Apa yang dimaksud dengan PCB Fleksibel? Jenis, Keunggulan, dan Aplikasi

Permintaan akan papan sirkuit yang ringkas, ringan, dan mudah beradaptasi tidak pernah setinggi ini. Masuklah ke papan sirkuit cetak fleksibel, sebuah teknologi yang telah merevolusi cara kita mendesain dan memproduksi perangkat elektronik. Dengan kemampuannya untuk ditekuk, dilipat, dan disesuaikan dengan berbagai bentuk, PCB fleksibel telah membuka banyak kemungkinan bagi para insinyur dan desainer. Dalam panduan komprehensif ini, kita akan mempelajari seluk-beluk PCB fleksibel, menjelajahi karakteristik unik, jenis, keunggulan, dan beragam aplikasinya di berbagai industri.

Apa yang dimaksud dengan PCB Fleksibel

PCB fleksibel, juga dikenal sebagai sirkuit fleksibel atau sirkuit cetak fleksibel, adalah jenis papan sirkuit cetak khusus yang terdiri dari substrat tipis dan fleksibel dengan jejak konduktif yang terukir di permukaannya. Tidak seperti PCB kaku tradisional, yang terbuat dari bahan padat dan tidak fleksibel seperti fiberglass, PCB fleksibel menggunakan substrat polimer yang lentur, biasanya polimida atau poliester. Fleksibilitas ini memungkinkan papan sirkuit untuk ditekuk, dilipat, dan disesuaikan dengan berbagai bentuk, sehingga ideal untuk aplikasi di mana ruang terbatas atau di mana perangkat perlu beradaptasi dengan permukaan yang tidak beraturan.

Struktur dasar PCB fleksibel terdiri dari tiga komponen utama: film substrat dielektrik, lapisan konduktif, dan lapisan pelindung. Film substrat dielektrik, biasanya terbuat dari polimida (PI) atau polietilena tereftalat (PET), menyediakan isolasi listrik dan dukungan mekanis untuk lapisan konduktif. Lapisan konduktif, biasanya terbuat dari tembaga, diukir pada substrat untuk menciptakan pola sirkuit yang diinginkan. Tembaga dapat berupa elektrodeposit (ED) atau anil gulung (RA), tergantung pada persyaratan aplikasi. Lapisan tipis bahan isolasi, sering kali polimida atau masker solder fleksibel, diaplikasikan di atas lapisan konduktif untuk melindunginya dari kerusakan dan faktor lingkungan.

Selain komponen dasar ini, PCB fleksibel juga dapat menggabungkan bahan perekat untuk mengikat lapisan bersama-sama, serta pengaku di area tertentu untuk memberikan dukungan tambahan untuk komponen atau konektor. Karakteristik utama yang membedakan PCB fleksibel dari PCB kaku adalah fleksibilitas, ketipisan, dan sifatnya yang ringan. Sifat-sifat ini memungkinkan sirkuit fleksibel digunakan dalam aplikasi di mana PCB kaku tradisional tidak praktis atau tidak mungkin. PCB fleksibel dapat menahan pembengkokan dan pelipatan berulang kali tanpa mengorbankan kinerja kelistrikannya, membuatnya sangat tahan lama dan dapat diandalkan di lingkungan yang dinamis.

Perhatikan bahwa PCB fleksibel dapat dikombinasikan dengan PCB kaku untuk membuat desain hibrida yang dikenal sebagai PCB kaku-fleksibel. Papan ini menggabungkan bagian yang fleksibel dan kaku, sehingga memungkinkan fleksibilitas dan fungsionalitas desain yang lebih besar. PCB kaku-fleksibel sangat berguna dalam aplikasi di mana papan sirkuit perlu bertransisi antara komponen tetap dan komponen yang dapat digerakkan, seperti pada ponsel cerdas lipat atau perangkat medis.

Jenis-jenis PCB Fleksibel

PCB fleksibel tersedia dalam berbagai konfigurasi, masing-masing dirancang untuk memenuhi persyaratan aplikasi tertentu. Mereka dapat diklasifikasikan berdasarkan konfigurasi lapisan dan konfigurasi desainnya.

Konfigurasi Lapisan

PCB fleksibel dapat berupa satu sisi, dua sisi, atau multilayer. Sirkuit fleksibel satu sisi adalah jenis yang paling sederhana dan paling hemat biaya, yang terdiri dari satu lapisan konduktif di satu sisi substrat fleksibel. Mereka ideal untuk aplikasi yang membutuhkan kepadatan komponen rendah dan kompleksitas minimal, seperti pada sensor atau interkoneksi sederhana. Sirkuit fleksibel dua sisi memiliki lapisan konduktif di kedua sisi substrat, dihubungkan dengan lubang tembus berlapis (PTH). Mereka menawarkan peningkatan kepadatan sirkuit dan kemampuan penanganan daya dibandingkan dengan desain satu sisi dan biasanya digunakan dalam aplikasi seperti kamera digital, perangkat seluler, dan periferal komputer. Sirkuit fleksibel multilayer terdiri dari tiga atau lebih lapisan konduktif, dipisahkan oleh lapisan isolasi dan saling berhubungan oleh PTH. Mereka dirancang untuk aplikasi yang menuntut kepadatan sirkuit tinggi, seperti di ruang angkasa, militer, dan perangkat medis canggih. Meskipun menawarkan kinerja yang unggul, sirkuit fleksibel multilayer juga lebih mahal dan menantang untuk diproduksi daripada sirkuit satu atau dua sisi.

