Membuka Ide-Ide Baru: Perjalanan Saya ke Dunia PCB Fleksibel

Selama bertahun-tahun, saya telah menggunakan papan hijau yang dapat diandalkan dan umum dikenal sebagai papan sirkuit cetak kaku. Mereka telah menjadi fondasi dari banyak perangkat elektronik yang telah saya bantu buat. Tetapi seiring kemajuan teknologi, membutuhkan desain yang lebih kecil, lebih ringan, dan lebih kompleks, saya mengalami masalah. Kekakuan papan sirkuit tradisional menjadi masalah nyata. Saat itulah saya mulai belajar semua tentang PCB fleksibel, dan itu benar-benar mengubah pandangan saya tentang apa yang dapat Anda lakukan dalam desain elektronik.

Artikel ini untuk siapa saja yang ingin melampaui elektronik normal, seperti yang saya lakukan. Kita akan melihat detail papan sirkuit cetak fleksibel (FPC), sebuah teknologi yang memungkinkan sirkuit untuk menekuk, memutar, dan melipat. Anda akan belajar tentang bahan yang membuatnya istimewa, berbagai jenis yang dapat Anda gunakan, dan manfaat luar biasa yang mereka bawa. Saya akan berbagi apa yang telah saya pelajari untuk menunjukkan kepada Anda mengapa mengetahui tentang PCB fleksibel sekarang penting bagi siapa pun yang serius dengan elektronik modern.

Apa Sebenarnya Papan Sirkuit Cetak Fleksibel?

Saya masih ingat pertama kali saya melihat papan sirkuit cetak fleksibel. Tampaknya kurang seperti perangkat keras dan lebih seperti pita futuristik. PCB fleksibel pada dasarnya adalah tata letak jalur listrik pada bahan dasar tipis yang dapat ditekuk. Bayangkan papan sirkuit yang dapat menekuk dan memutar tanpa merusak koneksi. Tidak seperti yang kaku, sirkuit ini dibuat agar sesuai dengan bentuk produk yang ada di dalamnya. Fitur utama inilah yang menjadikan sirkuit fleksibel sebagai bagian penting dari elektronik modern yang kecil.

Papan sirkuit cetak fleksibel melakukan pekerjaan yang sama dengan PCB lainnya: menghubungkan dan menahan komponen elektronik. Tetapi, cara pembuatannya pada substrat fleksibel, biasanya film polimer, itulah yang membuatnya berbeda. Hal ini memungkinkan sirkuit fleksibel digunakan di tempat papan sirkuit kaku tidak dapat digunakan, seperti menghubungkan bagian yang bergerak atau masuk ke area berbentuk aneh. Teknologi ini telah ada sejak lama, tetapi telah berkembang sangat cepat karena kebutuhan akan perangkat elektronik yang lebih kecil dan lebih portabel.

Bagaimana PCB Fleksibel Berbeda Dari PCB Rigid?

Ketika saya mulai melihat ke dalam elektronik fleksibel, perbedaan yang paling jelas adalah, tentu saja, bahwa ia dapat menekuk. Tetapi ketika saya belajar lebih banyak, saya melihat bahwa perbedaannya jauh lebih dari sekadar menjadi lentur. PCB kaku menggunakan dasar yang padat dan kaku, seringkali FR-4, yang merupakan jenis bahan fiberglass. Ini membuatnya kuat dan stabil. PCB fleksibel, bagaimanapun, menggunakan bahan dasar yang dapat ditekuk seperti poliimida, yang memungkinkannya untuk menekuk dan melentur. Perbedaan mendasar dalam bahan ini menentukan bagaimana mereka digunakan; PCB kaku sangat bagus untuk produk besar seperti komputer desktop, sementara PCB fleksibel sangat penting untuk perangkat kecil seperti smartphone dan perangkat yang dapat dikenakan.

Cara pembuatannya juga memiliki perbedaan utama. Misalnya, alih-alih masker solder, sirkuit fleksibel biasanya menggunakan "coverlay," yang merupakan film pelindung yang dapat ditekuk untuk sirkuit. Biaya adalah faktor besar lainnya. Awalnya, sirkuit fleksibel seringkali lebih mahal untuk dibuat daripada papan sirkuit kaku. Tetapi, karena dapat membuat produk lebih kecil dan menghilangkan kebutuhan akan konektor dan kabel, Anda dapat menghemat uang untuk biaya perakitan dan material. Saya telah melihat bahwa "penghematan tersembunyi" ini seringkali membuat PCB fleksibel menjadi pilihan uang yang lebih cerdas untuk desain yang kompleks.

