Flex PCB vs. Rigid PCB: Een complete gids voor het kiezen van de juiste printplaat

In de wereld van de elektronica bepaalt de keuze tussen flexibele (flex) PCB's en starre PCB's alles, van het ontwerp van het apparaat tot de prestaties en de kosten.,Flex-PCB's hebben een revolutie teweeggebracht in de manier waarop ingenieurs compacte, duurzame en onconventionele elektronica benaderen, van draagbare fitness-trackers tot ruimtesensoren.voordelenDeze gids beschrijft de belangrijkste factoren, vergelijkt prestatiemetingen, en geeft een overzicht van de verschillende soorten van boards die nodig zijn om de juiste boards te kiezen.en biedt bruikbare inzichten om u te helpen beslissen tussen flex en rigide PCB's.

Wat zijn flexibele en starre PCB's?
In wezen dienen zowel flex als stijf pcb's hetzelfde doel: het verbinden van elektronische componenten om functionaliteit mogelijk te maken.

Flex-PCB's
Flexible PCB's (flexible PCB's) zijn gemaakt van dunne, buigbare substraten, meestal polyimide (PI), een hoogwaardig polymeer dat bekend staat om zijn duurzaamheid en hittebestendigheid.

a.een poly-imide basislaag (25×125 μm dik) voor flexibiliteit.
b. dunne kopersporen (12 ‰ 35 μm) om de geleidbaarheid tijdens het buigen te behouden.
c. een beschermende bekleding (polyimide of acryl) om sporen te isoleren en slijtage te weerstaan.

Flexible PCB's kunnen zich herhaaldelijk buigen, draaien en vouwen zonder circuits te beschadigen, waardoor ze ideaal zijn voor krappe ruimtes of bewegende onderdelen.

Rigiede PCB's
Rigiede PCB's zijn gemaakt van stijve substraten zoals glasvezelversterkte epoxy (FR-4), het meest voorkomende materiaal.

a.Een dikke FR-4-kern (0,4 ∼3,2 mm) voor stijfheid.
b.koperlagen (18 ‰ 105 μm) die aan de kern zijn gebonden.
c.Soldeermasker en zijdefilter voor bescherming en etikettering.

Rigiede PCB's behouden een vaste vorm en bieden stabiliteit voor zware componenten en toepassingen met een hoog vermogen.

Belangrijkste verschillen: Flexible PCB versus Rigid PCB
De onderstaande tabel vergelijkt kritische metrics om te benadrukken hoe flexibele en starre PCB's verschillen in prestaties, kosten en functionaliteit:

Voordelen van flexibele PCB's
Flexible PCB's zijn uitstekend in toepassingen waar ruimte, gewicht en duurzaamheid van cruciaal belang zijn:

1. Ruimte- en gewichtsbesparing
Flexible PCB's elimineren de noodzaak van connectoren, draden en omvangrijke behuizingen, waardoor de grootte van het apparaat met 30~50% en het gewicht met 40~60% wordt verminderd.

a.Een medische endoscoop met een flex-PCB past in een as met een diameter van 10 mm, terwijl een stijf PCB een as van 20 mm vereist.
b. Draagbare fitness-trackers maken gebruik van flex-PCB's om de contour tot aan de pols te brengen zonder massa toe te voegen.

2Duurzaamheid in dynamische omgevingen
Flexible PCB's gedijen waar beweging of trillingen gebruikelijk zijn:

a.Flex-cycli: Polyimide-substraten kunnen 100.000+ 180° buigen, waardoor ze ideaal zijn voor scharnieren (bijv. opvouwbare telefoon-schermen).
b.Trillingsweerstand: flex-PCB's, die worden gebruikt in deurpanelen van auto's en industriële robots, weerstaan schade door constante beweging, in tegenstelling tot starre PCB's, die onder spanning barsten.

3. Thermische en chemische weerstand
Polyimide-flex-PCB's werken betrouwbaar onder extreme omstandigheden:

a.Temperatuurbereik: van cryogene (-269°C) in de luchtvaart tot hoge temperatuur (300°C) in de buurt van motoronderdelen.
b. Chemische weerstand: Weerstand tegen oliën, oplosmiddelen en lichaamsvloeistoffen, cruciaal voor medische implantaten en onderhoudelijke auto-onderdelen.

4Vrijheid van ontwerp
Flexible PCB's maken vormen en configuraties mogelijk die onmogelijk zijn met starre platen:

a.3D-conformiteit (bijv. omwikkelen van gebogen oppervlakken zoals auto-paneelborden).
b.Integratie in krappe ruimtes (bijv. tussen batterijcellen in elektrische voertuigen).

