Esnek PCB Nedir ? (FPC)

Merhaba. Geçen haftalarda FPC tasarlama imkânım oldu. FPC’lerle ilgili öğrendiklerimi aktarmak için bu yazıyı yazmaktayım.

FPC’nin açılımı Flexible Printed Circuit olarak yapılır. Türkçe’ye de esnek baskı devre olarak çevrilebilir. Adından da anlaşılabileceği gibi aslında FPC bir PCB’dir fakat esneyebilen bir yapıdadır. Dolayısı ile FPC’yi bir yerden bir yere iletim yapabilen esnek bir kablo olarak düşünebiliriz.

Yukarıda görülen resimde bir SoM kontrol kartına bağlanmak istenen bir kamera modülü için oluşturulan FPC’yi görebiliriz. Resimdeki FPC sadece sinyalleri bir yerden başka bir yere göndermek için kullanılmaktadır. Bu resimde kameranın verilerini anakarta göndermek için kullanıldığı aşikâr. Veri gönderme işi normal bir PCB ile de halledilebilirdi fakat kamera modülü bu durumda daha katı bir şekilde yerleştirilmek durumunda kalacaktı. FPC ile bağlanınca kameranın konumlandırılması daha esnek bir şekilde sağlanabilmektedir. Bu örnekte FPC, adı gibi kameranın da daha esnek bir şekilde pozisyonlanmasına yardım etmektedir.

Üst resimde görüldüğü üzere FPC’nin üzerinde herhangi bir komponent bulunmamaktadır. Sadece güç aktarımı ve sinyal aktarımı yapılmaktadır. FPC’nin üzerine komponent konumlandırılması da yapılabilmektedir.

Üstteki resimde görüldüğü üzere bir FPC’nin üzerine membran anahtarlar, SMD dirençler ve SMD Ledler konumlandırılmıştır. Bu durumda katı PCB’ye göre çok daha esnek bir PCB elde edilmiş ve kavisli alanlara aynı işlevi görecek bir PCB koyulabilecek duruma gelmiştir. Üstteki FPC bir klavyenin FPC’si olabilir. Bu durumda düz bir klavye değil, daha yaratıcı bir klavye kasa tasarımı gerçekleştirilebilir. Katı bir PCB olsa idi kasanın tasarımı kısıtlanmaktadır fakat esnek bir PCB’de kasa tasarımını yapan kişi için daha geniş bir kısıt yelpazesi bulunmaktadır.

Özellikle bir karttan diğer bir karta empedans kontrollü hatlar çekilmek istenirse ve bu hatlar çok sayıda ve kısa mesafedeyse FPC dışında başka bir seçenek aklıma gelmemekte.

Tabi bu şekilde yararlı olmasının da bir dezavantajı olarak maliyet gelmektedir. FPC’nin düşük adetlerde üretimi normal PCB’lere göre oldukça pahalıdır. Diğer bir avantajı ise FPC’nin normal PCB’lere göre ince ve hafif olmasından dolayı lojistik yükünü azaltmasıdır. Hafif olduğundan dolayı askeri alanlarda, havacılık alanında, mobil iletişim alanlarında kullanılırlar.

Üstteki resimde bir FPC’nin stack-up’ı görünmektedir. Core olarak Polimiid kullanılmaktadır ve oldukça incedir. Katı PCB’lerin büyük bir çoğunluğu 1.6 mm kalınlığındadır. Örnek FPC Stack-up’ında ise FPC’nin kalınlığı 0.16 mm’dir. Dolayısıyla bir FPC, normal bir PCB’nin 1/10 oranında bir inceliğe sahip olabilmektedir. Benim çizdiğim FPC’ler ise 0.3 mm inceliğe sahip idi.

FPC’ler genel olarak substrat olarak polyester film veya polimiid malzeme kullanır. FPC’leri oluşturan materyaller aslında az sayıdadır. Yalıtkan bir film, iletken ve yapışkan ile FPC’ler oluşturulabilir.

FPC’lerin bir de FFC denilen benzerleri vardır. FFC’nin açılımı Flexible Flat Cable’dır. Esnek Düz kablo olarak çevrilebilir. FPC ile FFC kablo arasındaki fark FPC’nin PCB teknolojisi içererek üretilmesi FFC’nin ise gerçekten düz kablo olmasıdır. Dolayısıyla FFC’de bir empedans kontrolü yapılamaz, sadece sinyali iletmek için kullanılabilir.

FFC’ler korumalı bir materyalin altına dizilmiş tellerden oluşmaktadır. Üst resimde bir örneği görülmektedir. Yapı olarak FFC ve FPC’ler benzerdir fakat maliyet ve üretim prosesleri farklılık gösterir.

Günümüzde katı PCB üretimleri FPC üretimlerine göre daha stabil olmaktadır. Bunun nedeni, FPC’lerin katı PCB’lere göre üretim adetleri oldukça azdır ve katı PCB’ler için gelişen teknik sayısı ve üretimde edinilen tecrübe daha fazladır. Dolayısıyla, katı PCB’ler daha stabil olmaktadır.

FPC’ler genelde tek yüz veya çift yüz olarak kullanılmaktadır. 4 katman ve üstü de teknik olarak mümkündür fakat katman sayısıyla birlikte kalınlığı da arttığından dolayı FPC’nin esneklik özelliği bir nebze de olsa kaybedilmektedir. Dolayısıyla, daha üst katmanlar çok tercih edilmemektedir.

FPC tasarlama anlamında normal PCB ile arasında çok büyük farklılıklar yok, benzer şekilde tasarlanmaktadır. Empedans kontrollü yolların empedansları tabi ki FPC’nin stack-up’ına göre hesaplanmalıdır.

FPC tasarım tarafında katı PCB tasarımına göre önemli bir fark bulunmaktadır. FPC’nin uçlarında sinyal iletimini bir yerden bir yere gerçekleştirmek için FPC padleri açılır veya FPC’nin girebilmesi için FPC konektörü konumlandırılır.

Yukarıdaki görselde görülen FPC’de yukarıda belirttiğim padler mevcuttur. Bu pad’ler bir FPC konektörüne girmek için maske açıklığı ile yaratılmıştır, bunlar herhangi bir komponent değildir. Özel bir FPC konektörüne girmesi için tasarlanmıştır.

Bir de yukarıdaki resimde görüldüğü gibi direk konektör yerleştirilebilir.

Yukarıdaki konektör kısmını anlatmamın nedeni FPC’lerde girişlerde ve çıkışlarda stiffener adı verilen koruyucu bir materyalin kullanılmasıdır.

Yukarıdaki resimde görülen FPC’nin en köşesinde bulunan koyu kahverengi materyal stiffener’dır. Köşelerde konektörlerin olduğu yerlerde o kısmı kalınlaştırmak için kullanılır. Bu durumda o kısım daha az esnek olur ve zarar görme ihtimali de düşer.

FPC’ler hakkında bahsedeceklerim bu kadardı. Umarım yararlı bilgiler paylaşabilmişimdir. Görüşmek dileğiyle 🙂