Bahan Apa yang Membuat PCB Fleksibel?

Apa yang membuat PCB fleksibel istimewa adalah bahan yang digunakan untuk membuatnya. Bahan yang Anda pilih secara langsung memengaruhi kemampuan papan untuk menekuk, berapa lama ia bertahan, dan bagaimana ia menangani panas. Dalam pengalaman saya, sangat penting untuk memahami bahan-bahan ini untuk merancang produk yang berfungsi dengan baik dan bertahan lama.

Berikut adalah daftar bahan utama yang digunakan:

Bahan dasar yang paling sering saya lihat adalah poliimida (PI). Fakta bahwa ia dapat menahan suhu tinggi membuatnya sangat kuat untuk pekerjaan yang sulit. Konduktornya hampir selalu tembaga, yang dietsa untuk membentuk pola sirkuit. Lapisan pelindung tipis, seperti ENIG (Electroless Nickel Immersion Gold), perak imersiatau timah imersi, kemudian diletakkan untuk menghentikan karat dan membantu dengan penyolderan.

Apakah Ada Berbagai Jenis PCB Fleksibel?

Sama seperti papan kaku, PCB fleksibel hadir dalam beberapa jenis yang berbeda, dan masing-masing baik untuk hal yang berbeda. Saya telah belajar bahwa memilih jenis sirkuit fleksibel yang tepat sangat penting untuk seberapa baik produk akhir bekerja dan berapa biayanya. Mereka biasanya diurutkan berdasarkan berapa banyak lapisan konduktor yang mereka miliki.

Berikut adalah jenis sirkuit fleksibel umum yang sering saya gunakan:

• Sirkuit Fleksibel Satu Sisi: Ini adalah jenis PCB fleksibel yang paling dasar. Mereka memiliki satu lapisan konduktor di satu sisi film dielektrik fleksibel. Saya pikir mereka bagus untuk penggunaan sederhana di mana papan hanya ditekuk sekali saat dipasang. Anda sering menemukan ini dalam hal-hal seperti kalkulator atau kepala bergerak printer.
• Sirkuit Fleksibel Dua Sisi: Papan ini memiliki dua lapisan konduktor, satu di setiap sisi dasar. Lubang tembus berlapis (PTH) digunakan untuk menghubungkan kedua lapisan. Desain ini memungkinkan Anda memiliki sirkuit yang lebih kompleks dan padat, menjadikannya pilihan populer untuk hal-hal seperti kamera digital dan ponsel.
• Sirkuit Fleksibel Multi-Layer: Untuk pekerjaan yang sangat rumit, sirkuit fleksibel multi-layer adalah cara yang tepat. Ini menggabungkan beberapa sirkuit satu atau dua sisi yang direkatkan bersama, dengan koneksi yang dibuat melalui lubang tembus berlapis atau micro-vias. Saya telah menggunakan ini dalam produk tingkat atas seperti perangkat medis dan unit GPS di mana Anda membutuhkan banyak koneksi dalam ruang kecil.
• PCB Rigid-Flex: Ini adalah campuran yang menggabungkan yang terbaik dari kedua jenis. PCB rigid-flex menggabungkan papan sirkuit kaku dan sirkuit fleksibel menjadi satu unit yang terhubung. Ini menghilangkan kebutuhan akan konektor antara papan kaku, yang membuatnya lebih dapat diandalkan dan lebih mudah untuk disatukan.

Ada juga jenis khusus seperti HDI (Interkoneksi Kepadatan Tinggi) PCB fleksibel. Ini menggunakan bahan yang sangat tipis dan micro-vias untuk produk yang membutuhkan kinerja terbaik dan ukuran terkecil.

Apa Saja Keuntungan Nyata Menggunakan Flex di Dunia Nyata?

Ketika saya pertama kali mulai menggunakan PCB fleksibel untuk beberapa proyek saya, keuntungannya langsung terlihat jelas. Bukan hanya tentang bisa menekuk; itu adalah perubahan mendasar dalam kebebasan desain dan seberapa baik hal-hal bekerja. Banyak keuntungan dari papan sirkuit cetak fleksibel dapat menjadi masalah besar untuk membuat produk baru.

