Flexibilní PCB a jejich využití v nové generaci elektroniky

Klasická pevná deska plošných spojů v některých aplikacích naráží na své konstrukční limity. Řešením jsou flexibilní PCB  a jejich kombinace s pevnými částmi v podobě rigid-flex PCB.

Flexibilní plošné spoje umožňují navrhovat elektroniku nejen ve dvou rozměrech, ale prakticky ve třech rozměrech. Obvod se může ohýbat, přizpůsobit tvaru zařízení a vést signály i v místech, kde by klasická rigidní PCB byla příliš velká nebo konstrukčně nevhodná.

Právě proto se Flex PCB stále více prosazují v automobilovém průmyslu, zdravotnické technice, spotřební elektronice, letectví a kosmonautice, průmyslové elektronice i v nových nositelných zařízeních.

Co je flexibilní PCB?

Flexibilní PCB je deska plošných spojů vytvořená na pružném dielektrickém substrátu. Na rozdíl od klasických rigidních PCB není její základním nosným materiálem pevný laminát FR-4, ale například polyimidová fólie.

Typická flexibilní konstrukce může obsahovat jednu nebo více vodivých vrstev, dielektrikum, měděné fólie, coverlay, výztuhy, prokovy a další prvky potřebné pro konkrétní aplikaci.

Podle konstrukce můžeme rozlišovat například:

• jednostranné flexibilní PCB,
• oboustranné Flex PCB,
• vícevrstvé flexibilní PCB,
• rigid-flex PCB kombinující pevné a flexibilní části,
• flexibilní PCB s HDI strukturami a microvias.

Standard IPC-6013 například rozlišuje jednostranné, oboustranné a vícevrstvé flexibilní konstrukce i rigid-flex kombinace. Flexibilní PCB mohou obsahovat také slepé/skryté vias nebo HDI vrstvy.

Mnohé již víme z dříve publikovaných článků jako Co jsou FLEX DPS? nebo Flexibilní elektronika a inovace v materiálech.

Proč jsou Flex PCB důležité pro moderní elektroniku?

Hlavní výhodou flexibilní PCB není pouze možnost ohnutí. Jejich skutečný význam spočívá v tom, že mění způsob, jakým lze elektronické zařízení navrhovat.

U klasické rigidní PCB musí konstrukce často respektovat přibližně obdélníkový tvar desky. Flex PCB naproti tomu umožňuje elektroniku vést kolem konstrukčních prvků, skládat ji do menšího prostoru nebo ji přizpůsobit zakřivenému povrchu.

Mezi hlavní výhody patří:

• Úspora prostoru – flexibilní obvod může být složen nebo veden v několika směrech.
• Nižší hmotnost – tenké flexibilní vrstvy mohou nahradit část kabeláže, konektorů a dalších mechanických prvků.
• Méně spojů – Flex PCB může nahradit několik samostatných vodičů a konektorů, čímž se snižuje počet potenciálních míst poruchy.
• Mechanická flexibilita – obvod lze navrhnout pro ohyb nebo řízený dynamický pohyb.
• Volnost konstrukce – elektronika může kopírovat tvar výrobku a lépe využít dostupný prostor.
• Možnost 3D integrace – flexibilní obvod lze instalovat do prostorově složitějších konstrukcí.
• IPC ve svých materiálech uvádí jako klíčové přínosy Flex PCB právě flexurální odolnost, možnost instalace do trojrozměrných konstrukcí, nízkou hmotnost a malou tloušťku.
• Polyimid jako základ flexibilních obvodů

Jedním z nejčastěji používaných materiálů pro flexibilní PCB je polyimid. Jeho význam souvisí především s kombinací mechanických, elektrických a tepelných vlastností.

Polyimidové flexibilní substráty umožňují vytvářet velmi tenké konstrukce, které mohou být ohýbány a zároveň musí zachovat elektrickou funkčnost.

U náročnějších aplikací je však výběr materiálu mnohem komplexnější. Návrhář musí zohlednit například:

• počet ohybových cyklů,
• minimální poloměr ohybu,
• tloušťku dielektrika,
• tloušťku mědi,
• typ coverlay,
• tepelnou zátěž,
• elektrické parametry,
• požadovanou životnost,
• způsob mechanického uchycení.

Volba materiálu proto není pouze otázkou flexibility. Musí odpovídat konkrétnímu mechanickému, elektrickému a tepelnému namáhání.

Rigid-flex: když flexibilita nestačí

Velmi zajímavou oblast představují rigid-flex PCB, které kombinují pevné a flexibilní části v jedné desce.

Pevné části mohou obsahovat například procesory, konektory nebo další komponenty vyžadující stabilní mechanickou základnu. Flexibilní část pak propojuje jednotlivé segmenty a umožňuje jejich prostorové uspořádání.

Tím může rigid-flex nahradit kombinaci několika klasických PCB, kabelových svazků a konektorů.

