剛性 Flex PCB 設計的最佳實踐

十月 25, 2019

陳瑞安

Ryan 是 MOKO 的高級電子工程師, 在這個行業有十多年的經驗. 專業從事PCB版圖設計, 電子設計, 和嵌入式設計, 他為不同領域的客戶提供電子設計和開發服務, 來自物聯網, 引領, 消費電子產品, 醫療等.

剛性柔性 PCB 設計: 優勢和設計最佳實踐

使用剛撓性 PCB(剛性FPC), 柔性電路基板和剛性電路基板覆蓋在一起. 剛柔結合的 PCB 突破了傳統的限制剛性多氯聯苯以及利用高柔性電沉積或移動強化銅導體照片刻在柔性保護膜上的柔性電路的一種特性.

柔性電路包含使用柔性聚酰亞胺生產的疊層, 例如, Kapton 或 Norton 和銅通過溫暖覆蓋在一起, 丙烯酸水泥, 和重量.

同樣地, 使用常規 PCB, 您可以在剛性板的兩側安裝段. 由於剛性電路和柔性電路之間的混合, 剛柔結合配置不使用段之間的連接器或連接電纜. 相當, 柔性電路將框架電氣連接在一起.

沒有連接器和連接電纜實現了一些事情:

提高電路傳輸信號的能力而不會帶來不幸
適應受控阻抗
消除關聯問題, 例如, 涼爽的關節
減輕重量
為不同的部分騰出空間

每個剛柔結合 PCB 被分成不同的區域，這些區域包含各種材料和不同的層數. 剛性區域有時比柔性區域有更多層, 材料從 FR-4 轉移到聚酰亞胺，經歷了顯著的變化區域.

複雜的結構在不同的場合頻繁地從剛性變為柔性再變回剛性. 當這些收斂發生時, 剛柔結合材料的封面需要從更衣區排斥開口以照顧誠實. 同樣地, 許多剛柔結合計劃包含硬化鋼或鋁加強筋，為連接器和節段提供額外支撐.

剛性 FPC 負載的成本遠高於幾乎相同的硬板，並且通常是帶加強板的柔性電路成本的幾倍.

儘管如此, 就明確的應用程序和情況而言，擴大的費用是合法的, 例如:

高品質應用. 如果聚在一起將被呈現為過度或重述的眩暈, 或高振動情況, 帶有柔性電纜的連接器更容易摔平. 當暴露於異常振動和眩暈應用時，剛性 FPC 在任何情況下都能提供令人難以置信的可靠性.
高厚度應用. 在一個小圍欄裡面, 有時很難完成電子 PCB 配置所需的每一根電纜和連接器. 剛性 FPC 板可以疊加成非常小的輪廓, 在這些場合提供大量空間投資基金.
五張或更多硬片. 如果您的應用程序最終將包括五個或更多剛性板，它們通過柔性電纜相互關聯, 協調的剛柔安排通常是理想且更經濟的決定.

不同的設計規則適用於剛柔結合 PO 設計

各種困難抵消了使您能夠製造三維計劃和物品的適應性和靈活性. 傳統的剛柔結合 PO 計劃使您能夠安裝分段, 連接器, 和你的物品的框架到聚會中更接地氣的剛性部分. 再一次, 就習慣性計劃而言, 柔性電路只是作為互連填充，同時降低質量並改善振動保護.

新項目結構與改進的柔性電路創新相結合，為剛柔結合 PO 提出了新的計劃規則. 您的結構組目前有機會將零件放在柔性電路領域. 以多層方式整合這個機會來處理剛柔結合配置，使您和您的團隊能夠將更多硬件與結構結合起來. 任何狀況之下, 抓住這個機會包括在指導和差距方面的一些困難.

柔性電路始終具有影響轉向的扭曲線. 考慮到潛在的材料壓力, 您不能在扭曲線附近放置零件或過孔. 還, 在任何情況下, 當適當地找到段時, 彎曲的柔性電路點重新調整了表面安裝墊和通孔上的機械重量. 您的團隊可以通過使用通孔鍍層和通過額外的 .overlay 加強墊子支撐來固定墊子來減輕這些擔憂.

當您計劃跟隨轉向時, 進行排練以減輕電路的重量. 在柔性電路上傳送電源或接地平面時，利用孵化多邊形保持靈活性. 您應該使用彎曲跟隨而不是 90° 或 45° 邊緣並使用撕裂示例來更改跟隨寬度. 這些做法的減少強調重點和不穩定的領域. 另一個最佳實踐通過令人驚嘆的雙面柔性電路的頂部和底部跟隨來表達對跟隨的擔憂. 平衡後續可以防止後續以類似的方式相互重疊並加強 PO.

你也應該跟在扭轉線相反的方向走以減輕壓力. 當用 flex 替換剛性和用剛性替換 flex 時, 從一種介質到另一種介質的層數可能會有所不同. 您可以通過平衡附近層的轉向來利用跟隨定向來增加柔性電路的堅固性.

