刚柔结合PCB设计：如何掌握更多快速设计技巧

到目前为止，刚柔结合 PCB 设计被认为是一种复杂的 PCB 设计，因为它需要掌握技术技能来制作它。事实上，由于其复杂性，它从普通的电路板设计中脱颖而出。不可否认，刚柔结合 PCB 的特性使其在更现代的技术进步中得到采用。

因此，了解和掌握设计过程对于设计高质量的PCB至关重要。在本文中，我们将通过指南了解设计过程。此外，我们将列举可能发生的具体问题以及发生时应采取的预防措施。

（刚柔结合PCB的彩色插图）

1。什么是刚挠结合板？

顾名思义，刚柔结合印刷电路板 (RFP) 是一种混合电路板，在电子应用中集成了柔性和刚性电路板技术。几乎所有刚柔结合 PCB 都在固定的 4 型阻燃 (FR4) 加强筋上设计了柔性聚酰亚胺组件。

你会发现电路板的某些部分是灵活的，而另一些部分是刚性的。更重要的是，您可以轻松弯曲或折叠电路，并且仍然保持需要更多支撑的区域的形状。

（刚挠结合板的高科技背景）

2。刚柔层堆栈类型设计

制造商将 PCB 设计为多层堆叠，以垂直定义每一层的布局，也称为 Z 平面。层堆栈在任何板上都具有单个单元的制造。

2.1 最佳层堆叠策略

完美的层堆叠策略应该使您能够安排走线和接地层以阻止 EMI。此外，它应该适应刚柔结合设计和设计的温度。

多层堆栈 是可取的。是因为以下几个原因；

• 它可以在信号层和接地层之间交替。
• 每一层之间都有电介质或预浸料。
• 它考虑了散热问题。
• 它适用于具有模拟和数字元素的设备。然而，这些器件将在堆叠中使用单独的接地层。分离的本质是避免噪声耦合，防止EMI。

2.2 单层特征

• 具有一层或两层聚酰亚胺外覆盖层。
• 它的一侧或两侧都有孔。
• 元件孔缺板。
• 您可以在单层类型上使用组件、加强筋、引脚和连接器。
• 强烈推荐用于处理静态和动态 flex 的应用程序。

2.3 双层特征

• 设计师通过这些孔进行电镀，从而允许在两层之间进行连接。
• 即使可能没有加劲肋，您也可以使用组件、加劲肋、销钉和连接器。
• 存在两个导电层，层之间夹有绝缘体。设计师可能会覆盖外层或让焊盘保持打开状态。
• 未覆盖的焊盘或访问孔位于两侧 - 通孔可以在两侧都有盖板。
• 适用于固定式和主动式柔性应用。

2.4 多层特征

• 首先，多层 PCB 具有三个或更多柔性导电层。然后，设计师在每一层之间放置一个灵活的绝缘组件。最后，他们可以选择覆盖外层或暴露焊盘。
• 过孔也可以被覆盖或暴露。
• 接触孔或空闲焊盘位于 PCB 的一侧或两侧。
• 可以使用各种材料，例如组件、加强筋、插针和连接器。
• 经常出现在静态 flex 应用程序中。

（在多层 PCB 上特写）

3。刚挠结合板的应用范围

RFP 在电子领域有广泛的应用，有时在控制系统中也有广泛的应用。根据使用的产品，您会发现它的应用；

• 消费电器
• 汽车行业
• 航空航天业
• 控制塔系统
• 闭路电视监控系统
• 工业自动化系统
• 控制面板

（以刚挠结合板在主板上的应用示例）

4。刚柔结合设计指南。

如果在组装/设计 RFP 时没有正确的指导方针，最终产品可能会面临挑战。因此，按照规定的信函说明可以为您节省一大笔钱。

以下是您在设计 PCB 时可以遵循的一些标准指南。

• 首先，准备好材料类型（粘合剂、导体等）、制造方法（是否需要压力和热量）和层数。
• 其次，确保将铜走线放置在 90° 角的刚性和柔性弯曲处。
• 然后，考虑影响柔性电路和刚性电路板的电化学因素。关于这一点，您需要关注弯曲半径与厚度的比率。通常，弯曲半径应至少为柔性材料厚度的十倍。
• 此外，您应该在铜环和相邻过孔之间留出 0.5 毫米的距离。紧密的连接会导致经常弯曲后经常出现的疲劳。同样，过孔应位于板上不动的区域，即它们很少移动的地方。
• 最后，检查产品的运行条件。换句话说，检查环境条件，例如温度变化、冷却、湿度、冲击、不可燃性和振动。

