Два полимера, а не два сорта
Названия настолько близки, что их можно спутать, но полиамид и полиимид — это разные материалы. Полиамид относится к семейству нейлона; полиимид (PI) — это имидный полимер, используемый в каптоне и других гибких пленках для печатных плат. Это различие важно, потому что спецификация, в которой указано «полиамид», описывает материал, который ни один производитель не держит на складе для гибких печатных плат.
FR-4 имеет совершенно другую конструкцию: тканое стекловолокно, пропитанное эпоксидной смолой, ламинированное под воздействием тепла и давления. Оно жесткое, потому что стекловолокно жесткое, и именно это свойство определяет, где его можно и нельзя использовать.
Что дает полиимид
Изгиб. Пленка толщиной 12,5–50 мкм с медными складками толщиной 0,5–2 унции, а та же самая схема на FR-4 таких складок не имеет.
Температура. Полиимид сохраняет свои механические свойства значительно выше диапазона, в котором размягчаются эпоксидные ламинаты, поэтому он используется в моторных отсеках, медицинских и промышленных узлах.
Химическая стойкость. Растворители и флюсы, воздействующие на эпоксидную смолу, практически не влияют на полиимид.
Толщина. Гибкий сердечник тоньше любого жесткого ламината, что позволяет микросхеме незаметно разместиться в корпусе.
Стоимость
Гибкость не бесплатна. Полиимид поглощает больше влаги, сильнее расширяется в плоскости и менее стабилен по размерам, чем FR-4, поэтому выравнивание панелей и защитных покрытий сложнее. Сам материал стоит дороже, этапы процесса — ламинирование защитных покрытий, приклеивание ребер жесткости, лазерная или штамповочная резка — стоят дороже, и с панелью сложнее работать.
Также существует стоимость проектирования: правила гибкости не соответствуют правилам FR-4. Проводники пересекают изгиб под прямым углом, покрытие остается вне зоны изгиба, а радиус изгиба согласовывается до компоновки, а не после.
Где FR-4 по-прежнему выигрывает
Большая часть жестко-гибкой платы изготовлена из FR-4. Процессор, поле разъемов и силовой каскад располагаются на жестком материале, потому что там ничего не нужно перемещать, а FR-4 дешевле, ровнее и лучше изучен. Полиимид используется только для той части, которая изгибается.
Это практическое правило принятия решений: гибкость там, где этого требует геометрия, а всё остальное ламинировать. Конструкции на плёночной основе охватывает страница гибких печатных плат, их комбинацию — страница жёстко-гибких плат, а диапазоны толщины для обоих вариантов — страница возможностей.