剛性 FPC 設計指南

廣泛地, 剛柔結合的配置看起來像硬紙板結構, 柔性層完全伸展到板的剛性區域. 硬紙板格式也是如此, 剛柔結合創建包將包含 Gerber 層, 與鑽探文件一起, 修補面紗層, 分類, 周邊路線記錄, 覆蓋層, 等等.

按說, 剛性 FPC 和硬紙板應用的製造包之間存在一些關鍵對比:

剛性 FPC, 總的來說, 有更多的測量值, 並且應該刻意描述必需品, 因為這些表通常用於 3D 應用程序. 它同樣應該精確地描述剛性到彎曲的進展區域, 因為在單獨調查 Gerber 層時，這些並不總是很清楚.
剛柔板中的材料鋪層是基本的, 並且應該與您的製造商合作制定. 您的製造商可以幫助您根據您的需要做出正確的材料決定, 例如, UL 可燃性等級, 所需的最小扭曲半徑, 機械的沉思, 柔性層和剛性層的阻抗控制, RoHS肯定, 無鉛聚攏相似度, 和不同的思考.
剛性柔性板, 通常, 在 Gerber 文檔中需要額外的圖層. 層數 1 和 X 將有焊接面紗層, 然而，您同樣需要具有覆蓋層和粘合層部分特徵的藝術品層 (無論何時) 董事會的, 以及每個進入硬紙板的數量. IPC 2223 建議 0.100″ 但是，您的製造商可能可以選擇不承擔那麼多.

什麼影響剛柔結合PCB的設計

機電因素影響設計

在您規劃剛柔結合 PCB 時, 考慮影響柔性電路和剛性板的機電因素. 當你構建你的結構時, 以曲線範圍與厚度的比例為中心. 帶柔性電路, 扭曲區域的緊密曲線或擴大的厚度增加了失望的機率. 製造商建議保持曲線跨度至少是柔性電路材料厚度的數倍，並構建一個 “紙娃娃” 同一個電路找出扭曲發生的地方.

您應該避免將柔性電路與其外部扭曲一起延伸或將其與向內扭曲一起包裝. 將曲線邊緣擴展超過 90° 會在柔性電路上的一個點處延伸並在另一點處形成壓力.

剛柔結合堅定質量的另一個關鍵問題是在扭曲區域發現的導體的厚度和種類. 您可以通過減少導體上的電鍍量並使用僅電鍍的墊子來減少厚度和機械問題. 大量銅的利用, 金子, 或鍍鎳會降低曲線處的柔韌性，並允許發生梅林應力和開裂.

材料鋪層注意事項

剛性 FPC 材料層疊嚴重影響成本, 可製造性, 和最後的 PCB 性能, 所以投資精力來決定完美的材料組是很重要的. 例如, 受控阻抗, 反對, 和電流傳輸必需品是影響銅負載和材料選擇的非常重要的考慮因素.

PCB 架構師應該與他們的電路板製造商合作檢查這些因素, 所以隨後的計劃同意所有標誌誠實的必需品. 當創建者執行開始計算時, 製造商可以檢查它們, 並更精確地顯示電路板的阻抗質量, 以及實現這些品質所需的材料集.

如果阻抗屬性不太基本, 我們您正在尋找最低成本, 最穩定的剛柔結合計劃提案. 剛柔結合計劃為剛柔結合計劃提供了最低的一般材料費用, 同時還為剛接觸剛柔結構的規劃人員提供了一個隱蔽的開始階段.

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剛撓結合板的剛性段一般為 20 層數或更少. 有時他們有更多, 但一般, 二十多層真是少見. 硬紙板區域並非都必須具有相似的層數. 例如, 你可以有一個剛性段 16 硬件層和一個 12. 在任何時間，材料疊層都是比較的，並且負載具有相似的總體厚度, 不會有組裝問題. 每隔一段時間, 一種配置可以使用厚度不同的硬紙板, 然而, 這樣的設置明顯更難做出，應該考慮不同的選擇.

剛撓結合板的柔性區域通常是一個 (單線態), 二 (成對的東西), 三 (三胞胎) 或四層 (四元發展). 有時，發起者需要在負載的靈活區域上超過四層, 但通常是未綁定的. 具有四層以上的增強彎曲區域可以非常不受扭曲和彎曲的影響. 剛柔結合板的柔性層上的銅負載通常為半盎司和一盎司負載.

有時，電氣利益需要兩盎司的負載. 在這些情況下, 時裝設計師應該與他們的製造商密切合作，選擇正確的無流預浸料, 令人滿意地填充硬紙板中較厚的電路. 無流預浸料, 按配置, 不喜歡流式傳輸，兩盎司的硬件可能會遇到一些困難. 偶爾使用三盎司的銅重量，並且在組裝時可能會出現相當大的問題以進行類似的解釋.