در ایجاد پیوند قوی بین لایه‌ها و همچنین ارائه خواص عایق الکتریکی خوب انتخاب می‌شود. لایه چسب نقشی حیاتی در تضمین قابلیت اطمینان و عمر مفید تخته های انعطاف پذیر سفت و سخت ایفا می کند.
هر لایه در ساختار PCB انعطاف پذیر صلب با دقت انتخاب و طراحی شده است تا الزامات عملکرد مکانیکی و الکتریکی خاصی را برآورده کند. این PCB ها را قادر می سازد تا در طیف گسترده ای از کاربردها، از لوازم الکترونیکی مصرفی گرفته تا دستگاه های پزشکی و سیستم های هوافضا، به طور موثر عمل کنند.

2. مواد مورد استفاده در لایه های سفت و سخت:

در ساخت لایه های صلب PCB های انعطاف پذیر صلب، اغلب از مواد متعددی برای ارائه پشتیبانی و یکپارچگی ساختاری لازم استفاده می شود. این مواد با دقت بر اساس ویژگی های خاص و الزامات عملکرد آنها انتخاب می شوند. برخی از متداول ترین مواد مورد استفاده برای لایه های صلب در PCB های انعطاف پذیر صلب عبارتند از:
A. FR4: FR4 یک ماده لایه سفت و سخت است که به طور گسترده در PCB ها استفاده می شود. این یک لمینت اپوکسی تقویت شده با شیشه با خواص حرارتی و مکانیکی عالی است. FR4 دارای سفتی بالا، جذب آب کم و مقاومت شیمیایی خوب است. این ویژگی ها آن را به عنوان یک لایه سفت و سخت ایده آل می کند زیرا یکپارچگی ساختاری و پایداری عالی را برای PCB فراهم می کند.
ب. پلی آمید (PI): پلی آمید یک ماده مقاوم در برابر حرارت انعطاف پذیر است که به دلیل مقاومت در برابر حرارت بالا اغلب در تخته های انعطاف پذیر سخت استفاده می شود. پلی آمید به دلیل خواص عایق الکتریکی عالی و پایداری مکانیکی آن شناخته شده است، که آن را برای استفاده به عنوان لایه های سفت و سخت در PCB ها مناسب می کند. خواص مکانیکی و الکتریکی خود را حتی زمانی که در معرض دماهای شدید قرار می گیرد حفظ می کند و برای طیف وسیعی از کاربردها مناسب است.
ج- هسته فلزی: در برخی موارد، زمانی که مدیریت حرارتی عالی مورد نیاز است، می توان از مواد هسته فلزی مانند آلومینیوم یا مس به عنوان یک لایه صلب در PCBهای انعطاف پذیر صلب استفاده کرد. این مواد دارای رسانایی حرارتی عالی هستند و می توانند به طور موثر گرمای تولید شده توسط مدارها را دفع کنند. با استفاده از یک هسته فلزی، بردهای انعطاف پذیر سفت و سخت می توانند به طور موثر گرما را مدیریت کنند و از گرمای بیش از حد جلوگیری کنند و از قابلیت اطمینان مدار و عملکرد اطمینان حاصل کنند.
هر یک از این مواد دارای مزایای خاص خود هستند و بر اساس نیازهای خاص طراحی PCB انتخاب می شوند. عواملی مانند دمای عملیاتی، تنش مکانیکی و قابلیت‌های مدیریت حرارتی مورد نیاز، همگی نقش مهمی در تعیین مواد مناسب برای ترکیب لایه‌های صلب و انعطاف‌پذیر PCB دارند.
توجه به این نکته مهم است که انتخاب مواد برای لایه‌های صلب در PCBهای انعطاف‌پذیر صلب یک جنبه حیاتی در فرآیند طراحی است. انتخاب مناسب مواد یکپارچگی ساختاری، مدیریت حرارتی و قابلیت اطمینان کلی PCB را تضمین می کند. با انتخاب مواد مناسب، طراحان می‌توانند PCBهای انعطاف‌پذیر سختی بسازند که نیازهای سختگیرانه صنایع مختلف از جمله خودروسازی، هوافضا، پزشکی و مخابرات را برآورده می‌کند.