Konfigurasi Desain

PCB fleksibel juga dapat diklasifikasikan berdasarkan konfigurasi desainnya, seperti PCB kaku-fleksibel dan PCB fleksibel High Density Interconnect (HDI). PCB kaku-fleksibel menggabungkan manfaat dari PCB kaku dan fleksibel, yang terdiri dari satu atau lebih bagian PCB kaku yang dihubungkan dengan bagian PCB fleksibel. Konfigurasi ini memungkinkan pengemasan tiga dimensi dan keandalan yang lebih baik, karena bagian fleksibel menghilangkan kebutuhan konektor atau kabel di antara papan kaku. PCB kaku-fleksibel banyak digunakan dalam elektronik konsumen, sistem otomotif, dan perangkat medis. Sirkuit fleksibel HDI dirancang untuk mengakomodasi sirkuit yang sangat padat dengan fitur-fitur halus dan vias mikro. Sirkuit fleksibel canggih ini menawarkan kinerja listrik yang unggul dan kemampuan miniaturisasi dibandingkan dengan PCB fleksibel standar. Sirkuit fleksibel HDI sangat penting dalam aplikasi yang membutuhkan transmisi sinyal berkecepatan tinggi, seperti pada perangkat komunikasi 5G atau perangkat elektronik canggih yang dapat dikenakan.

Lainnya

Selain kategori utama ini, ada juga jenis PCB fleksibel khusus, seperti sirkuit fleksibel yang dipahat dan sirkuit fleksibel terintegrasi komponen. Sirkuit fleksibel yang dipahat memiliki ketebalan lapisan konduktif yang bervariasi, memungkinkan impedansi terkontrol dan fleksibilitas yang ditingkatkan di area tertentu. Sirkuit fleksibel terintegrasi komponen, di sisi lain, memiliki komponen elektronik yang langsung tertanam ke dalam substrat fleksibel, menghasilkan paket yang sangat tipis dan ringkas.

Keuntungan dari PCB Fleksibel

PCB fleksibel menawarkan banyak keunggulan dibandingkan PCB kaku tradisional, menjadikannya pilihan yang menarik untuk berbagai aplikasi.

Fleksibilitas dan Kesesuaian

Keuntungan yang paling jelas dari PCB fleksibel adalah kemampuannya untuk ditekuk, dilipat, dan disesuaikan dengan ruang yang sempit dan bentuk yang tidak beraturan. Fleksibilitas ini memungkinkan para perancang untuk membuat perangkat yang lebih ringkas dan ergonomis, karena papan sirkuit dapat beradaptasi dengan ruang yang tersedia daripada mendikte faktor bentuk perangkat.

Pengurangan Berat Badan

PCB fleksibel secara signifikan lebih ringan daripada PCB kaku, sering kali beratnya lebih ringan hingga 75%. Pengurangan berat ini sangat penting dalam aplikasi di mana setiap gram sangat berarti, seperti di ruang angkasa, drone, dan perangkat yang dapat dikenakan.

Hemat Ruang dalam Aplikasi 3D

Kesesuaian PCB fleksibel memungkinkan pengemasan tiga dimensi, sehingga memungkinkan para perancang untuk memanfaatkan ruang yang tersedia di dalam perangkat. Hal ini sangat berharga dalam aplikasi yang membutuhkan ruang yang terbatas, seperti pada smartphone, jam tangan pintar, dan implan medis.

Peningkatan Keandalan

PCB fleksibel sering kali membutuhkan lebih sedikit interkoneksi daripada PCB kaku, karena bagian fleksibel dapat langsung menghubungkan komponen tanpa memerlukan konektor atau kabel. Pengurangan interkoneksi ini mengarah pada peningkatan keandalan, karena ada lebih sedikit titik potensial kegagalan.

Manajemen Termal yang Lebih Baik

Sifat PCB fleksibel yang tipis dan ringan memungkinkan pembuangan panas yang lebih baik dibandingkan dengan PCB yang kaku. Manajemen termal yang lebih baik ini dapat membantu memperpanjang masa pakai komponen elektronik dan mencegah panas berlebih pada perangkat yang ringkas.

Ketahanan terhadap Getaran dan Guncangan

Fleksibilitas sirkuit fleksibel memungkinkannya menahan getaran dan guncangan lebih baik daripada PCB yang kaku. Hal ini sangat penting dalam aplikasi yang tunduk pada lingkungan yang keras, seperti dalam otomotif, kedirgantaraan, dan pengaturan industri.

