可靠的刚性-挠性PCB设计的关键提示
关键的外卖
学习刚柔板的具体应用。
在哪里放置通孔和路线您的刚性-挠性板可靠的设计。
为刚性-柔性板设计建立优化堆叠的方法。
刚性-挠性PCB设计需要大量的规划和考虑空间和外壳，他们将存在
刚性-挠性PCB设计结合了两个世界的优点-标准“刚性”(通常是FR-4) PCB的元素与单板上的柔性PCB。这些板主要由两个或两个以上的刚性区域组成，由柔性聚酰亚胺带与铜包覆基板连接。制板者取刚性板，然后添加通孔将其连接到柔性聚酰亚胺板上。
由于刚性-挠性板的复杂性，它们的设计涉及很多内容。当你应用我们将要讨论的设计技巧和方法时，你将能够设计出可靠的、能够承受数百次伸缩周期而不出现故障的刚挠板。
刚性-挠性板:优点和应用
优势
由于对紧凑、防震和坚固的电子产品的需求，刚性-挠性板已经变得越来越受欢迎。Rigid-flex董事会支持:
- 连接器的消除
- 增加可靠性
- 简单的测试
- 节省空间
- 更好的热阻
连接器
由于要连接多个子电路，连接器是通过单个子电路传输电源和信息的替代方案。这些连接器增加了额外的成本和变量，可能导致故障。连接器通常比刚性-挠性板上的内置互连器更大、更复杂，这允许更多的空间来路由痕迹。
在没有互连的情况下，探测和自动化刚韧pcb变得非常容易，因为一旦电路板制造出来，子电路就已经相互连接，防止进一步浪费。如果你期望你的电路暴露在高振动环境下过度或重复的冲击，连接器更有可能失效。另一方面，刚性-挠性连接器更可靠。有了刚性-挠性，你的板可以折叠成小的轮廓，在一个小的外壳内提供显著的空间节省机会。
缺点
对于刚性-柔性PCB设计，重要的是要牢记一些缺点，以真正验证这种设计类型适合您的应用程序。具体来说，刚性柔性PCB设计的生产过程明显更加复杂，这可能会导致较低的生产成品率。制造周期也更长，导致制造成本更高。刚性-柔性板的成本也可能是带有加劲板的标准柔性电路的两到三倍，尽管这种增加的成本在特定的应用和环境中是值得的(下文提到)。
应用程序
一些刚-挠设计的关键行业应用包括:
- 家用电器，如烤箱和洗衣机
- 电信，包括路由器，服务器和卫星
- 医疗设备:起搏器、药物输送和成像设备
- 汽车控制系统、空调、导航系统
- 工业测试设备和监控系统
- 航空航天传感器和控制系统
- 军事通信、制导系统和跟踪系统
刚性-挠性PCB设计基础
有很多关于刚性-柔性PCB设计的内容。首先，考虑你的应用和前面提到的优点和缺点。一旦你确定了刚性-柔性PCB设计是走的路，考虑板的预期环境。该板是用于动态弯曲还是稳定弯曲，弯曲半径是多少?
