第一部分 剛柔結合板

剛撓結合板并不是一種普通的電路板。將薄層狀的撓性底層和剛性底層結合，再層壓入一個單一組件中，這項工藝為我們帶來了非同一般的挑戰(zhàn)與機遇。當設計者開始設計第一塊剛撓結合板印刷電路板（PCB）時，發(fā)現(xiàn)他們以前學到的大多數(shù)有關印刷電路板設計的知識都存在問題。他們設計的不再是兩度空間的平面底層，而是三維立體的內(nèi)部連線，可以彎曲折疊。我敢說，這將是一款性能更強的PCB。剛撓結合板的設計者利用單個組件替代由多個連接器、多條線纜和帶狀電纜連接成的復合印刷電路板，性能更強，穩(wěn)定性也越高。他們將設計的范圍限制在一個組件內(nèi)，像疊紙?zhí)禊Z一樣通過彎曲、折疊線路來優(yōu)化可用空間。

常用術語從字面上看，“撓性電路”給人的感覺就像是多重布線的帶狀電纜的替代品。在撓性扁平基底之上是線路層，它們彼此頭尾相接。在噴墨打印機的打印頭和控制板之間，?？梢钥吹竭@種連接方式。在有關撓性電路的術語中，這種持續(xù)性的撓性被稱作“動態(tài)撓性”（dynamic flex ）。在動態(tài)撓性的應用中，撓性電路往往（但又不限于）單面板，目的是為了取得最好的效果和最強的可靠性。在各個子系統(tǒng)之間的互聯(lián)，比如將打印頭連接至控制板時，最好使用撓性電路。

在撓性電路的使用周期中，必須以最少的撓曲進行彎曲、折疊、組裝，就稱為“撓性安裝”（flex-to-install ）。撓性安裝的結構有多種多樣，從單層到多層，全憑應用的需求而定。在生命周期內(nèi)有限的撓曲有利于限制導體所受到的應力，也有利于做更多的層數(shù)。

在撓性安裝過程中，若要求進行單面組件安裝，那么應對的策略就是，將剛性材料定位并層壓入撓性電路中，用以加固特定的區(qū)域。此類型的撓性電路設計被稱作“剛化撓性板”（rigidized flex ）。剛性材料（典型的是FR4）不包含導體，主要用于加固組件的基底或連接區(qū)域。剛撓結合板兼具撓性電路和剛性材料的優(yōu)點，但成本較高；剛化撓性板可以作為剛撓結合板的替代品。剛性材料無需蝕刻或電鍍，只需要鉆孔和按線路添加，便可減少印刷電路板的處理時間。

在撓性安裝過程中，若要求進行雙面組件安裝，或者您需要超薄的印刷電路板，那么選擇剛撓結合板可能是唯一可行的解決辦法。剛撓結合板兼具剛性層與撓性層，是一種多層印刷電路板。典型的（四層）剛撓結合印刷電路板有一個聚酰亞胺核，它的上下兩面都有覆著銅箔。外部剛性層由單面的FR4 組成，它們被層壓入撓性核的兩面，組裝成多層的PCB。剛撓結合板應用廣泛，但是由于多種材料的混合使用和多重的制作步驟，剛撓結合板的加工時間更長，制作成本更高。在制作多層剛撓結合板時，撓性層的加工工藝又與外部 FR4 層截然不同。由不同材料制作的各個層面必須通過層壓聚集在一起，然后再鉆孔、電鍍。因此，制作一個典型的四層剛撓結合印刷電路板的時間，可能比制作一個標準的四層剛性印刷電路板長5至7倍

剛撓結合板的應用

剛撓結合板在消費類電子產(chǎn)品中常常能見到，比如數(shù)碼相機、可攜式攝相機和MP3 播放器。它還可以用于高端的飛機掛載武器導航系統(tǒng)。根據(jù)本人的研究，剛撓結合板最常用于制造軍用飛機和醫(yī)療設備。剛撓結合板為軍用飛機的設計帶來了巨大的益處，因為它在提高連接可靠度的同時還減輕了重量。當然，由整體體積變小帶來的收益也不可忽視。植入型醫(yī)療設備——比如起搏器和耳蝸植入——也因為剛撓結合板在狹小空間內(nèi)的彎曲、折疊能力、以及它那大幅提高的可靠性而獲益非淺。您不妨想象一下，如果起搏器因為連接電池的電線脫落而無法工作，那會是怎么的一個情景。有了剛撓結合板之后，電池可以直接連接至電路層，而且可以安裝在組件的任何位置。

