Стандарт IPC - T - 50 "Terms and Definition for Printed Boards" так определяет гибкие печатные платы (ГПП) :
"Печатные платы, использующие гибкий базовый материал, с гибким защитным покрытием или без него".
Наиболее часто используемый материал гибких плат – полиимид.
Пример гибкой печатной платы приведен на рисунке 1.

Рис. 1.

Мотивы применения гибких печатных плат:
- динамическая гибкость,
- уменьшение размера конструкции,
- уменьшение веса ( 50-70% при замене проводного монтажа, до 90% при замене жестких плат),
- улучшение эффективности сборки,
- уменьшение стоимости сборки (уменьшение числа операций),
- увеличение выхода годных при сборке,
- улучшение надежности ( уменьшение числа уровней соединений),
- улучшение рассеивания тепла (плоские проводники, рассеивание тепла на обе стороны...)
- возможность трехмерной конструкции упаковки,
- совместимость с поверхностным монтажем компонентов и монтажем штыревых элементов для (близкие коэффициенты линейного расширения полиимида и меди),
- высокая электрическая прочность,
- упрощение контроля (визуального и электрического...),
- широкий температурный диапазон (для полиимида от минус 169 до плюс 200 °С,
- химическая стойкость,
- высокая радиационная устойчивость.

3. Применение гибких печатных плат:
- автомобили (панели, системы контроля...)
- бытовая техника (35 мм камеры, видеокамеры, калькуляторы…)
- медицина (слуховые аппараты, сердечные стимуляторы...)
- вооружение и космос (спутники, панели, радарные системы, приборы ночного видения...)
- компьютеры (печатающие головки, управление дисками, кабели ...)
- промышленный контроль ( коммутирующие приборы, нагреватели...)
- инструменты (рентгеновское оборудование, счетчики частиц ...)
- разное (оружие, торпеды, электронное экранирование, радиосвязь...).

4. Типы гибких печатных плат:
- односторонние гибкие печатные платы;
- односторонние гибкие печатные платы с двухсторонним доступом;
- двухсторонние гибкие печатные платы;
- многослойные гибкие печатные платы;
- гибкие печатные платы с местным ужесточением (укреплением);
- жестко-гибкие печатные платы.
"Статические" гибкие печатные платы – гибкость используется только при операциях сборки.
"Динамические" гибкие печатные платы делятся на:
- "периодически" гибкие (сотни-тысячи циклов перегибов);
- "непрерывно" гибкие (Млн - Млрд циклов перегибов).

5. Характеристики материала для гибких печатных плат:
- размерная стабильность,
- теплоустойчивость (выдерживают пайку без разрушений и снижения гибкости),
- устойчивость к разрыву,
- приемлемые электрические свойства,
- гибкость при экстремальных температурах,
- низкое водопоглощение (расслоение, отслоение при нагреве),
- химическая стойкость (при производстве и при использовании),
- не горючесть,
- общие требования (стабильность характеристик, множественность источников поставки, стоимость, количество необходимого материала в изделии…).

6. Основные элементы конструкции гибких печатных плат:
Базовый материал, адгезив, металлическая фольга или базовый материал и металлическая фольга.
Гибкие базовые материалы: наиболее популярные – лавсан и полиимид.
Пример конструкции двусторонней гибкой печатной платы приведен на рисунке 2.

Рисунок 2.

Полиимидные пленки - доминирующий материал для изготовления гибких печатных плат.
Имеется ряд формул полиимида с торговыми марками Kapton, Apical,Novax, Espanex, Upilex.

Преимущества:
- отличная гибкость при всех температурах,
- хорошие электрические свойства,
- отличная химстойкость (за исключением горячей концентрированной щелочи),
- очень хорошая устойчивость к разрыву ( но плохое распространение разрыва),
- определенные типы полиимидов имеют дополнительные преимущества (коэффициент расширения согласованный с медью, уменьшенное напряжение в ламинатах...),
- полиимид можно химически травить,
- рабочая температура от – 200 °С до + 300°С.

Недостатки:
- высокое водопоглощение (до 3% по весу),
- относительно высокая стоимость,
- высокотемпературные свойства ограничивают адгезивы, применяемые в гибких платах.

Лавсановые пленки (полиэтилентерефталат, PET) . Есть ряд торговых марок – Mylon, Melinex, Luminor, Celanar.

Положительные стороны:
- это низкотемпературный термопласт (легко формуется);
- очень низкая стоимость;
- хорошая устойчивость к разрыву и распространению разрыва;
- очень хорошая гибкость;
- хорошая химстойкость;
- низкое влагопоглощение;
- хороший баланс электрических характеристик:
- рабочий диапазон температур от – 60 °С до + 105 °С.

Отрицательные стороны:
- ограниченность к пайке (имеет низкую точку плавления),
- нельзя использовать при очень низких температурах (становится хрупким),
- недостаточная размерная стабильность (применяют термостабилизацию).

Адгезивы используются для соединения медной фольги с базовой пленкой, а при частично полимеризованном виде служат для создания защитных слоев однослойных и двухслойных гибких печатных плат, а также объединяют слои для многослойных и гибко-жестких конструкций. Роль адгезивов является определяющей и критической для свойств конечного продукта. Часто они являются ограничивающим элементом в термических свойствах гибких печатных плат, когда используется полиимид в качестве базового материала.
 