Beperkingen van flexibele PCB's
Ondanks hun voordelen hebben flex-PCB's afwegingen:
1. Hogere kosten
Flex-PCB's kosten 2 ¢ 5x meer dan starre PCB's vanwege:

a.Specialistische materialen (polyimide is duurder dan FR-4).
b. Complexe fabricage (laserboren, precieze laminaatvorming).
c.Lager productievolume (langzamer schaalbaar dan stijve PCB's).

2Beperkte compatibiliteit van componenten
Zware of grote componenten (bijv. transformatoren, grote condensatoren) kunnen niet op flex secties worden gemonteerd, waardoor stijve verstijvers nodig zijn die complexiteit toevoegen.

3. Ontwerpbeperkingen
a. Tracebreedte/spacing: minimale tracebreedte van 3 ‰ 5 mil (tegenover 2 ‰ 3 mil voor starre PCB's), waardoor ontwerpen met een hoge dichtheid worden beperkt.
b. Moeilijk te repareren: beschadigde sporen zijn moeilijker te repareren dan op starre PCB's.

Voordelen van stijve PCB's
Rigiede PCB's blijven het werkpaardje van de elektronica om een goede reden:
1. Lagere kosten en schaalbaarheid
Rigiede PCB's profiteren van volwassen productieprocessen:

a.De productie in grote hoeveelheden (100.000+ eenheden) verlaagt de kosten tot $15$ per bord (tegenover $5$25 voor flex-PCB's).
b.Compatibel met geautomatiseerde assemblagelijnen, waardoor de arbeidskosten worden verlaagd.

2. Hoge componentendichtheid
Rigiede PCB's ondersteunen:

a. Meer lagen (tot 40+) voor complexe schakelingen (bv. servermoederborden).
b. fijne-pitch componenten (0,3 mm BGA) en microvias, cruciaal voor hogesnelheidsontwerpen zoals 5G-modems.

3Eenvoudige montage en reparatie
a.Standaard montagegaten en vlakke oppervlakken vereenvoudigen de plaatsing van de onderdelen.
b. Beschadigde sporen of onderdelen zijn gemakkelijker te repareren met traditionele gereedschappen.

4. Thermisch beheer
Dikkere koperschichten en aluminiumkernvarianten verdrijven de warmte beter dan flex-PCB's, waardoor starre PCB's ideaal zijn voor apparaten met een hoog vermogen (bijv. voedingsmiddelen, motorcontrollers).

Beperkingen van starre PCB's
Rigiede PCB's hebben moeite in toepassingen die aanpassingsvermogen vereisen:
1. Onbuigzaamheid
Een vaste vorm beperkt de ontwerpmogelijkheden, vooral in compacte of gebogen apparaten.

2Gewicht en grootte
Rigiede PCB's vereisen extra ruimte voor connectoren en bedradingsbanden, waardoor het apparaat groter wordt.

3Gevoeligheid voor trillingen
Rigiede PCB's zijn gevoelig voor slijtage van de soldeergewrichten in omgevingen met hoge trillingen (bijv. automobielmotoren), waar flex PCB's schokken zouden absorberen.

Ideale toepassingen voor flexibele PCB's
Flexible PCB's schijnen op in scenario's die compactheid, duurzaamheid of onconventionele vormfactoren vereisen:
1. Consumentenelektronica
Opvouwbare telefoons: Flex-PCB's maken scharniermechanismen mogelijk (bijvoorbeeld Samsung Galaxy Z Fold).
Wearables: Smartwatches en fitnessbandjes gebruiken flex PCB's om de contour van het lichaam te vormen.

2Medische hulpmiddelen
Implantaten: Pacemakers en neurostimulatoren gebruiken biocompatibele flex PCB's (ISO 10993-gecertificeerd).
Minimaal invasieve hulpmiddelen: Endoscopen en laparoscopische apparaten zijn afhankelijk van flex-PCB's om in het lichaam te navigeren.

3. Automobiel
Interieursystemen: Flexible PCB's passen in gebogen dashboards en deurpanelen voor omgevingsverlichting.
Motor sensoren: weerstaan onder de kap temperaturen en trillingen beter dan starre PCB's.

4. Luchtvaart
Satellieten: Lichte flex-PCB's verminderen de lanceringskosten en weerstaan straling.
UAV's: Flexible PCB's passen in krappe ruimtes in drone vleugels en camera gimbals.

Ideale toepassingen voor stijve PCB's
Rigiede PCB's worden de voorkeur gegeven voor apparaten met hoge prestaties, stationaire apparaten of apparaten met veel vermogen:
1Informatica en netwerken
Servers en pc's: Rigiede PCB's ondersteunen 20+ lagen en een hoge snelheid DDR5-geheugen.
Routers en switches: 100Gbps+ data snelheden met minimaal signaalverlies.