3. مواد مورد استفاده در لایه انعطاف پذیر:

لایه‌های انعطاف‌پذیر در PCBهای انعطاف‌پذیر صلب ویژگی‌های خمش و تاشو این تخته‌ها را تسهیل می‌کنند. ماده مورد استفاده برای لایه انعطاف پذیر باید انعطاف پذیری، کشش و مقاومت بالایی در برابر خمش مکرر از خود نشان دهد. مواد متداول مورد استفاده برای لایه های انعطاف پذیر عبارتند از:
الف. پلی‌آمید (PI): همانطور که قبلاً ذکر شد، پلی‌آمید یک ماده همه‌کاره است که در PCB‌های انعطاف‌پذیر صلب اهداف دوگانه دارد. در لایه فلکس به تخته اجازه می دهد تا بدون از دست دادن خواص الکتریکی خود خم و خم شود.
ب. پلیمر کریستال مایع (LCP): LCP یک ماده ترموپلاستیک با کارایی بالا است که به دلیل خواص مکانیکی عالی و مقاومت در برابر دماهای شدید شناخته شده است. این انعطاف پذیری عالی، ثبات ابعادی و مقاومت در برابر رطوبت را برای طرح های PCB انعطاف پذیر صلب فراهم می کند.
ج- پلی استر (PET): پلی استر یک ماده کم هزینه و سبک وزن با انعطاف پذیری و خواص عایق خوبی است. معمولاً برای PCB های انعطاف پذیر صلب استفاده می شود که مقرون به صرفه بودن و قابلیت خمش متوسط ​​بسیار مهم است.
د. پلی‌آمید (PI): پلی‌آمید ماده‌ای است که معمولاً در لایه‌های انعطاف‌پذیر PCB انعطاف‌پذیر صلب استفاده می‌شود. دارای انعطاف پذیری عالی، مقاومت در برابر دمای بالا و خواص عایق الکتریکی خوب است. فیلم پلی آمید را می توان به راحتی لمینت، اچ و به سایر لایه های PCB چسباند. آنها می توانند خمش مکرر را بدون از دست دادن خواص الکتریکی خود تحمل کنند، و آنها را برای لایه های انعطاف پذیر ایده آل می کند.
E. پلیمر کریستال مایع (LCP): LCP یک ماده ترموپلاستیک با کارایی بالا است که به طور فزاینده ای به عنوان یک لایه انعطاف پذیر در PCB های انعطاف پذیر صلب استفاده می شود. دارای خواص مکانیکی عالی، از جمله انعطاف پذیری بالا، پایداری ابعادی و مقاومت عالی در برابر دماهای شدید است. فیلم های LCP رطوبت سنجی پایینی دارند و برای کاربرد در محیط های مرطوب مناسب هستند. آنها همچنین دارای مقاومت شیمیایی خوب و ثابت دی الکتریک پایین هستند که عملکرد قابل اعتماد را در شرایط سخت تضمین می کنند.