Kemampuan Pengemasan dengan Kepadatan Tinggi

PCB fleksibel dapat mengakomodasi penempatan komponen dengan kepadatan tinggi, berkat kemampuannya untuk menyesuaikan diri dengan ruang yang sempit dan ketersediaan teknologi sirkuit fleksibel HDI. Hal ini memungkinkan para perancang untuk menciptakan perangkat yang lebih ringkas dan kaya fitur tanpa mengorbankan performa.

Mengurangi Waktu dan Biaya Perakitan

Dengan menghilangkan kebutuhan akan konektor dan kabel di antara papan, PCB fleksibel dapat menyederhanakan proses perakitan dan mengurangi biaya produksi secara keseluruhan. Hal ini terutama berlaku untuk PCB kaku-fleksibel, yang mengintegrasikan bagian yang kaku dan fleksibel ke dalam satu papan terpadu.

Kebebasan Desain Produk yang Lebih Baik

Fleksibilitas dan kesesuaian sirkuit fleksibel memberikan kebebasan yang lebih besar kepada para desainer untuk menciptakan produk yang inovatif dan menyenangkan secara estetika. PCB fleksibel dapat memungkinkan faktor bentuk dan desain unik yang tidak mungkin dilakukan dengan PCB kaku saja.

Peningkatan Daya Tahan dalam Aplikasi Pelenturan Dinamis

Dalam aplikasi yang membutuhkan pembengkokan atau pelenturan berulang, seperti pada engsel atau mekanisme pelipatan, PCB fleksibel menawarkan daya tahan yang unggul dibandingkan dengan PCB kaku atau kabel tradisional. Kemampuan untuk menahan pelenturan dinamis tanpa mengorbankan kinerja listrik membuat sirkuit fleksibel ideal untuk aplikasi yang menuntut ini.

Kemampuan untuk Mengganti Harness Kawat Besar

PCB fleksibel sering kali dapat menggantikan kabel yang rumit dan besar, menyederhanakan desain sistem secara keseluruhan dan mengurangi berat dan kebutuhan ruang. Hal ini sangat berharga dalam aplikasi otomotif dan kedirgantaraan, di mana kabel dapat mencapai porsi yang signifikan dari keseluruhan berat sistem.

Kerugian dari PCB Fleksibel

Terlepas dari berbagai kelebihannya, PCB fleksibel juga memiliki beberapa kekurangan yang harus dipertimbangkan oleh para desainer ketika memutuskan apakah akan menggunakannya dalam aplikasi tertentu.

Biaya Awal yang Lebih Tinggi

Dibandingkan dengan PCB yang kaku, PCB fleksibel sering kali memiliki desain awal dan biaya produksi yang lebih tinggi. Hal ini disebabkan oleh bahan, proses, dan peralatan khusus yang diperlukan untuk memproduksi sirkuit fleksibel. Biaya yang lebih tinggi dapat menjadi penghalang untuk beberapa aplikasi, terutama yang memiliki batasan anggaran yang ketat atau volume produksi yang rendah.

Proses Desain yang Lebih Kompleks

Merancang PCB fleksibel membutuhkan pemahaman yang lebih dalam tentang bahan, sifat mekanik, dan proses manufaktur yang terlibat. Desainer harus mempertimbangkan faktor-faktor seperti radius tikungan, pemilihan bahan, dan penumpukan lapisan untuk memastikan sirkuit fleksibel akan bekerja dengan andal dalam aplikasi yang dimaksudkan. Kompleksitas ini dapat menyebabkan siklus desain yang lebih lama dan kebutuhan akan keahlian khusus.

Potensi Kerusakan Selama Penanganan atau Perakitan

Sifat sirkuit fleksibel yang tipis dan fleksibel membuatnya lebih rentan terhadap kerusakan selama penanganan dan perakitan dibandingkan dengan PCB yang kaku. Perawatan yang tepat harus dilakukan untuk menghindari kusut, sobek, atau peregangan sirkuit fleksibel, yang dapat menyebabkan kegagalan listrik atau berkurangnya keandalan.

Ketersediaan Produsen yang Terbatas

Meskipun permintaan untuk PCB fleksibel telah meningkat dalam beberapa tahun terakhir, tidak semua produsen PCB memiliki kemampuan atau keahlian untuk memproduksi sirkuit fleksibel berkualitas tinggi. Ketersediaan yang terbatas ini dapat membuatnya lebih sulit untuk menemukan pemasok yang sesuai, terutama untuk proyek-proyek yang kompleks atau bervolume tinggi.

Tantangan dalam Memperbaiki atau Memodifikasi

Setelah PCB fleksibel dibuat, akan lebih sulit untuk diperbaiki atau dimodifikasi dibandingkan dengan PCB yang kaku. Substrat fleksibel dan lapisan pelindung harus dilepas dan diaplikasikan kembali dengan hati-hati untuk mengakses lapisan konduktif, yang dapat menjadi proses yang rumit dan memakan waktu.

