本文將討論什么是剛?cè)峤Y(jié)合 PCB、使用它們的優(yōu)勢(shì)以及使用它們進(jìn)行應(yīng)用設(shè)計(jì)的規(guī)則.

在電子產(chǎn)品中，我們有時(shí)會(huì)遇到看似古老的新技術(shù)。剛?cè)峤Y(jié)合 PCB 技術(shù)可以追溯到大約 50 年前，當(dāng)時(shí)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)（重量略高于25磅?。┦褂昧藙?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 的一些應(yīng)用。

什么是軟硬結(jié)合板？

使用剛?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?cè)峤Y(jié)合 PCB 跨越了傳統(tǒng)剛性 PCB 的界限和柔性電路的獨(dú)特性能，這些柔性電路使用高延展性電沉積或軋制退火銅導(dǎo)體光蝕刻到柔性絕緣膜上.

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

剛?cè)峤Y(jié)合 PCB 在制造后仍在面板中

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)在各部分之間不使用連接器或連接電纜。取而代之的是，柔性電路將系統(tǒng)電氣連接在一起。

缺少連接器和連接電纜可以完成以下幾件事：

• 提高電路無損耗傳輸信號(hào)的能力

• 適應(yīng)受控阻抗

• 消除連接問題，如冷接頭

• 減輕重量

• 為其他組件騰出空間

每個(gè)剛?cè)峤Y(jié)合 PCB 都分為不同的材料和不同的層數(shù)的區(qū)域。剛性區(qū)域可能比柔性區(qū)域具有更多的層，并且材料在過渡區(qū)域從 FR-4 轉(zhuǎn)變?yōu)榫埘啺贰?/span>

復(fù)雜的設(shè)計(jì)通常會(huì)多次從剛性過渡到柔性，然后再回到剛性。當(dāng)這些交叉點(diǎn)發(fā)生時(shí)，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)包括不銹鋼或鋁制加強(qiáng)筋，可為連接器和組件提供額外的支撐。1

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)抵消了多功能性和靈活性，使您能夠構(gòu)建三維設(shè)計(jì)和產(chǎn)品。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中物理更堅(jiān)固的剛性部分。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。

不同的挑戰(zhàn)抵消了多功能性和靈活性，使您能夠構(gòu)建三維設(shè)計(jì)和產(chǎn)品。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中物理更堅(jiān)固的剛性部分。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。 

新的產(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。將這種自由度與多層軟硬結(jié)合設(shè)計(jì)方法相結(jié)合，使您和您的團(tuán)隊(duì)能夠在設(shè)計(jì)中構(gòu)建更多電路。然而，獲得這種自由在布線和孔洞方面增加了一些挑戰(zhàn)。

軟硬結(jié)合板PCB

柔性電路總是有影響布線的彎曲線。由于可能存在材料應(yīng)力，因此不能將元件或通孔放置在折彎線附近。

演示剛?cè)峤Y(jié)合 PCB 折彎線基本概念的渲染圖

即使元件位置正確，彎曲柔性電路也會(huì)在表面貼裝焊盤和通孔上施加重復(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用額外的覆蓋層來支撐墊支撐來固定墊來減少這些應(yīng)力。

即使元件位置正確，彎曲柔性電路也會(huì)在表面貼裝焊盤和通孔上施加重復(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用額外的覆蓋層來支撐墊支撐來固定墊來減少這些應(yīng)力。2

在設(shè)計(jì)走線布線時(shí)，請(qǐng)遵循減少電路應(yīng)力的做法。使用陰影多邊形在柔性電路上承載電源或接地平面時(shí)保持靈活性。您應(yīng)該使用彎曲的跡線而不是 90° 或 45° 角，并使用淚滴圖案來更改跡線寬度。

用于跡線到跡線連接的淚滴圖案。

這些做法可以減少壓力點(diǎn)和弱點(diǎn)。另一種最佳實(shí)踐是通過錯(cuò)開雙面柔性電路的頂部和底部走線來在走線上分布應(yīng)力。偏移走線可防止走線在同一方向上相互疊加，并加強(qiáng)PCB。

還應(yīng)垂直于折彎線的走線以減少應(yīng)力。當(dāng)從剛性介質(zhì)移動(dòng)到柔性介質(zhì)再回到剛性介質(zhì)時(shí)，從一種介質(zhì)到另一種介質(zhì)的層數(shù)可能會(huì)有所不同。您可以使用走線布線，通過偏移相鄰層的布線來增加柔性電路的剛度。

機(jī)電因素影響設(shè)計(jì)

在設(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)注折彎半徑與厚度的比率。對(duì)于柔性電路，彎曲處的緊密彎曲或彎曲區(qū)域的厚度增加會(huì)增加故障的機(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。

在設(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)注折彎半徑與厚度的比率。對(duì)于柔性電路，彎曲處的緊密彎曲或彎曲區(qū)域的厚度增加會(huì)增加故障的機(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)該避免沿其外彎拉伸柔性電路或沿內(nèi)彎壓縮它。將彎曲角度增加到 90° 以上會(huì)增加柔性電路上一個(gè)點(diǎn)的拉伸和另一個(gè)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)體上的鍍層量和僅使用焊盤鍍層來減少厚度和機(jī)械應(yīng)力。使用厚銅、鍍金或鍍鎳會(huì)降低彎曲處的柔韌性，并導(dǎo)致機(jī)械應(yīng)力和斷裂發(fā)生。

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)則以及仿真柔性電路的操作。即使有了這些工具，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，并貫穿整個(gè)設(shè)計(jì)過程，并取決于持續(xù)的溝通。