2Industriële apparatuur
Motorcontrollers: Rigiede PCB's met dik koper behandelen hoge stromen (100A+).
PLC's (Programmable Logic Controllers): Stabiele prestaties in fabrieksomgevingen.

3Huishoudelijke apparaten
Koelkasten en TV's: Kosteneffectieve starre PCB's zorgen voor beheersfuncties met weinig energie.

4Energie-elektronica
EV-opladers: PCB's met een starre aluminiumkern verdrijven warmte van hoogspanningscomponenten.

Wanneer kies je voor rigide-flex PCB's: de hybride oplossing
Voor veel ontwerpen bieden rigide-flex-PCB's, waarbij rigide secties voor componenten en flex secties voor beweging worden gecombineerd, het beste van beide werelden.

a. Draagbare medische hulpmiddelen: stijve secties bevatten batterijen/sensoren; flex secties maken articulatie mogelijk.
b.ADAS voor auto's: verbinding van camera's en radar in nauwe ruimtes onder de motorkap zonder bedrading.
c. Militaire radio's: weerstaan trillingen bij het integreren van complexe circuits.

Rigid-flex PCB's zijn duurder dan starre PCB's, maar minder duur dan het gebruik van afzonderlijke flex- en starre borden met connectoren.

Hoe te kiezen: een besluitvorm
Gebruik de volgende vragen om uw keuze te begeleiden:

1Is het apparaat nodig om te buigen of in een gebogen ruimte te plaatsen?
Ja: Flex- of rigid-flex-PCB.
Nee: Rigid PCB.

2Wat is het productievolume?
Hoog volume (> 10.000 eenheden): Rigid PCB's (lagere kosten per eenheid).
Kleine hoeveelheid (< 1.000 eenheden): Flex PCB's (de flexibiliteit van het ontwerp rechtvaardigt de kosten).

3Bevat het ontwerp zware componenten of een hoog vermogen?
Ja: Rigid PCB (betere ondersteuning en thermisch beheer).
No: Flex PCB (licht, compacter).

4Zal het apparaat vibraties, extreme temperaturen of chemicaliën ondergaan?
Ja: Flexible PCB's (superieure duurzaamheid).
No: Rigiede PCB's (kosteneffectief).

Case study: Flex versus Rigid in een draagbaar apparaat
Een fabrikant van een patch voor het volgen van de gezondheid had een PCB nodig dat:

a.In een 2 mm dikke, gebogen behuizing passen.
b.Besteed meer dan 1000 uur huidcontact.
c. Ondersteunde hartslag- en temperatuursensoren.
b.Rigid PCB Prototype: Te dik (3 mm) en zwaar; mislukt na 500 uur als gevolg van vermoeidheid van de soldeergewricht door lichaamsbeweging.
c.Flexible PCB-oplossing: 0,2 mm dik, 60% lichter; bestand tegen meer dan 2000 uur gebruik en handhaving van de signaalintegrititeit.

Veelgestelde vragen
V: Kunnen flexibele PCB's stijve PCB's vervangen in alle toepassingen?
Flex-PCB's zijn kosteneffectief voor apparaten met een hoog volume en een lage complexiteit (bijv. afstandsbediening) en kunnen geen zware componenten of een hoog aantal lagen ondersteunen, zoals stijve PCB's.

V: Zijn flexibele PCB's betrouwbaarder dan starre PCB's?
A: In dynamische omgevingen (trillingen, buigingen), ja. In stationaire, krachtige toepassingen zijn stijve PCB's betrouwbaarder.

V: Hoeveel kost een flex PCB vergeleken met een stijf PCB?
A: Flex-PCB's kosten voor kleine volumes 2 ¢ 5x meer, maar de kloof verkleint voor grote productierijen (100.000+ eenheden).

V: Kunnen flex-PCB's snelle signalen verwerken (5G, 10Gbps+)?
Flex PCB's worden gebruikt in 5G-antennes en snelle dataverbindingen in de luchtvaart.

Conclusies
Flexible en rigide PCB's zijn geen concurrenten, maar complementaire technologieën.of complexe stationaire apparatenVoor veel moderne elektronica, van opvouwbare telefoons tot medische implantaten, is de optimale oplossing vaak een combinatie van starre secties voor prestaties en flexibele secties voor flexibiliteit.

Door uw keuze af te stemmen op de vormfactor, de omgeving en de productiebehoeften van uw apparaat, kunt u de kosten, prestaties en betrouwbaarheid in evenwicht brengen.

De “best” PCB hangt af van de unieke eisen van uw ontwerp.terwijl stijve PCB's kosteneffectiviteit en prestaties bieden voor standaardtoepassingen.