Výsledkem může být:

• menší počet mechanických spojů,
• úspora prostoru,
• nižší hmotnost,
• jednodušší montáž,
• lepší využití vnitřního prostoru zařízení,
• potenciálně vyšší spolehlivost systému.

IPC proto věnuje rigid-flex konstrukcím samostatnou pozornost. Norma IPC-2223 stanovuje specifické požadavky pro návrh flexibilních a rigid-flex desek a zabývá se mimo jiné mechanickými a fyzickými vlastnostmi, vedením vodičů, oblastmi ohybu nebo konstrukcí spojů mezi rigidními a flexibilními částmi.

IPC navíc v roce 2026 uvádí IPC-2223F jako standard pro návrh flexibilních a rigid-flexibilních desek, což ukazuje, že tato oblast návrhu PCB se dále vyvíjí společně s požadavky moderní elektroniky.

Flex PCB v automobilovém průmyslu

Automobil je dnes v podstatě počítač na kolech. Počet elektronických systémů, senzorů, kamer, displejů a řídicích jednotek neustále roste.

Současně se mění samotná konstrukce vozidel. Elektronika musí být lehká, kompaktní a schopná fungovat v prostředí s vibracemi, teplotními změnami a omezeným prostorem.

Flexibilní PCB zde mohou být využity například pro:

• senzory,
• osvětlení,
• kamerové systémy,
• ovládací panely,
• displeje,
• elektroniku sedadel,
• dveřní moduly,
• bateriové systémy elektromobilů,
• propojení elektronických modulů.
  
  

U elektromobilů navíc získává význam každý gram a každý ušetřený centimetr instalačního prostoru. Flexibilní propojení tak může být zajímavou alternativou ke klasickým kabelovým svazkům.

Zdravotnická technika a nositelná elektronika

Jedním z nejzajímavějších směrů je využití Flex PCB ve zdravotnických a nositelných zařízeních.

Moderní nositelná elektronika už dávno nejsou pouze chytré hodinky. Elektronika se dostává přímo na tělo, do oblečení nebo do velmi malých zdravotnických zařízení.

Flexibilní elektronika umožňuje konstrukci, která se lépe přizpůsobí lidskému tělu.

Výzkum v oblasti flexibilní elektroniky se dnes zaměřuje například na:

• monitorování zdravotních parametrů,
• biosenzory,
• wearable healthcare,
• flexibilní senzory,
• zařízení pro měření pohybu,
• neurotechnologie,
• implantovatelnou elektroniku.

Výzkumný tým publikující na arXivu například v roce 2025 představil flexibilní způsob pouzdření ALPIDE senzorů využívající hliníkové a polyimidové vrstvy o tloušťkách v řádu desítek mikrometrů. Konstrukce využívá třívrstvou flexibilní PCB s 20µm hliníkovými strukturami a 25µm polyimidovým substrátem.

To je dobrým příkladem toho, kam se vývoj posouvá: Flexibilní PCB už nemusí pouze propojit dva komponenty. Může být součástí samotné mechanické a funkční konstrukce elektronického zařízení.

Flexibilní PCB a miniaturizace elektroniky

Jedním z hlavních trendů současné elektroniky je miniaturizace.

Více funkcí se musí vejít do stále menšího prostoru. To se týká chytrých telefonů, nositelné elektroniky, zdravotnických zařízení, senzorů i automobilových systémů. Flex PCB zde přinášejí zásadní konstrukční výhodu: elektroniku není nutné umístit na jednu rovnou plochu.

Obvod může být například:

ohnutý → složený → vedený kolem komponentu → přizpůsobený krytu zařízení.

Tím vzniká prostor pro nové typy konstrukcí, které by s klasickou rigidní PCB byly obtížně realizovatelné.

Dalším krokem je kombinace Flex PCB s HDI technologií, microvias a velmi jemnými vodivými strukturami. IPC ostatně ve svých návrhových standardech samostatně řeší jak flexibilní PCB, tak HDI konstrukce.

Flex PCB v letectví, kosmonautice a speciálních aplikacích

V aerospace aplikacích je důležitá především nízká hmotnost, spolehlivost a schopnost efektivně využít omezený prostor.

Flexibilní obvody mohou být zajímavé například pro:

• aviatiku,
• senzorové systémy,
• satelitní elektroniku,
• kamerové systémy,
• komunikační systémy,
• prostorově omezené elektronické moduly.
  
  

Zajímavým příkladem využití flexibilních spojů je také výzkum kvantových počítačů. Výzkumníci již dříve demonstrovali flexibilní supravodivé přenosové struktury na tenkém polyimidovém substrátu jako potenciálně kompaktní alternativu ke klasickým kabelovým řešením v kryogenních systémech.

To ukazuje, že flexibilní substráty nejsou pouze technologií pro spotřební elektroniku. Jejich vlastnosti mohou být využitelné i ve velmi specializovaných systémech.

Flex PCB není pouze „ohnutá PCB“

Při návrhu flexibilních obvodů je však důležité si uvědomit, že flexibilní PCB není jednoduše klasická PCB vyrobená z materiálu, který lze ohnout.