一个动态弯曲刚柔PCB在经常受到压力和弯曲的环境中使用。在这种情况下，使用不超过两层，并确保弯曲半径至少是柔性材料厚度的100倍。一旦弯曲或弯曲，稳定的弯曲就意味着要保持在那个位置。在这种情况下，确保柔性基板厚度约为弯曲半径的十分之一。
设想你的设计将在三维环境中运行。刚性-挠性设计通常被放置在一个外壳中。考虑板可能受到的机械力和应力，并确保在外壳内的板是设计来处理它们的。
刚性-挠性PCB设计的孔，路由和填充平面指南
知道如何路线你的轨迹和在柔性板上放置你的通孔是可靠设计的关键
当设计刚挠板时，最微妙的区域是弯曲处。因此，要避免在这些弯曲区域放置垫片、孔和通孔。靠近弯曲线的区域会施加机械应力，可能会撕裂或伤害靠近它的镀孔的结构。将焊盘和通孔放置在不受弯曲影响的柔性区域，或者更好的是放置在PCB的刚性、坚硬部分。
如果你把镀孔或通孔放在一个灵活的部分，确保你使用锚来加强他们，以及泪滴连接任何痕迹。保持这些孔在10密耳左右，至少在它们周围有一个10密耳的环形环。这种较大的尺寸允许更容易锚定，并防止弯曲时脱皮。一般来说，避免将孔，通孔，或垫在灵活的区域，并将尽可能多的地方在刚性部分。尽量保持他们至少15米远离堆叠的边缘，因为可能有更多的不稳定朝向板的边缘。
刚性-挠性板布线
关于你的轨迹和路线，保持你的轨迹为直线，垂直线。如果你的板子沿着水平线弯曲或折叠，那么让你的轨迹垂直运行。理想情况下，轨迹应该沿着一个方向，但在必须改变方向的情况下，弯曲轨迹，而不是尖锐的45度或90度角。这样可以消除板子上的高压力区域。使用更窄的痕迹，均匀分布在灵活的区域，以减少高压力的区域。添加虚拟迹线甚至冗余迹线可以帮助增加柔性区域的机械强度，并防止迹线完全破坏信号路径。在柔性截面的顶部和底部都有迹的情况下，将它们交替使用，使底层迹在其紧接上方没有顶层迹，顶层迹在其紧接下方也没有底层迹。
对于你的电源、信号和地面平面，如果你用铜的固体区域浇铸一个典型的平面，你最终会在你的板上施加大量的压力，降低它的灵活性。相反，你可以使用一个孵化多边形的平面图案。尽量减少填充上的痕迹宽度，但要注意交叉嵌套对于高速信号的完整性来说并不好。
刚性-柔性板设计标准
有许多刚性-挠性板的标准值得参考。例如，IPC 2223规定了覆盖层结构、粘性柔性芯、气隙、应变缓解圆角和对板材的预焙要求。此外，它还包括了从刚性到柔性过渡区域附近的镀通孔或孔的位置提示。这一区域是独特的，因为封装柔性区域的聚酰亚胺覆盖物必须与刚性区域重叠一小段距离，以确保它们被层压过程中的刚性区域封装。覆盖物用丙烯酸或环氧树脂制成的粘合剂附着在柔性表面。如果穿过胶粘剂钻孔，它们会受到胶粘剂因高而膨胀或收缩的应力热膨胀系数，特别是在回流温度下。IPC 2223规定最小距离为0.125 "，但许多制造商可以处理较小的保持距离。
优质刚性-挠性板的堆叠和板设计
当决定你的刚柔板的材料，重要的是与制造商沟通，以确保适当的柔性行为。具体来说，要注意各种掩模类型、介质、加强筋和铜层的厚度，因为这些会影响您的板的弯曲能力。还要注意每块板的可燃性等级、机械方面的考虑和阻抗控制。
见下图，它说明了刚性-柔性设计结构拆分为三个独立的堆叠。
主堆叠是PCB的刚性区域。
堆叠区2代表灵活区。
堆叠区3也是柔性区域的一部分，但应用加劲限制了其弯曲能力。
刚性-柔性PCB的堆叠插图有3个区域:刚性区(主要)，柔性区(堆叠2)，和柔性与加劲区(堆叠3)
一般情况下，最好将柔性层夹在刚性板之间，如图所示。有聚酰亚胺板作为顶层或底层，会给系统引入更多的压力，附着力可能会脱落。当设计你的板的轮廓时，尖锐的角可能会导致撕裂，所以使用PCB编辑器的圆角工具圆润任何潜在的敏感角。
Cadence的PCB编辑器包含了创建的能力刚性-挠性PCB设计的精确表示。拥有多个堆叠区域，弯曲区域，蒙版层，表面饰面和区域感知放置允许创建高质量的设计。使用堆叠区域使您能够自动有路线保持，以防止痕迹被添加到一个没有导体层存在的区域。当将一个组件放入一个区域时，组件栈和几何图形可以为该区域进行调整，而不需要嵌入几何图形或创建特殊的替代足迹。
要了解更多关于刚性-柔性PCB设计和一般柔性电路的技巧，请看这本书。领先的电子供应商依靠Cadence产品来优化各种各样的市场应用的电力、空间和能源需求。如果您想了解更多关于我们的创新解决方案，与我们的专家团队交谈或订阅我们的YouTube频道。