本文將討論什么是剛?cè)峤Y(jié)合 PCB，使用它們的優(yōu)勢(shì)，以及使用它們?cè)O(shè)計(jì)應(yīng)用程序的規(guī)則。

在電子領(lǐng)域，我們有時(shí)會(huì)遇到源自過去的看似新技術(shù)。剛?cè)峤Y(jié)合 PCB 技術(shù)可以追溯到大約 50 年前，需要更換航天器中的線束。第一臺(tái)商用移動(dòng)計(jì)算機(jī)（重 25 磅多一點(diǎn)?。┦褂脛?cè)峤Y(jié)合技術(shù)。

如今，筆記本電腦、可穿戴技術(shù)、醫(yī)療設(shè)備、測(cè)試設(shè)備和衛(wèi)星是依賴剛?cè)峤Y(jié)合 PCB 的應(yīng)用中的一小部分。

什么是剛?cè)峤Y(jié)合 PCB？

對(duì)于剛?cè)峤Y(jié)合PCB，柔性電路基板和剛性電路基板層壓在一起。剛性-柔性 PCB 跨越了傳統(tǒng)剛性 PCB 的界限以及使用高延展性電沉積或軋制退火銅導(dǎo)體光刻在柔性絕緣膜上的柔性電路的獨(dú)特特性。

柔性電路包括由 Kapton 或 Norton 等柔性聚酰亞胺制成的疊層，以及通過熱、丙烯酸粘合劑和壓力層壓在一起的銅。

與傳統(tǒng) PCB 一樣，您可以在剛性板的兩側(cè)安裝組件。由于剛性和柔性電路之間發(fā)生集成，剛?cè)峤Y(jié)合設(shè)計(jì)不使用連接器或部分之間的連接電纜。相反，柔性電路將系統(tǒng)電氣連接在一起。

沒有連接器和連接電纜可以完成幾件事：

提高電路無損傳輸信號(hào)的能力

適應(yīng)受控阻抗

消除冷接頭等連接問題

減輕重量

為其他組件釋放空間

每個(gè)剛?cè)峤Y(jié)合 PCB 都被劃分為具有不同材料和不同層數(shù)的區(qū)域。剛性區(qū)域可能比柔性區(qū)域具有更多層，并且材料在過渡區(qū)域中從 FR-4 轉(zhuǎn)變?yōu)榫埘啺贰?/p>

復(fù)雜的設(shè)計(jì)通常會(huì)多次從剛性轉(zhuǎn)變?yōu)槿嵝?，然后再轉(zhuǎn)變?yōu)閯傂?。隨著這些交叉點(diǎn)的??出現(xiàn)，剛?cè)峤Y(jié)合材料的重疊需要使孔遠(yuǎn)離過渡區(qū)以保持完整性。此外，許多剛?cè)峤Y(jié)合設(shè)計(jì)包括不銹鋼或鋁加強(qiáng)件，可為連接器和組件提供額外支撐。

有關(guān)柔性 PCB 的更多信息，請(qǐng)查看我們關(guān)于項(xiàng)目設(shè)計(jì)的柔性與剛?cè)峤Y(jié)合 PCB的文章。

不同的設(shè)計(jì)規(guī)則適用于剛?cè)峤Y(jié)合 PCB 設(shè)計(jì)

不同的挑戰(zhàn)抵消了允許您構(gòu)建 3D 設(shè)計(jì)和產(chǎn)品的多功能性和靈活性。傳統(tǒng)的剛?cè)峤Y(jié)合 PCB 設(shè)計(jì)允許您將產(chǎn)品的組件、連接器和底盤安裝到組件的物理強(qiáng)度更高的剛性部分。同樣，就傳統(tǒng)設(shè)計(jì)而言，柔性電路僅用作互連，同時(shí)降低了質(zhì)量并提高了抗振性。

新產(chǎn)品設(shè)計(jì)與改進(jìn)的柔性電路技術(shù)相結(jié)合，為剛?cè)峤Y(jié)合 PCB 引入了新的設(shè)計(jì)規(guī)則。您的設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)現(xiàn)在可以自由地將組件放置在柔性電路區(qū)域上。將這種自由度與剛?cè)峤Y(jié)合設(shè)計(jì)的多層方法相結(jié)合，可以讓您和您的團(tuán)隊(duì)在設(shè)計(jì)中構(gòu)建更多電路。然而，獲得這種自由在布線和孔方面增加了一些挑戰(zhàn)。