剛撓結合板的應用實例

剛撓結合板應用領域的設計師將剛撓結合板作為首選，因為它是實現(xiàn)產(chǎn)品目標唯一的方法。他們可能先以剛性設計為原型，用以檢驗自己的設計理念，然后再使用剛撓結合板創(chuàng)制出新產(chǎn)品。明尼蘇達州普利茅斯的福祿克公司（Fluke Electronics）完成的項目便是很好的實例。。技術總監(jiān)杰弗·魏斯泰德（Jeff Wisted）授命重新設計軍用紅外線顯像技術。

紅外系統(tǒng)將被安裝在微型飛行器或無人的駕駛飛機上，要求該系統(tǒng)能覆蓋一臺5立方英寸、載荷不超過3盎司的手持型數(shù)碼相機的監(jiān)控范圍。即在保持原有功能和可靠性水平的同時，減少50%的空間和減輕95%的重量。

其中最大的挑戰(zhàn)是如何將總重量從3磅減少至3盎司以下。唯一的解決方案就是，撤下由多個連接器連接的剛性PCB組件，轉(zhuǎn)用剛撓結合板。在設計過程的早期我就見到了杰弗，雖然這是他首次使用剛撓結合板，但每一步都做對了。在制作過程中，他將PCB設計項目外包給一位經(jīng)驗十足的剛撓結合板應用設計師，而且一早就讓PCB制造商也參與進來。

權威人士認為：“剛撓結合板的成本盡管比傳統(tǒng)剛性板昂貴，但是它為該項目提供了理想的解決方案。我們利用的是撓性基底的相互連接，而不是多個PCB的連接設備，這就是減少占用空間和降低重量的關鍵，這正是我們所需要的?！?/p>

由于剛撓結合板具有可彎曲、可折疊的特點，因此可以用于制作的定制電路，最大化地利用室內(nèi)的可用空間。杰弗利用這一點，降低了整個系統(tǒng)所占用的空間。由于此設計并不會大量生產(chǎn)，因此盡管生產(chǎn)成本較高，但相比之下收益仍高于成本。

設計考慮在設計剛撓結合板時，必須考慮制造過程的特點以及使用的多種材料。設計者不能簡單地創(chuàng)建四層剛性PCB上所使用的典型線路類型，然后期望獲得與剛撓結合板同樣的效果。由于聚酰亞胺的空間穩(wěn)定性比 FR4 要差3倍以上。一旦銅蝕刻掉，撓性材料就會大幅皺縮。大多數(shù)制造商都了解該材料的這種特性，都準確地估計到這樣的情況，因此當PCB進入機械加工過程時（鉆孔和按線路添加），他們盡可能使電路板接近尺寸公差。如果設計者不考慮可能出現(xiàn)的制造問題，那么很可能要到最后一刻才意識到，必須更新設計才能適應制造商的特殊加工過程。要達到最理想的結果，就要考慮通過在撓性層上盡可能擴大電鍍過孔的最小環(huán)孔，并且確保所有的線到焊盤和線到線（trace-to-trace）結點添加淚滴。如果要使用撓性內(nèi)層連接剛性電路的各個區(qū)域，就必須仔細考慮在制造過程中如何支撐浮動的板內(nèi)剛性區(qū)域，因為剛性層的區(qū)域?qū)⒁灰瞥月冻鱿旅娴膿闲詫?。但是，移除太多的剛性材料可能使板變得脆弱。圖2是一個多層的剛撓結合板，在剛性層上開有“窗口”。

我們通常對撓性層進行沖切，因為沖切更適合于薄的聚酰亞胺。撓性層上的區(qū)域也有可能被移除，從而在最終的布線中減少與布線點的接觸（參看圖3）。在設計工具中，必須將這些“無層”區(qū)域考慮進去，另外在設計中可能需要放置無布線和/或無組件區(qū)域，防止一些組件或線路懸掛在剛性區(qū)域的邊緣。