Masalah Potensial Dengan Integritas Sinyal

Pada aplikasi frekuensi tinggi, sifat fleksibel substrat dapat menyebabkan masalah integritas sinyal jika tidak dirancang dan dikontrol dengan benar. Faktor-faktor seperti pencocokan impedansi, crosstalk, dan interferensi elektromagnetik (EMI) harus dipertimbangkan dengan cermat untuk memastikan kinerja yang andal.

Opsi Penempatan Komponen Terbatas

Meskipun PCB fleksibel dapat mengakomodasi penempatan komponen dengan kepadatan tinggi, sifat substrat yang fleksibel dapat membatasi ukuran dan jenis komponen yang dapat digunakan. Komponen yang berat atau besar mungkin memerlukan penyangga tambahan atau pengaku untuk mencegah kerusakan pada sirkuit fleksibel selama pembengkokan atau pelenturan.

Aplikasi PCB Fleksibel

PCB fleksibel telah digunakan secara luas di berbagai industri, berkat sifat dan keunggulannya yang unik.

Elektronik Konsumen

Industri elektronik konsumen telah menjadi salah satu pendorong utama adopsi PCB fleksibel. Sirkuit fleksibel banyak digunakan di smartphone, tablet, dan perangkat yang dapat dikenakan, seperti jam tangan pintar dan pelacak kebugaran. Dalam aplikasi ini, PCB fleksibel memungkinkan desain yang ringkas, ringan, dan ergonomis yang dapat disesuaikan dengan wadah perangkat dan tahan terhadap tekanan penggunaan sehari-hari. Misalnya, pada jam tangan pintar, PCB fleksibel dapat ditekuk agar sesuai dengan kontur wadah jam tangan, sehingga memungkinkan desain yang lebih nyaman dan bergaya.

Industri Otomotif

PCB fleksibel memainkan peran penting dalam elektronik otomotif modern, di mana PCB ini digunakan dalam aplikasi seperti tampilan dasbor, sistem kantung udara, dan modul kontrol mesin. Kemampuan sirkuit fleksibel untuk menahan getaran, guncangan, dan suhu ekstrem membuatnya ideal untuk lingkungan kendaraan yang keras. Dalam sistem kantung udara, misalnya, PCB fleksibel dapat dilipat dan ditempatkan di roda kemudi, sehingga memungkinkan penggunaan yang andal jika terjadi tabrakan.

Peralatan Medis

Industri perangkat medis telah menggunakan PCB fleksibel karena kemampuannya untuk menyesuaikan diri dengan tubuh manusia dan memungkinkan perangkat implan yang miniatur. Sirkuit fleksibel digunakan pada alat pacu jantung, alat bantu dengar, dan probe ultrasound, di antara aplikasi medis lainnya. Pada alat pacu jantung, PCB fleksibel dapat dilipat agar sesuai dengan wadah titanium yang ringkas, namun tetap menyediakan sambungan listrik yang andal ke baterai dan sensor. Biokompatibilitas dan daya tahan sirkuit fleksibel membuatnya cocok untuk implantasi jangka panjang dan paparan cairan tubuh.

Kedirgantaraan dan Pertahanan

PCB fleksibel sangat penting dalam aplikasi kedirgantaraan dan pertahanan, di mana pengurangan berat badan, penghematan ruang, dan keandalan adalah yang terpenting. Sirkuit fleksibel digunakan di satelit, sistem kontrol pesawat terbang, dan perangkat komunikasi militer, di mana sirkuit ini dapat menggantikan rangkaian kabel yang berat dan besar. Dalam satelit, misalnya, PCB fleksibel dapat digunakan untuk menghubungkan berbagai subsistem, seperti manajemen daya, pemrosesan data, dan modul komunikasi, sambil meminimalkan berat dan volume.

Aplikasi Industri

Dalam pengaturan industri, PCB fleksibel digunakan dalam berbagai aplikasi, termasuk robotika, panel surya fleksibel, dan printer 3D. Kemampuan sirkuit fleksibel untuk menahan pelenturan berulang kali dan kondisi lingkungan yang keras membuatnya cocok untuk digunakan dalam otomasi industri dan sistem kontrol. Pada lengan robot, PCB fleksibel dapat digunakan untuk merutekan sinyal dan daya antara berbagai sambungan dan aktuator, sehingga memungkinkan kontrol gerakan yang mulus dan tepat.

Bahan yang Digunakan dalam PCB Fleksibel

Pilihan bahan yang digunakan dalam PCB fleksibel sangat penting untuk kinerja, keandalan, dan daya tahannya. Komponen utama PCB fleksibel meliputi substrat dasar, lapisan konduktif, lapisan penutup, perekat, dan pelapis permukaan.