5。刚柔结合 PCB 设计应该选择什么材料？

基材和覆盖膜

优选的类型是编织玻璃纤维 夹在环氧树脂中 .玻璃纤维具有一定的弹性。另一方面，固化环氧树脂使电路板显得坚硬。使用环氧树脂需要运动较少的状态。

聚酰亚胺 是环氧树脂的替代品，因为它提高了柔韧性。此外，您不能轻易撕开这种材料或用手拉伸它。最后，它具有很强的耐热性，从而在温度波动期间保持稳定性。

聚酯 (PET) 通常在设计过程中普遍适用。这种材料的一个缺点是它不能在极端温度下长时间存活。因此，您会发现它在低成本电子产品中的应用。

聚四氟乙烯 (PTFE) 可以代替 PET。您将主要在具有低介电常数的高频产品中使用它。

覆盖层 充当绝缘体并保护外表面免受伤害和不必要的劣化。

（靠近环氧树脂）

导体

碳膜和银基墨水的选择各不相同，但最优选的是铜。铜的选择肯定会与其应用相匹配。例如，层压铜箔（电沉积 ) 适用于简单、灵活的电路部件或重量级铜片，以保持高载流导体。

市场上的另一种导体是轧制退火 (RA) 箔 .它的成本比标准铜高，但拉伸和弹跳质量一流。

粘合剂

粘合剂是为了灵活性。它的功能是将铜箔粘合到聚酰亚胺或其他薄膜上，因为仅靠热量和压力无法形成可靠的连接。使用的材料包括丙烯酸或环氧树脂粘合剂 厚度约为 0.5-1 mil。

您也可以使用有机硅 和热熔胶 在柔性和刚性界面中。

（使用硅胶）

6。软硬结合 PCB 设计软件

您可以在 PCB 设计中使用该软件来动画和独特地定义您的 PCB。以下是您可以快速启动流程的两种已知方法：

集成的 ECAD/MCAD 工具

ECAD/MCAD 实现了电气和机械领域之间的双向协作。这些工具使用逼真的 3D 可视化验证设计，以减少迭代。他们通过检查以下内容来简化设计过程。

Altium 设计器

Altium Designer 的 PCB 是一种分层设计设置，支持大约 32 个信号层和 16 个平面层。无可争辩的是，先进的 Altium Designer 是唯一一款能够为您提供在单一平台中进行刚柔结合 PCB 组装所需工具的 PCB 设计软件。

或者，Altium Designer 包含一个强大的 3D 渲染引擎，可呈现电路板的逼真 3 维表示。该引擎支持刚柔结合电路板，它可以在平面状态下检查电路板。

7。刚柔结合PCB设计的注意事项

不遵守指导方针可能会导致灾难性后果。更重要的是，如果您错过程序中的一个步骤，可能会导致材料、时间和金钱的浪费。

在设计过程之前，您需要牢记一些一般性的预防措施，其中包括：

• 避免在拐角处弯曲。如果您这样做，请确保拐角是弯曲的，而不是尖锐的。
• 不应将元件或过孔放置在弯曲线附近。折弯线通过引起材料应力来影响布线。
• 在柔性电路上承载电源或接地层时，使用阴影多边形来保持灵活性。
• 逐步改变走线的宽度。走线宽度的突然变化可能会导致薄弱环节。
• 将 flex 层保持在至少两个，以获得最大的灵活性和低成本。
• 使用厚度最小且材料类型减少的印刷电路板。较厚的 RFP 会影响组装产品的小型化，从而给制造过程带来不便。
• 线材的排列方式体现了抗折性的要求，以增强抗震性。

8。刚挠结合PCB设计常遇到的问题。

• 灵活的 PCB 弯曲半径和位置

当电路板长时间弯曲时，一些柔性电路部件会比对应的部件承受更大的应力。较小的圆角半径也会导致身体压力。

• 可能存在涉及刚性-柔性 PCB 的机械要求的问题。它与电路板厚度（厚板效率低下）、弯曲形式、弯曲频率以及钻孔直径与板厚度的比率有关。
• 如果未正确放置焊盘和铜迹线之间的空间，可能会出现短路。因此，距离应该能够容纳面罩。
• 在电介质另一侧的类似位置上发现的堆叠迹线由于其位置而受到应力，这可悲地导致它们断裂。它似乎是一个句子片段。考虑将其重写为一个完整的句子。
• 如果设计人员在 PCB 上使用过多的覆盖膜，可能会造成潜在的损坏痕迹。

总结：

总而言之，采取预防措施可以提高 PCB 设计的效率。这样的做法值得称赞，因为它节省了成本，延长了董事会的寿命，并且在整体方面保持了计划的质量。

我们确实希望您从本文中获得了一些基本的刚柔结合知识。如有任何疑问、疑虑或意见，请与我们联系。事实上，我们非常乐意让您参与我们的渐进式学习课程。