Berikut adalah beberapa manfaat utama yang telah saya lihat sendiri:

• Lebih Sedikit Ruang dan Berat: Ini seringkali merupakan manfaat yang paling banyak dibicarakan. Sirkuit fleksibel sangat tipis dan ringan. Saya telah melihat produk menjadi hingga 75% lebih ringan dibandingkan dengan menggunakan papan kaku dan pengaturan kabel gaya lama. Ini sangat penting di bidang-bidang seperti kedirgantaraan dan untuk membuat perangkat yang dapat dikenakan yang ringan.
• Lebih Andal dan Bertahan Lebih Lama: Dengan menghilangkan konektor, yang sering menyebabkan masalah, desain fleksibel dan rigid-flex sangat meningkatkan seberapa andal sistem tersebut. Bahan poliimida juga dapat menangani guncangan dan panas ekstrem lebih baik daripada bahan papan kaku.
• Kebebasan Desain dan Pembengkokan: Sirkuit fleksibel dapat ditekuk, dilipat, dan dibentuk dalam 3D. Ini telah memungkinkan saya untuk merancang elektronik yang dapat masuk ke dalam produk kecil dan berbentuk aneh, yang tidak mungkin dilakukan dengan papan sirkuit kaku.
• Penghilangan Panas yang Lebih Baik: Karena PCB fleksibel sangat tipis, mereka sering melakukan pekerjaan yang lebih baik dalam mengelola dan menghilangkan panas daripada sepupu mereka yang lebih tebal dan kaku.
• Biaya dan Waktu Perakitan Lebih Rendah: Meskipun PCB fleksibel mungkin lebih mahal pada awalnya, itu dapat menghemat banyak uang dari waktu ke waktu. Dengan mengganti pengaturan kabel tebal, Anda menggunakan lebih sedikit material, membutuhkan lebih sedikit pekerjaan, dan memiliki lebih sedikit peluang untuk kesalahan selama perakitan.

Bagaimana Sirkuit Cetak Fleksibel Diproduksi?

Proses pembuatan papan sirkuit fleksibel serupa dalam beberapa hal dengan pembuatan PCB kaku, tetapi dengan perbedaan penting karena bahannya dapat ditekuk. Mengetahui langkah-langkah dasar ini telah membantu saya merancang sirkuit fleksibel yang lebih mudah dan lebih murah untuk dibuat.

Prosesnya biasanya mencakup langkah-langkah utama ini:

1. Menyiapkan Bahan: Proses dimulai dengan memilih substrat fleksibel yang tepat (seperti poliimida) dan foil tembaga. Mereka seringkali sudah direkatkan bersama. Bahan tersebut kemudian dipotong dengan ukuran yang tepat untuk lembaran produksi.
2. Pengeboran: Lubang untuk komponen dan vias dibor ke dalam material. Untuk desain padat, laser sering digunakan untuk membuat yang kecil micro-vias.
3. Pelapisan Tembaga: Lapisan tembaga dimasukkan ke dalam lubang yang dibor (ini disebut pelapisan melalui lubang) untuk membuat koneksi listrik antara lapisan pada papan dua sisi dan multi-layer.
4. Pencitraan dan Etsa Sirkuit: Bahan peka cahaya diletakkan di atas tembaga. Masker dengan pola sirkuit digunakan untuk menyinari cahaya UV di atasnya. Bagian yang tidak terkena cahaya dan tembaga di bawahnya kemudian dicuci dengan bahan kimia, meninggalkan jalur listrik yang dibutuhkan dari desain sirkuit.
5. Aplikasi Coverlay: Alih-alih masker solder, a coverlay (lapisan poliimida dengan lem) diletakkan di atas papan untuk melindungi sirkuit tembaga dari kelembaban dan kerusakan. Bukaan dibiarkan untuk bantalan komponen.
6. Permukaan akhir: Untuk melindungi bantalan tembaga terbuka dari karat dan menyiapkannya untuk penyolderan, lapisan permukaan diletakkan. Jenis umum termasuk ENIG, OSP (Organic Solderability Preservative), perak imersiatau timah imersi.
7. Aplikasi Penguat: Jika desain membutuhkannya, penguat yang terbuat dari bahan seperti FR-4 atau poliimida yang lebih tebal dipasang ke tempat-tempat tertentu untuk mendukung komponen.
8. Pengujian dan Pemotongan: Papan yang sudah jadi diuji secara elektrik untuk memastikan tidak ada kerusakan atau korsleting. Mereka kemudian dipotong dari lembaran produksi utama.

Apa itu PCB Rigid-Flex dan Kapan Saya Harus Menggunakannya?