Bahan Dasar (Substrat)

Bahan dasar, atau substrat, adalah fondasi dari PCB fleksibel, menyediakan isolasi listrik dan dukungan mekanis untuk lapisan konduktif. Bahan dasar yang paling umum digunakan dalam sirkuit fleksibel adalah:

Polimida (PI): PI adalah bahan substrat yang paling banyak digunakan untuk PCB fleksibel, berkat stabilitas termal, ketahanan kimia, dan sifat mekaniknya yang sangat baik. PI dapat menahan suhu tinggi (hingga 400 ° C) dan memiliki koefisien muai panas (CTE) yang relatif rendah, sehingga cocok untuk aplikasi dengan kondisi lingkungan yang menuntut.
Polietilen Tereftalat (PET): PET adalah alternatif yang lebih murah untuk PI, menawarkan sifat listrik dan fleksibilitas yang baik. Namun, PET memiliki ketahanan suhu yang lebih rendah dibandingkan dengan PI, sehingga membatasi penggunaannya dalam aplikasi suhu tinggi.
Polietilen Naftalat (PEN): PEN adalah bahan substrat berkinerja tinggi yang menawarkan sifat termal dan mekanis yang lebih baik daripada PET, tetapi dengan biaya yang lebih tinggi. PEN sering digunakan dalam aplikasi yang membutuhkan keseimbangan antara kinerja dan biaya.

Bahan Konduktif

Lapisan konduktif dalam PCB fleksibel bertanggung jawab untuk membawa sinyal listrik dan daya di antara berbagai komponen. Bahan konduktif yang paling umum digunakan dalam sirkuit fleksibel adalah:

Tembaga: Tembaga adalah konduktor yang paling banyak digunakan dalam PCB fleksibel, berkat konduktivitas listrik, konduktivitas termal, dan sifat mekaniknya yang sangat baik. Ada dua jenis tembaga utama yang digunakan dalam sirkuit fleksibel:

Tembaga yang diendapkan dengan listrik (ED): Tembaga ED diendapkan ke substrat menggunakan proses pelapisan listrik, menghasilkan lapisan yang tipis dan seragam. Tembaga ED sering digunakan dalam desain dengan kepadatan tinggi dan aplikasi HDI.
Tembaga Rolled Annealed (RA): Tembaga RA diproduksi dengan menggulung dan menganil kertas tembaga secara mekanis, menghasilkan lapisan yang lebih tebal dan lebih ulet. Tembaga RA lebih disukai dalam aplikasi yang membutuhkan pelenturan atau pembengkokan berulang, karena menawarkan ketahanan lelah yang lebih baik dibandingkan dengan tembaga ED.

Aluminium: Aluminium terkadang digunakan sebagai alternatif untuk tembaga dalam PCB fleksibel, terutama dalam aplikasi yang membutuhkan solusi ringan dan murah. Namun, aluminium memiliki konduktivitas listrik dan termal yang lebih rendah dibandingkan dengan tembaga, sehingga membatasi penggunaannya dalam aplikasi berkinerja tinggi.
Tinta perak: Tinta konduktif berbasis perak digunakan dalam beberapa aplikasi PCB fleksibel, khususnya pada elektronik cetak dan perangkat yang dapat dikenakan. Tinta perak dapat dicetak di layar atau dicetak dengan inkjet pada substrat yang fleksibel, sehingga memungkinkan pembuatan sirkuit yang tipis dan dapat direnggangkan.
Konduktor khusus lainnya: Pada beberapa aplikasi khusus, bahan konduktif lain seperti Constantan (paduan tembaga-nikel) atau Inconel (superalloy berbasis nikel-kromium) dapat digunakan karena sifat spesifiknya, seperti resistansi tinggi atau ketahanan terhadap korosi.

Lapisan Penutup dan Bahan Pelindung

Lapisan penutup dan bahan pelindung digunakan untuk mengisolasi dan melindungi lapisan konduktif dalam PCB fleksibel. Bahan yang paling umum digunakan untuk tujuan ini adalah:

Film polimida: Film PI sering digunakan sebagai bahan pelapis, memberikan insulasi yang sangat baik, perlindungan mekanis, dan fleksibilitas. Lapisan penutup PI biasanya diikat ke lapisan konduktif menggunakan perekat.
Masker solder fleksibel: Masker solder fleksibel adalah lapisan polimer yang dapat difoto yang diaplikasikan di atas lapisan konduktif untuk melindunginya dari oksidasi dan mencegah korsleting selama penyolderan. Masker solder fleksibel juga membantu menentukan area yang dapat disolder pada sirkuit fleksibel.
Bahan pelapis: Bahan covercoat adalah lapisan pelindung tipis yang diaplikasikan di atas lapisan konduktif untuk memberikan insulasi dan perlindungan lingkungan. Bahan pelapis yang umum digunakan adalah akrilik, poliuretan, dan pelapis berbasis silikon.

