Гибко-жёсткая печатная плата (rigid-flex PCB, flex-rigid board) — это сложная композитная структура, в которой участки традиционной жёсткой платы (rigid board) интегрированы с гибкими печатными проводниками (flexible printed circuitry, FPC) в единое неразъёмное изделие. В отличие от сборки из отдельных жёстких и гибких плат с помощью соединителей, такая конструкция монолитна и обеспечивает повышенную надёжность межсоединений, меньший вес и объём, а также устойчивость к вибрациям.
Конструкция и типы
Конструктивно плата состоит из чередующихся жёстких и гибких слоёв, соединённых переходными отверстиями (plated through-holes, PTH). Жёсткие секции обычно выполнены на основе стеклотекстолита FR-4 и служат для монтажа компонентов (component mounting area). Гибкие секции изготавливаются из полиимидной плёнки (например, Kapton от DuPont или аналогов) толщиной 25, 50 или 75 мкм с медными проводниками, и выполняют роль динамически изгибаемых или статически согнутых межсоединений (flex-to-install). Стандарт IPC-2223 «Sectional Design Standard for Flexible Printed Boards» определяет основные типы конструкций: Тип 1 — однослойный гибкий проводник с доступом только с одной стороны; Тип 4 — многослойный гибко-жёсткий вариант, содержащий три и более слоя проводников с жёсткими и гибкими участками.
Ключевые технологические особенности
Основная сложность производства заключается в точном совмещении и совместной обработке разнородных материалов. Процесс включает:
-
Формирование гибких хвостовиков (flex tails). Травление медных рисунков на полиимидной основе с покрытием адгезивом (adhesive) или по технологии безадгезивного ламинирования (adhesiveless lamination), где медь наносится непосредственно на полиимид.
-
Прессование (lamination). Послойное совмещение заготовок гибких и жёстких секций с препрегами, служащими связующим, в единый пакет с последующим ламинированием в гидравлическом прессе. Критичен контроль текучести смолы для предотвращения её выдавливания в гибкие зоны.
-
Формирование переходных отверстий. Сверление и химическая металлизация сквозных отверстий, проходящих через жёсткие и гибкие участки. Для гибких полиимидных слоёв применяются специальные методы очистки и активации поверхности.
-
Обработка контура и защитные покрытия. Фрезеровка контура и создание окон (cavities). На гибкие участки наносятся защитные покрытия: покровные слои (coverlay) из полиимида с адгезивом или паяльные маски (solder mask) для жёстких участков.
Области применения и значение для заказчика
Такие платы незаменимы в устройствах, где требуется компактная трёхмерная компоновка, динамический изгиб в процессе эксплуатации или повышенная стойкость к механическим нагрузкам. Типичные области: авионика и космическая техника, медицинские импланты и диагностические приборы, камеры мобильных устройств, высоконадёжные промышленные контроллеры. Для заказчика контрактного производства использование гибко-жёсткой технологии означает создание законченного миниатюрного модуля с исключёнными ненадёжными точечными разъёмами, что повышает MTBF (mean time between failures) изделия. Проектирование и изготовление таких плат требует тесного взаимодействия (DFM-анализа) между инженерами заказчика и производителя на ранних этапах для оптимизации геометрии изгибов (bend radius) и выбора материалов.
Источники: Конструкция и проектирование гибко-жёстких плат регламентированы стандартом IPC-2223. Требования к материалам установлены в IPC-4202 (гибкие диэлектрические плёнки), IPC-4203 (адгезивы) и IPC-4101 (материалы для жёстких секций). Контроль качества и приёмка определены в IPC-6013 «Qualification and Performance Specification for Flexible/Rigid-Flex Printed Boards». Терминология приведена в IPC-T-50 и ГОСТ Р 53386-2009.