Saya sering ditanya tentang rigid-flex PCB, dan itu masuk akal. Mereka adalah langkah maju yang kuat dalam teknologi papan sirkuit. PCB rigid-flex adalah papan hibrida yang memiliki fitur terbaik dari sirkuit kaku dan fleksibel. Itu terbuat dari bagian papan sirkuit kaku yang digabungkan dengan mulus oleh sirkuit fleksibel bawaan. Ini membuat satu PCB tunggal yang dapat ditekuk atau dilipat agar sesuai dengan bentuk produk akhir.

Manfaat terbesar dari a PCB yang kaku dan fleksibel adalah bahwa ia menghilangkan kebutuhan akan konektor standar, kabel, dan sambungan solder yang biasanya menghubungkan papan kaku yang terpisah. Ini tidak hanya menghemat sejumlah besar ruang tetapi juga membuat sistem jauh lebih andal dengan menghilangkan tempat-tempat yang bisa gagal. Saya telah menemukan bahwa desain rigid-flex sangat bagus untuk produk kompleks dan berisiko tinggi di mana ruang sempit dan harus sangat tahan lama.

Jadi, kapan ide yang baik untuk memilih desain rigid-flex? Saya menyarankannya untuk pekerjaan kompleks yang perlu sangat andal, di mana ruang terbatas dan ketangguhan adalah kunci. Contohnya termasuk peralatan militer, sistem kedirgantaraan, dan perangkat medis canggih seperti alat pacu jantung. Meskipun membuatnya pada awalnya lebih sulit dan lebih mahal daripada PCB fleksibel atau kaku standar, perakitan yang lebih mudah, bobot yang lebih ringan, ukuran yang lebih kecil, dan keandalan yang lebih baik seringkali membuat biaya tambahan sepadan.

Apa Saja Aplikasi Papan PCB Fleksibel yang Paling Umum?

Penggunaan PCB fleksibel telah tumbuh sangat cepat dalam sepuluh tahun terakhir. Kemampuan khusus mereka untuk menghemat ruang, menjadi lebih ringan, dan menangani guncangan telah menjadikannya penting di hampir setiap bagian dari industri elektronik. Saya memiliki kesempatan untuk melihatnya digunakan dalam berbagai macam produk.

Berikut adalah beberapa area paling umum di mana sirkuit cetak fleksibel digunakan:

• Elektronik Konsumen: Ini mungkin pasar terbesar. Sirkuit fleksibel adalah bagian penting dari smartphone modern, tablet, kamera digital, dan perangkat yang dapat dikenakan. Mereka menghubungkan layar, bagian kamera, dan komponen lain di perangkat yang sangat ramai ini. Smartphone lipat yang terkenal adalah contoh bagus dari elektronik fleksibel yang bekerja.
• Otomotif: Industri mobil menggunakan sirkuit fleksibel lebih banyak dan lebih banyak untuk hal-hal seperti panel dasbor, sistem kontrol ABS, dan sirkuit yang ditempatkan di lapisan atap mobil. Karena mereka tahan terhadap guncangan, mereka sempurna untuk kondisi sulit di bawah kap mesin.
• Peralatan Medis: Dalam kedokteran, menjadi andal adalah hal yang paling penting. PCB fleksibel dan rigid-flex digunakan dalam segala macam hal, mulai dari alat bantu dengar dan alat pacu jantung hingga mesin pencitraan medis. Fakta bahwa mereka aman untuk tubuh dan dapat masuk ke dalam desain kecil dan nyaman adalah manfaat utama untuk implan medis dan perangkat yang dapat dikenakan.
• Kedirgantaraan dan Militer: Di bidang-bidang penting ini, bobot ringan dan kekuatan PCB fleksibel sangat penting. Mereka digunakan dalam satelit, elektronik pesawat terbang, dan sistem GPS di mana mereka harus cukup kuat untuk menangani panas dan guncangan ekstrem.

Apakah Ada Aturan Desain Khusus untuk Papan Sirkuit Fleksibel?

Membuat desain untuk papan sirkuit fleksibel berbeda dengan membuat desain untuk papan kaku. Saya menemukan ini dengan cara yang sulit di salah satu proyek pertama saya. Untuk memastikannya dapat diandalkan, terutama untuk bagian yang banyak menekuk, ada aturan desain tertentu yang perlu Anda ikuti. Jika Anda mengabaikan ini, jalur listrik dapat retak dan gagal lebih awal.