F. پلی استر (PET): پلی استر، همچنین به عنوان پلی اتیلن ترفتالات (PET) شناخته می شود، یک ماده سبک وزن و مقرون به صرفه است که در لایه های انعطاف پذیر PCB های انعطاف پذیر سخت استفاده می شود. فیلم PET دارای انعطاف پذیری خوب، استحکام کششی بالا و پایداری حرارتی عالی است. این فیلم ها جذب رطوبت کمی دارند و خاصیت عایق الکتریکی خوبی دارند. PET اغلب زمانی انتخاب می شود که مقرون به صرفه بودن و قابلیت خمش متوسط ​​از عوامل کلیدی در طراحی PCB باشد.
G. پلی تریمید (PEI): PEI یک ترموپلاستیک مهندسی با کارایی بالا است که برای لایه انعطاف پذیر PCB های باند نرم و سخت استفاده می شود. دارای خواص مکانیکی عالی، از جمله انعطاف پذیری بالا، پایداری ابعادی و مقاومت در برابر دماهای شدید. فیلم PEI دارای جذب رطوبت کم و مقاومت شیمیایی خوبی است. آنها همچنین دارای استحکام دی الکتریک بالا و خواص عایق الکتریکی هستند که آنها را برای کاربردهای سخت مناسب می کند.
H. پلی اتیلن نفتالات (PEN): PEN یک ماده بسیار مقاوم در برابر حرارت و انعطاف پذیر است که برای لایه انعطاف پذیر PCB های انعطاف پذیر سخت استفاده می شود. پایداری حرارتی خوب، جذب رطوبت کم و خواص مکانیکی عالی دارد. فیلم های PEN در برابر اشعه UV و مواد شیمیایی بسیار مقاوم هستند. آنها همچنین دارای ثابت دی الکتریک پایین و خواص عایق الکتریکی عالی هستند. فیلم PEN می تواند خم شدن و تا شدن مکرر را بدون تأثیر بر خواص الکتریکی آن تحمل کند.
I. پلی دی متیل سیلوکسان (PDMS): PDMS یک ماده الاستیک انعطاف پذیر است که برای لایه انعطاف پذیر PCB های ترکیبی نرم و سخت استفاده می شود. دارای خواص مکانیکی عالی از جمله انعطاف پذیری بالا، خاصیت ارتجاعی و مقاومت در برابر خمش مکرر است. فیلم های PDMS همچنین دارای پایداری حرارتی و خواص عایق الکتریکی خوبی هستند. PDMS معمولاً در برنامه‌هایی استفاده می‌شود که به مواد نرم، انعطاف‌پذیر و راحت نیاز دارند، مانند وسایل الکترونیکی پوشیدنی و تجهیزات پزشکی.
هر یک از این مواد دارای مزایای خاص خود هستند و انتخاب مواد لایه فلکس به نیازهای خاص طراحی PCB بستگی دارد. عواملی مانند انعطاف پذیری، مقاومت در برابر دما، مقاومت در برابر رطوبت، مقرون به صرفه بودن و توانایی خمشی نقش مهمی در تعیین ماده مناسب برای لایه انعطاف پذیر در PCB انعطاف پذیر صلب دارند. در نظر گرفتن دقیق این عوامل، قابلیت اطمینان، دوام و عملکرد PCB را در کاربردها و صنایع مختلف تضمین می کند.