Mechanické namáhání významně ovlivňuje konstrukci vodičů, přechody mezi rigidními a flexibilními částmi, umístění otvorů, komponent i výztuh.

Návrh proto musí řešit například:

• kde bude docházet k ohybu,
• zda jde o statický nebo dynamický ohyb,
• jaký je minimální poloměr ohybu,
• jak budou vedeny vodiče v ohybové oblasti,
• jak bude řešeno odlehčení mechanického namáhání,
• jak bude Flex PCB spojena s komponenty,
• jak bude deska chráněna během montáže.
  
  

Právě proto existují specializované standardy IPC pro návrh a kvalifikaci flexibilních a rigid-flexibilních PCB. IPC-6013 například definuje požadavky na kvalifikaci a výkon flexibilních desek a zahrnuje různé typy konstrukcí od jednostranných desek až po vícevrstvé rigid-flex struktury.

Budoucnost: od Flex PCB k flexibilní elektronice

Další vývoj už nemusí spočívat pouze v tom, že bude flexibilní samotná deska plošných spojů.

Rozvíjí se celý koncept flexibilní tištěné elektroniky, ve kterém mohou být flexibilní nejen spoje, ale také senzory, tranzistory, antény nebo další elektronické struktury.

Výzkum se zaměřuje například na tištěnou elektroniku, flexibilní senzory, 2D materiály a nové vodivé materiály.

Přehledová studie publikovaná na arXivu shrnující výzkum grafenu a MXenů například popisuje jejich potenciál pro flexibilní senzory, tlakové senzory, superkondenzátory, termoelektrické generátory nebo topné prvky. Tyto technologie mají potenciál především v oblasti nositelné elektroniky, zdravotnictví a IoT.

Další výzkum z roku 2025 upozorňuje, že tištěná a flexibilní elektronika se posouvá také směrem k výpočtům přímo na senzoru nebo v jeho blízkosti. Autoři přitom jako důležité výzvy uvádějí spolehlivost, integraci jednotlivých prvků a efektivní návrh pamětí.

Výzva pro výrobce PCB

Flexibilní PCB proto představují mnohem více než další variantu klasické desky plošných spojů.

Vyžadují odlišný přístup k:

• návrhu,
• výběru materiálů,
• výrobním procesům,
• mechanickému namáhání,
• testování,
• montáži,
• kontrole kvality.

Zároveň však otevírají prostor pro elektroniku, která je menší, lehčí, prostorově efektivnější a konstrukčně svobodnější.

Vývoj nové generace elektroniky bude pravděpodobně stále více kombinovat různé technologie: rigid PCB, Flex PCB, rigid-flex, HDI, microvias a nové materiály. Cílem nebude pouze vyrobit menší desku, ale navrhnout elektroniku tak, aby byla přirozenou součástí celého výrobku.

Flexibilita jako nový rozměr PCB

Klasická PCB definovala elektroniku především jako plochý systém. Flexibilní PCB přidávají další rozměr – možnost přizpůsobit elektrické propojení samotné geometrii zařízení.

A právě v tom spočívá jejich význam pro novou generaci elektroniky.

Od chytrých telefonů přes elektromobily a zdravotnické senzory až po systémy využitelné ve vesmírných technologiích, všude bude potřeba elektroniky, která se dokáže přizpůsobit prostoru, pohybu i funkci zařízení.

Flex PCB tak nejsou pouze technologií pro budoucnost. V mnoha segmentech jsou již dnes jedním z klíčových nástrojů miniaturizace a konstrukce moderní elektroniky.

Výroba flexibilních PCB přináší specifické požadavky na materiály, konstrukci i výrobní proces. Zásadní roli hraje například volba polyimidu, tloušťka mědi, způsob vedení vodičů, minimální poloměr ohybu nebo umístění výztuh a komponent.

U složitějších Flex a rigid-flex konstrukcí je proto důležité myslet na vyrobitelnost už ve fázi návrhu. Jak se flexibilní PCB vyrábí a na co si dát pozor při návrhu a výrobě, tak o tom si napíšeme někdy později, abychom ze současného článku nedělali doslova odborná skripta Samotné výrobě a návrhovým pravidlům se tak budeme věnovat v samostatném článku.

Zdroje:

• Novel, D., Lega, A., Facchinelli, T., Iuppa, R., Beolé, S. and Bellutti, P. (2025) ‘A Packaging Method for ALPIDE Integration Enabling Flexible and Low-Material-Budget Designs’ [Preprint]. arXiv. Available at: https://arxiv.org/abs/2503.11208 (Accessed: 4 August 2026).

• IPC (2021) IPC-6013E: Qualification and Performance Specification for Flexible/Rigid-Flexible Printed Boards. Bannockburn, IL: IPC. Available at: https://www.ipc.org/ https://www.ipc.org/TOC/IPC-6013D.pdf (Accessed: 4 August 2026).