Perekat

Perekat digunakan dalam PCB fleksibel untuk merekatkan berbagai lapisan, memastikan stabilitas dan keandalan mekanis. Dua jenis perekat utama yang digunakan dalam sirkuit fleksibel adalah:

Akrilik: Perekat akrilik menawarkan kekuatan rekat yang baik, fleksibilitas, dan ketahanan terhadap bahan kimia. Mereka sering digunakan untuk merekatkan lapisan penutup atau film pelindung ke lapisan konduktif.
Epoksi: Perekat epoksi memberikan kekuatan mekanik dan stabilitas termal yang sangat baik, membuatnya cocok untuk aplikasi dengan kondisi lingkungan yang menuntut. Perekat epoksi sering digunakan untuk menyatukan lapisan substrat dalam sirkuit fleksibel multilayer.

Permukaan Selesai

Lapisan akhir permukaan diterapkan pada bantalan tembaga yang terbuka pada PCB fleksibel untuk melindunginya dari oksidasi dan meningkatkan kemampuan penyolderan. Pilihan permukaan akhir tergantung pada persyaratan aplikasi tertentu, seperti kondisi lingkungan, masa simpan, dan proses perakitan. Permukaan akhir yang umum digunakan dalam sirkuit fleksibel meliputi:

ENIG (Electroless Nickel Immersion Gold): ENIG adalah lapisan permukaan dua lapis yang terdiri dari lapisan tipis emas di atas lapisan penghalang nikel. ENIG menawarkan kemampuan solder yang sangat baik, ketahanan terhadap korosi, dan masa simpan, menjadikannya pilihan populer untuk aplikasi dengan keandalan tinggi.
HASL (Perataan Solder Udara Panas): HASL adalah lapisan solder timah-timah atau bebas timah yang diaplikasikan pada bantalan tembaga dan kemudian diratakan dengan udara panas. HASL memberikan kemampuan solder yang baik dan merupakan pilihan yang hemat biaya untuk banyak aplikasi.
Timah Perendaman: Timah pencelupan adalah lapisan permukaan satu lapis yang diaplikasikan langsung ke bantalan tembaga. Ini menawarkan kemampuan solder yang baik dan sering digunakan dalam aplikasi dengan persyaratan umur simpan yang lebih pendek.
OSP (Pengawet Solderabilitas Organik): OSP adalah lapisan organik tipis yang diaplikasikan pada bantalan tembaga untuk mencegah oksidasi dan mempertahankan kemampuan solder. OSP adalah opsi berbiaya rendah yang cocok untuk aplikasi dengan masa simpan yang lebih pendek dan kondisi lingkungan yang tidak terlalu menuntut.

Proses Pembuatan PCB Fleksibel

Proses pembuatan PCB fleksibel memiliki banyak kesamaan dengan proses pembuatan PCB kaku, tetapi dengan beberapa perbedaan utama untuk mengakomodasi sifat unik bahan fleksibel. Proses ini secara umum dapat dibagi menjadi dua kategori utama: manufaktur subtraktif dan aditif.

Gambaran Umum Metode Manufaktur

Proses manufaktur subtraktif melibatkan penghilangan material secara selektif dari substrat berlapis tembaga untuk menciptakan pola sirkuit yang diinginkan. Ini adalah metode yang paling umum digunakan dalam pembuatan PCB fleksibel dan biasanya melibatkan penerapan lapisan fotoresis pada substrat berlapis tembaga, mengekspos fotoresis ke sinar UV melalui photomask dengan pola sirkuit yang diinginkan, mengembangkan fotoresis untuk menghilangkan area yang tidak terpapar, mengetsa tembaga yang terpapar menggunakan larutan kimia, dan pengupasan fotoresis yang tersisa untuk mengungkapkan pola sirkuit akhir.

Proses manufaktur aditif melibatkan deposit bahan konduktif secara selektif ke substrat untuk menciptakan pola sirkuit yang diinginkan. Metode ini kurang umum dalam pembuatan PCB fleksibel tetapi semakin populer untuk aplikasi tertentu, seperti elektronik cetak dan perangkat yang dapat dikenakan. Proses aditif meliputi sablon, pencetakan inkjet, dan pencetakan jet aerosol.

Proses Pembuatan Langkah-demi-Langkah

Proses manufaktur subtraktif untuk PCB fleksibel biasanya melibatkan langkah-langkah berikut:

Persiapan Bahan

Bahan substrat fleksibel, biasanya polimida atau PET, dibersihkan dan dipersiapkan untuk langkah pemrosesan selanjutnya. Kertas tembaga kemudian dilaminasi ke substrat menggunakan panas dan tekanan, dengan lapisan perekat di antaranya.

Pencitraan dan Pengetsaan Lapisan Konduktif

Lapisan fotoresis diaplikasikan pada substrat yang dilapisi tembaga, kemudian disinari dengan sinar UV melalui photomask dengan pola sirkuit yang diinginkan. Fotoresis dikembangkan, dan tembaga yang terpapar diukir dengan menggunakan larutan kimia, meninggalkan pola sirkuit yang diinginkan.

Laminasi Lapisan

Untuk PCB fleksibel multilayer, setiap lapisan disejajarkan dan dilaminasi bersama menggunakan panas dan tekanan, dengan lapisan perekat di antaranya.