柔性電路總是有影響布線的彎曲線。由于潛在的材料應(yīng)力，您不能將元件或通孔放置在靠近彎曲線的位置。

渲染演示了剛?cè)峤Y(jié)合 PCB 彎曲線的基本概念。

即使組件位置正確，彎曲的柔性電路也會(huì)在表面貼裝焊盤和通孔上產(chǎn)生重復(fù)的機(jī)械應(yīng)力。您的團(tuán)隊(duì)可以通過使用通孔電鍍和通過額外的覆蓋層來加強(qiáng)焊盤支撐來固定焊盤來減少這些壓力。2

在設(shè)計(jì)走線布線時(shí)，請(qǐng)遵循減少電路壓力的做法。在柔性電路上承載電源或接地層時(shí)，使用陰影多邊形來保持靈活性。您應(yīng)該使用彎曲的走線而不是 90° 或 45° 角，并使用淚珠圖案來改變走線寬度。3

用于跟蹤到跟蹤連接的淚滴模式。

這些做法減少了壓力點(diǎn)和弱點(diǎn)。另一種最佳做法是通過錯(cuò)開雙面柔性電路的頂部和底部跡線來跨跡線分布應(yīng)力。偏移走線可防止走線在同一方向上相互重疊并加強(qiáng) PCB。

您還應(yīng)該垂直于彎曲線布線以減少應(yīng)力。當(dāng)從剛性轉(zhuǎn)變?yōu)槿嵝栽倩氐絼傂詴r(shí)，從一種介質(zhì)到另一種介質(zhì)的層數(shù)可能不同。您可以使用走線通過偏移相鄰層的布線來增加柔性電路的剛度。1，2，5，6

機(jī)電因素影響設(shè)計(jì)

當(dāng)您設(shè)計(jì)剛?cè)峤Y(jié)合 PCB 時(shí)，請(qǐng)考慮影響柔性電路和剛性板的機(jī)電因素。在構(gòu)建設(shè)計(jì)時(shí)，請(qǐng)關(guān)注彎曲半徑與厚度的比率。對(duì)于柔性電路，彎曲區(qū)域的緊密彎曲或增加的厚度會(huì)增加失敗的機(jī)會(huì)。制造商建議將彎曲半徑保持在柔性電路材料厚度的至少十倍，并構(gòu)建電路的“紙娃娃”以確定彎曲發(fā)生的位置。3，6

您應(yīng)該避免沿著外彎拉伸柔性電路或沿著內(nèi)彎壓縮它。將彎曲角度增加到超過 90° 會(huì)增加柔性電路上某一點(diǎn)的拉伸和另一點(diǎn)的壓縮。

剛?cè)峤Y(jié)合可靠性的另一個(gè)關(guān)鍵問題是彎曲區(qū)域中導(dǎo)體的厚度和類型。您可以通過減少導(dǎo)體上的電鍍量和使用僅焊盤電鍍來降低厚度和機(jī)械應(yīng)力。使用厚銅、金或鎳鍍層會(huì)降低彎曲處的柔韌性，并允許發(fā)生機(jī)械應(yīng)力和斷裂。

剛?cè)峤Y(jié)合 PCB 設(shè)計(jì)需要團(tuán)隊(duì)合作

新的 PCB 設(shè)計(jì)工具使您的設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)能夠管理多層堆棧、可視化 3D 機(jī)電設(shè)計(jì)、檢查設(shè)計(jì)規(guī)則以及模擬柔性電路的操作。即使手頭有這些工具，剛?cè)峤Y(jié)合 PCB 的成功設(shè)計(jì)也取決于您的團(tuán)隊(duì)和制造商之間的團(tuán)隊(duì)合作。

團(tuán)隊(duì)合作必須從項(xiàng)目的最早階段開始，并在整個(gè)設(shè)計(jì)過程中持續(xù)進(jìn)行，并取決于一致的溝通。