Акриловый адгезив имеет значительную популярность, его применяют для полиимида (травится в щелочи, большой коэффициент расширения).
Соединительные пленки – пленки с адгезивом, защищенные снимаемой, например, бумажной лентой.
Применяются для многослойных гибких печатных плат и гибко-жестких плат.
Эпоксид и модифицированный эпоксид в качестве адгезива хрупок.
Полиимидный адгезив требует очень высокой температуры обработки.
Большинство гибких ламинатов используют катанную и ненагартованную фольгу.
Имеется также ряд способов металлизации гибких пленок напылением и химическим или вакуумным осаждением.
Фольга из специальных медных сплавов имеет большее сопротивление и большую прочность, обеспечивая большую устойчивость к перегибам, сравнимую с катаной фольгой. Кроме того, такая фольга более устойчивая в производстве ламината – меньше дефектов.

Защитные слои – аналог паяльной маски.
Они увеличивают устойчивость к перегибам.

Защитные покрытия – акрилаты, полиуретаны, акрилэпоксиды. Жидкие.
Отверждение – УФ или тепло.
Фоточувствительные защитные слои – пленки и жидкие для сеткографии.

7. Рекомендации для конструирования гибких печатных плат:
- избегайте расположения сквозных металлизированных отверстий и контактных площадок на изгибающихся поверхностях,
- не трассировать проводники под углом 90^о к направлению изгиба,
- дугу изгиба не делайте малой для увеличения срока службы динамических гибких печатных плат,
- обеспечивайте максимально допустимый радиус перегибов

8. Производство гибко-жестких плат.


Это наиболее сложные соединительные структуры современной электронной аппаратуры.
Требуются элементы обоих технологий – жестких и гибких печатных плат.
Жесткие платы спрессовываются с гибкими и осуществляются соответствующие сквозные межслойные соединения.
Простейшая гибко-жесткая плата – один жесткий и один гибкий слой.
Сложные гибко-жесткие платы могут содержать десять-двадцать или более гибких соединительных наборов между жесткими внешними слоями. Одно- и двухслойные гибкие печатные платы составляют гибкие соединительные наборы.
Гибко-жесткие платы очень сложны в производстве. Они используют большой набор разнородных материалов разной природы и размерной стабильности, а также разной степени надежности металлизации.

Маршрутная схема изготовления гибко-жестких печатных плат:
- Нарезка гибких и жестких ламинатов в размер групповых заготовок и маркировка.
- Создание базовых отверстий в заготовках.
- Создание на гибких слоях рисунка проводников (фотохимия и травление), в некоторых соединительных областях могут формироваться межслойные металлизированные переходы.
- Припрессовывание защитных слоев на вытравленный рисунок.
- Жесткие ламинаты предварительно фрезеруются для обеспечения удаления ненужных частей после изготовления (полное выфрезеровывание или фрезерование на определенную глубину или скрайбирование материала).
- Нарезка соединительных прокладок с удалением определенных областей, обеспечивая предохранение гибких областей от склеивания между собой и с жесткими частями.
- Спрессовывание вместе защищенных слоев топологии гибких частей и жестких внешних слоев с помощью вырезанных гибких соединительных листов.
- Гибко-жесткая панель сверлиться с использованием той же системы базирования.
- Очистка отверстий с помощью плазменного травления.
- Химическая и электрохимическая металлизация.
- Формирование негативного изображения на наружных слоях.
- Электрохимическая металлизация окон в рисунке – медь, затем олово-свинец.
- Удаление фоторезиста и травление меди.
- Снятие олово-свинца.
- Нанесение паяльной маски на жесткие части.
- Финишное покрытие контактных площадок.
- Выфрезеровывание гибко-жестких плат из заготовки. Лишние жесткие части механически удаляются.

Проблемы гибко-жестких плат:
- Выдерживание требований термоциклов и термоударов (много адгезивов с высоким коэффициентом теплового расширения).
Первое решение проблемы применение безадгезивных материалов.
Второе решение проблемы применение новых или улучшенных конструкций (например, усиление металлизации сквозных отверстий).
- Контроль и испытание гибких печатных плат.
Для гибких печатных плат имеется два уровня контроля и испытаний: первый уровень проводится над исходными материалами, используемыми в производстве гибких печатных плат, второй уровень осуществляется над конечным продуктом.

Испытание исходных материалов:
- испытание физических свойств,
- испытание химических свойств,
- испытание электрических свойств,
- испытания влияния на окружающую среду.

Испытания физических свойств:
- гибкость при низкой температуре,
- размерная стабильность,
- содержание летучих веществ,
- прочность на разрыв и удлинение,
- усилие инициирования разрыва,
- усилие распространения разрыва,
- усилие отслоения (в состоянии поставки, после ванны с припоем, после термоциклов).

Испытание химических свойств:
- химическая устойчивость (концентрированные кислоты, основания, растворители),
- горючесть (UL94V-0),

Испытание электрических свойств:
- диэлектрическая постоянная,
- фактор рассеивания,
- диэлектрическая прочность,
- поверхностное сопротивление,
- объемное сопротивление.

Испытание влияния на окружающую среду:
- влагопоглощение,
- сопротивление изоляции во влаге,
- сопротивления образования грибков.