Pengeboran Vias dan Lubang Tembus

Lubang dibor melalui lapisan laminasi untuk membuat vias dan lubang tembus untuk menghubungkan lapisan yang berbeda. Pengeboran laser sering digunakan untuk lubang yang lebih kecil dan lebih presisi.

Pelapisan Lubang

Lubang yang dibor dilapisi dengan tembaga untuk membuat sambungan listrik di antara lapisan. Hal ini biasanya dilakukan dengan menggunakan pelapisan tembaga tanpa listrik yang diikuti dengan pelapisan tembaga elektrolitik.

Penerapan Coverlay atau Masker Solder

Lapisan penutup atau masker solder fleksibel diaplikasikan di atas lapisan luar untuk melindungi sirkuit dan menentukan area yang dapat disolder. Lapisan penutup atau masker solder biasanya diterapkan menggunakan proses pencitraan foto yang serupa dengan yang digunakan untuk pemolaan sirkuit.

Aplikasi Permukaan Akhir

Lapisan akhir permukaan, seperti ENIG, HASL, atau timah imersi, diaplikasikan pada bantalan tembaga yang terbuka untuk melindunginya dari oksidasi dan meningkatkan kemampuan solder.

Pemotongan dan Pembentukan Sirkuit Akhir

Panel PCB fleksibel dipotong dan dibentuk menjadi faktor bentuk akhir yang diinginkan dengan menggunakan metode seperti pemotongan mati, pemotongan laser, atau perutean.

Kontrol dan Pengujian Kualitas

Selama proses pembuatan, berbagai prosedur kontrol kualitas dan pengujian digunakan untuk memastikan keandalan dan kinerja PCB fleksibel. Pengujian kelistrikan, pengujian fleksibilitas mekanis, dan pengujian stres lingkungan adalah beberapa metode pengujian utama yang digunakan. Pengujian kelistrikan melibatkan uji kontinuitas dan resistansi isolasi untuk memverifikasi integritas kelistrikan sirkuit. Ini dapat dilakukan dengan menggunakan penguji probe terbang atau perlengkapan paku. Pengujian fleksibilitas mekanis membuat PCB fleksibel menjalani uji pembengkokan dan pelenturan untuk memastikan mereka dapat menahan tekanan mekanis yang diharapkan dalam aplikasi akhir. Ini mungkin termasuk uji tekukan siklik, uji pelintiran, dan uji lipat. Pengujian stres lingkungan memaparkan PCB fleksibel ke berbagai kondisi lingkungan, seperti suhu tinggi, kelembapan, dan siklus termal, untuk menilai daya tahan dan keandalannya dalam kondisi ini.

Pertimbangan Desain untuk PCB Fleksibel

Merancang PCB fleksibel membutuhkan pertimbangan cermat dari berbagai faktor untuk memastikan kinerja, keandalan, dan kemampuan manufaktur yang optimal. Beberapa pertimbangan desain utama termasuk radius dan fleksibilitas tikungan, penempatan komponen, desain jejak, penumpukan lapisan, manajemen tekanan mekanis, dan pertimbangan kelistrikan.

Jari-jari Tekuk dan Fleksibilitas

Radius tikungan adalah parameter penting dalam desain PCB fleksibel, karena menentukan kelengkungan minimum yang diijinkan yang dapat ditahan oleh sirkuit tanpa kerusakan. Jari-jari tikungan biasanya ditentukan sebagai kelipatan dari ketebalan PCB, dengan kelipatan yang lebih besar menunjukkan tikungan yang lebih bertahap dan kelipatan yang lebih kecil menunjukkan tikungan yang lebih rapat. Untuk menghitung radius tikungan minimum, desainer dapat menggunakan rumus berikut:

Radius Tekuk Minimum = (Ketebalan PCB) × (Faktor Radius Tekuk)

Faktor radius tekukan tergantung pada bahan yang digunakan dan jumlah siklus tekukan yang diharapkan. Untuk pelenturan statis (tikungan satu kali), faktor 6-10 biasanya digunakan, sedangkan untuk pelenturan dinamis (tikungan berulang), faktor 12-20 direkomendasikan. Desainer juga harus mempertimbangkan dampak dari pilihan material terhadap fleksibilitas. Menggunakan substrat yang lebih tipis, bahan pelapis yang lebih fleksibel, dan tembaga ulet (seperti tembaga RA) dapat membantu meningkatkan fleksibilitas PCB secara keseluruhan.

Penempatan Komponen

Saat menempatkan komponen pada PCB fleksibel, desainer harus mempertimbangkan lokasi area fleksibel dan gerakan pembengkokan yang diharapkan. Komponen harus ditempatkan di area kaku pada PCB jika memungkinkan untuk menghindari tekanan mekanis selama pembengkokan. Jika komponen harus ditempatkan di area fleksibel, desainer dapat menggunakan pengaku untuk memberikan dukungan tambahan. Pengaku biasanya terbuat dari bahan seperti polimida, FR-4, atau logam dan diikat ke PCB di area komponen untuk mengurangi tegangan tekukan lokal.