Berikut adalah beberapa aturan yang sangat penting yang selalu saya ikuti saat membuat desain papan sirkuit dengan bagian yang dapat ditekuk:

• Gunakan Tikungan Halus: Sudut tajam menyebabkan stres. Selalu gunakan jejak melengkung dengan radius tikungan besar alih-alih belokan 90 derajat yang tajam. Panduan yang baik adalah membuat radius tikungan setidaknya 10 kali lebih tebal dari bahan fleksibel.
• Jejak Terhuyung: Pada sirkuit fleksibel dua sisi atau multi-layer, jangan letakkan jejak tepat di atas satu sama lain di area yang menekuk. Menempatkannya di sisi yang berlawanan dengan cara yang terhuyung menyebarkan stres dengan lebih baik.
• Rute Konduktor Melintasi Tikungan: Garis konduktor harus berjalan lurus melintasi garis tikungan bila Anda bisa. Ini memberikan lebih sedikit tekanan pada jejak tembaga saat mereka melentur.
• Buat Transisi Halus: Jangan membuat perubahan mendadak dalam seberapa lebar jejak itu. Jika Anda perlu membuat jejak lebih kecil, gunakan kemiringan lembut alih-alih langkah tajam.
• Jauhkan Vias dari Area Tikungan: Lubang tembus berlapis dan vias adalah bagian yang kaku. Menempatkannya di tempat yang perlu menekuk akan menyebabkan masalah besar. Jauhkan mereka di bagian papan yang datar dan tidak menekuk atau di bagian kaku dari desain rigid-flex.

Berbicara dengan produsen Anda juga sangat penting. Mereka dapat memberi Anda aturan DFM (Desain untuk Kemampuan Manufaktur) khusus berdasarkan cara mereka membuat sesuatu dan bahan yang mereka gunakan.

Mengapa PCB Fleksibel Semakin Populer?

Anda tidak dapat menyangkal tren: PCB fleksibel bukan lagi teknologi khusus; mereka adalah solusi umum. Dari tempat saya berdiri di industri elektronik, alasan mereka menjadi begitu populer sudah jelas. Ini adalah kombinasi dari apa yang diinginkan pasar dan peningkatan dalam teknologi. Dorongan konstan untuk elektronik yang lebih kecil, lebih ringan, dan lebih kuat adalah alasan utama. PCB kaku normal dengan konektornya yang besar tidak dapat masuk ke ruang kecil dan memenuhi batas berat perangkat yang dapat dikenakan saat ini, smartphone baru, dan sensor IoT.

Juga, keandalan papan sirkuit fleksibel telah terbukti di tempat-tempat yang paling sulit, dari dalam tubuh seseorang hingga luar angkasa. Karena industri seperti mobil dan perangkat medis menggunakan teknologi yang lebih canggih, kebutuhan akan koneksi yang kuat dan dapat diandalkan yang dapat menangani guncangan dan gerakan konstan telah tumbuh pesat. Kemampuan untuk membuat desain papan sirkuit 3D yang kompleks juga telah memulai gelombang baru ide-ide baru, memungkinkan para insinyur dan desainer PCB menjadi lebih kreatif.

Terakhir, meskipun bahan mungkin lebih mahal, total biaya untuk memilikinya seringkali lebih rendah. Menggunakan lebih sedikit komponen (seperti kabel dan konektor) dan membuat proses perakitan lebih mudah berarti biaya perakitan lebih rendah dan lebih sedikit peluang untuk kesalahan. Karena cara membuatnya menjadi lebih baik dan lebih mudah diakses, saya percaya kita akan melihat penggunaan PCB fleksibel dan rigid-flex tumbuh lebih banyak lagi, membentuk masa depan produk elektronik canggih.

Poin-Poin Penting yang Harus Diingat:

• PCB fleksibel dibuat pada bahan dasar yang dapat ditekuk, biasanya poliimida, yang memungkinkannya untuk menekuk dan melipat.
• Mereka memberikan manfaat besar dalam mengurangi berat dan ukuran, memiliki yang lebih baik keandalan, dan memungkinkan lebih banyak kebebasan desain daripada papan sirkuit kaku.
• Jenis utama adalah satu sisi, dua sisi, multi-layer, dan rigid-flex PCB, yang mencampur teknologi kaku dan fleksibel.
• Aturan desain khusus, seperti menggunakan tikungan halus dan jejak terhuyung, sangat penting untuk umur panjang a sirkuit fleksibel.
• Meningkatnya kebutuhan akan yang lebih kecil, lebih ringan, dan lebih kreatif elektronik di semua industri membuat sirkuit cetak fleksibel lebih populer.