設計建議由于撓性電路可彎曲、可折疊，避免創(chuàng)建不良的線路，因為不良的線路會增加導體受壓裂開的可能性。以下是減少折彎區(qū)域?qū)w受壓的幾條建議：

通過折彎區(qū)域向彎曲軸垂直布線

保持線路倒角、寬度改變和過孔取道在折彎區(qū)域之外

采用網(wǎng)格形鋪銅而不是實心鋪銅

交叉相鄰層的并排布線，“I-Beaming”（參看圖4）

圍繞撓性電路的設計還很多類似的建議，恕不在此一一列舉。請查看推薦閱讀書目中的公開出版物，那里有更多的細節(jié)和設計要點。

結論一些制造商的意見，他們中的大多數(shù)人都建議客戶放棄剛撓結合板而轉(zhuǎn)用剛化撓性板，因為前者使PCB的制作成本增加，滿足不了顧客的價格要求。要實現(xiàn)高量產(chǎn)的剛撓結合板，最關鍵的步驟之一是讓制造商盡早參與生產(chǎn)。

同時，我們認為：“導致剛撓結合板成本上升的三個主要因素是原材料、板的利用以及產(chǎn)量。如果我們能夠在項目開始時就與設計師進行合作，我們就可以幫助他們實現(xiàn)低成本的設計和避免一些代價高昂的錯誤?！?/p>

在選擇撓性板和/或剛撓結合板的供應商時，看一看他們在這方面的主要項目數(shù)量。對于他們的平均技術水平要有一個精確的了解，從而確定他們的大多數(shù)板處于哪個技術層次。你設計的板應該處于他們加工能力的中游而不是高端，這一點對于剛撓結合板的選擇特別適用。

一個理想的剛撓結合板設計評估小組應由機械與電子工程師、PCB設計師和PCB加工工程師組成。機械工程師了解系統(tǒng)組件中的機械限制。小組中的PCB工藝工程師能夠調(diào)查改變彎度和添加加固材料等，最大化拼板的實際數(shù)量和生產(chǎn)成本的最小化。請切記，每個PCB的成本與板上的圖像數(shù)成反比。如果一個剛撓印刷電路結合板看起來像一個多腿蜘蛛并且不能很好地嵌在板上，那么每個組件的成本就會大幅增加。如果決定要用剛撓結合板制作PCB，那么設計人員就應該在思維上更靈活以提升量產(chǎn)和減少投資。

第二部分 剛性板

分別從“線”“孔”“面”幾個大的方面來看，以下參數(shù)應該特別注意：

線

線路成品銅厚控制在0.07mm以內(nèi)

線寬/線距控制在0.10/0.10mm以上

線到焊盤距離控制在0.10mm以上

線寬/線距公差控制在+/-20%

SMT 焊盤寬度控制在0.50mm以上，間距控制在0.20mm 以上

BGA焊盤直徑控制在0.30mm以上

孔

成品孔徑控制在0.30mm以上

內(nèi)層孔邊到線距離控制在0.20mm以上

孔壁最小銅厚控制在0.02mm以內(nèi)

成品孔徑公差：PTH：+/-0.08mm， NPTH：+/-0.05mm

成品孔位置精度控制在+/-0.08mm以上

每平米板面積的總孔數(shù)控制在50000個以內(nèi)

板厚與最小成品孔徑的比值控制在8:1以內(nèi)

面

各層表面底銅控制在0.035mm以內(nèi)

表面鋪銅應盡量均勻，不要有間距大于1mm的無銅區(qū)

工藝邊須鋪銅，且工藝邊須設計工具孔和光學點

不要有間距小于0.13mm的刪格設計

導體距板邊距離：外層大于0.25mm，內(nèi)層大于0.38mm

層對位精度控制在0.08mm以上

其他

層壓結構設計，各層銅厚要對稱

單元尺寸小于60x60mm的，一定要設計拼版，加工藝邊

BGA過孔一定要設計為兩面塞孔，為需測試的位置單獨牽引測試焊盤

阻焊設計，盡量不要有一面開窗，一面塞孔的設計

白字線寬一定要大于0.13mm

表面處理工藝優(yōu)選噴錫、OSP、沉金

成品板厚宜在0.8~1.6mm之間