Desain Jejak

Desain jalur sangat penting untuk memastikan keandalan dan kinerja PCB fleksibel. Saat merutekan jejak di area fleksibel, perancang harus menggunakan jejak yang lebih lebar, menambah jarak antar jejak, merutekan jejak yang tegak lurus dengan sumbu tekukan, menggunakan jejak melengkung, dan mempertimbangkan tingkat pemuaian bahan yang berbeda. Jejak yang lebih lebar lebih tahan terhadap keretakan dan kelelahan selama pembengkokan. Lebar jejak minimum 0,2 mm direkomendasikan untuk area yang fleksibel. Meningkatkan jarak antara jejak membantu mengurangi risiko korsleting dan gangguan sinyal selama pembengkokan. Jarak minimum 0,2 mm direkomendasikan. Merutekan jejak secara tegak lurus terhadap arah pembengkokan membantu meminimalkan tekanan pada jejak selama pembengkokan. Menggunakan jejak melengkung alih-alih sudut tajam membantu mendistribusikan tegangan tekukan secara lebih merata dan mengurangi risiko retak. Jejak tembaga dan bahan substrat mungkin memiliki koefisien muai panas (CTE) yang berbeda, yang dapat menyebabkan stres dan delaminasi selama perubahan suhu. Menggunakan bahan substrat dengan CTE yang lebih dekat dengan tembaga, seperti polimida, dapat membantu mengurangi masalah ini.

Penumpukan Lapisan

Penumpukan lapisan pada PCB fleksibel memainkan peran penting dalam menentukan kinerja listrik dan keandalan mekanisnya. Saat mendesain susunan lapisan, pertimbangkan untuk menggunakan desain simetris, meminimalkan jumlah lapisan, menggunakan bahan dielektrik tipis, dan mempertimbangkan penempatan arde dan bidang daya. Menggunakan susunan lapisan simetris, dengan jumlah lapisan yang sama di kedua sisi sumbu netral, membantu menyeimbangkan tekanan mekanis selama pembengkokan dan mengurangi risiko delaminasi. Menggunakan lebih sedikit lapisan membantu meningkatkan fleksibilitas dan mengurangi ketebalan PCB secara keseluruhan. Namun, hal ini harus diseimbangkan dengan persyaratan kelistrikan desain. Menggunakan bahan dielektrik yang lebih tipis, seperti polimida, membantu mengurangi ketebalan PCB secara keseluruhan dan meningkatkan fleksibilitas. Menempatkan bidang arde dan bidang daya dekat dengan lapisan luar membantu meningkatkan perlindungan dan mengurangi interferensi elektromagnetik (EMI).

Manajemen Stres Mekanis

Mengelola tekanan mekanis sangat penting untuk memastikan keandalan jangka panjang PCB fleksibel. Beberapa strategi untuk mengelola stres termasuk menggunakan fitur pelepas tegangan, menggunakan konektor fleksibel, menghindari tikungan tajam, dan menggunakan pengaku. Memasukkan fitur pelepas tegangan, seperti slot atau guntingan, di dekat titik transisi antara area yang kaku dan fleksibel membantu mengurangi konsentrasi tegangan dan mencegah robekan. Menggunakan konektor fleksibel, seperti konektor ZIF (gaya penyisipan nol) atau LIF (gaya penyisipan rendah), membantu mengurangi tekanan pada PCB selama perkawinan dan pelepasan. Menghindari tikungan tajam dan menggunakan kurva bertahap membantu mendistribusikan tegangan tekukan secara lebih merata dan mengurangi risiko kerusakan. Menggunakan pengaku di area dengan tekanan tinggi, seperti di dekat konektor atau komponen, membantu mengurangi tekanan tekukan lokal dan meningkatkan keandalan.

Pertimbangan Kelistrikan

Selain pertimbangan mekanis, desainer juga harus mempertimbangkan kinerja listrik PCB fleksibel. Beberapa pertimbangan kelistrikan utama meliputi kontrol impedansi, pelindung EMI, dan integritas sinyal. Mempertahankan impedansi yang konsisten sangat penting untuk desain berkecepatan tinggi. Desainer harus mengontrol lebar jejak, jarak, dan ketebalan dielektrik dengan hati-hati untuk mencapai impedansi yang diinginkan. PCB fleksibel mungkin lebih rentan terhadap EMI karena lapisan dielektriknya yang tipis dan tidak adanya bidang arde yang kontinu. Menggunakan teknik pelindung, seperti menuangkan tembaga yang diarde atau lapisan konduktif, dapat membantu mengurangi EMI. Memastikan integritas sinyal sangat penting untuk desain berkecepatan tinggi. Perancang harus secara hati-hati mengontrol perutean jejak, impedansi, dan terminasi untuk meminimalkan pantulan sinyal dan crosstalk.