4. مواد چسبنده در PCBهای انعطاف پذیر سخت:

به منظور چسباندن لایه های صلب و انعطاف پذیر به یکدیگر، از مواد چسبنده در ساخت و ساز PCB انعطاف پذیر صلب استفاده می شود. این مواد اتصال دهنده اتصال الکتریکی قابل اعتماد بین لایه ها را تضمین می کنند و پشتیبانی مکانیکی لازم را فراهم می کنند. دو ماده اتصال دهنده رایج عبارتند از:
الف. رزین اپوکسی: چسب های مبتنی بر رزین اپوکسی به دلیل استحکام باند بالا و خواص عایق الکتریکی عالی به طور گسترده ای مورد استفاده قرار می گیرند. آنها پایداری حرارتی خوبی را فراهم می کنند و استحکام کلی برد مدار را افزایش می دهند.
ب اکریلیک: چسب های مبتنی بر اکریلیک در کاربردهایی که انعطاف پذیری و مقاومت در برابر رطوبت حیاتی است ترجیح داده می شوند. این چسب ها نسبت به اپوکسی ها استحکام اتصال خوبی دارند و زمان پخت کوتاه تری دارند.
ج- سیلیکون: چسب های مبتنی بر سیلیکون به دلیل انعطاف پذیری، پایداری حرارتی عالی و مقاومت در برابر رطوبت و مواد شیمیایی معمولاً در تخته های انعطاف پذیر سخت استفاده می شوند. چسب های سیلیکونی می توانند طیف وسیعی از دما را تحمل کنند و برای کاربردهایی که نیاز به انعطاف پذیری و مقاومت در برابر دمای بالا دارند، مناسب هستند. آنها با حفظ خواص الکتریکی مورد نیاز، پیوند مؤثر بین لایه های صلب و انعطاف پذیر را ایجاد می کنند.
د. پلی اورتان: چسب های پلی یورتان تعادلی از انعطاف پذیری و استحکام پیوند را در PCB های انعطاف پذیر صلب ایجاد می کنند. آنها چسبندگی خوبی به انواع زیرلایه ها دارند و مقاومت بسیار خوبی در برابر مواد شیمیایی و تغییرات دما دارند. چسب های پلی اورتان نیز لرزش را جذب کرده و پایداری مکانیکی PCB را فراهم می کند. آنها اغلب در برنامه هایی استفاده می شوند که به انعطاف پذیری و استحکام نیاز دارند.
E. رزین قابل درمان با اشعه ماوراء بنفش: رزین قابل درمان با اشعه ماوراء بنفش چسبی است که در معرض اشعه ماوراء بنفش (UV) به سرعت عمل می کند. آنها زمان اتصال و پخت سریعی را ارائه می دهند که آنها را برای تولید با حجم بالا مناسب می کند. رزین های قابل پخت با اشعه ماوراء بنفش چسبندگی عالی به انواع مواد از جمله بسترهای سفت و انعطاف پذیر ایجاد می کنند. آنها همچنین مقاومت شیمیایی و خواص الکتریکی بسیار خوبی از خود نشان می دهند. رزین‌های قابل پخت با اشعه ماوراء بنفش معمولاً برای PCBهای انعطاف‌پذیر صلب استفاده می‌شوند، جایی که زمان‌های پردازش سریع و اتصال قابل اعتماد بسیار مهم است.
F. چسب حساس به فشار (PSA): PSA یک ماده چسبنده است که در هنگام اعمال فشار یک پیوند ایجاد می کند. آنها یک راه حل ساده و راحت برای اتصال PCB های انعطاف پذیر صلب فراهم می کنند. PSA چسبندگی خوبی به سطوح مختلف از جمله بسترهای سفت و انعطاف پذیر ایجاد می کند. آنها امکان جابجایی در هنگام مونتاژ را فراهم می کنند و در صورت نیاز می توان آنها را به راحتی جدا کرد. PSA همچنین انعطاف‌پذیری و قوام عالی را ارائه می‌کند و آن را برای کاربردهایی که نیاز به خمش و خمش PCB دارند مناسب می‌سازد.

نتیجه گیری:

PCB های انعطاف پذیر صلب بخشی جدایی ناپذیر از دستگاه های الکترونیکی مدرن هستند که امکان طراحی مدارهای پیچیده را در بسته های فشرده و همه کاره فراهم می کنند. برای مهندسان و طراحانی که قصد دارند عملکرد و قابلیت اطمینان محصولات الکترونیکی را بهینه کنند، درک مواد مورد استفاده در ساخت آنها بسیار مهم است. این مقاله بر روی موادی که معمولاً در ساخت‌وساز PCB انعطاف‌پذیر استفاده می‌شوند، از جمله لایه‌های صلب و انعطاف‌پذیر و مواد چسبنده تمرکز دارد. با در نظر گرفتن عواملی مانند سختی، انعطاف پذیری، مقاومت در برابر حرارت و هزینه، سازندگان الکترونیک می توانند مواد مناسب را بر اساس نیازهای کاربردی خاص خود انتخاب کنند. چه FR4 برای لایه‌های سفت، پلی‌آمید برای لایه‌های انعطاف‌پذیر، یا اپوکسی برای اتصال، هر ماده نقش مهمی در تضمین دوام و عملکرد PCBهای انعطاف‌پذیر صلب در صنعت الکترونیک امروزی ایفا می‌کند.