使用超薄柔性PCB進行設計

2020-03-16

柔性印刷電路板（PCB）在設計階段與剛性板沒有太大區別，只是設計人員必須考慮與柔性電路相關的機械復雜性。例如，如果柔性PCB在安裝過程中彎曲超過其能力，則會撕裂。因此，在進行電氣設計之前，創建PCB的機械模型并測試其是否合適非常重要。這還將涉及測試安裝的人體工程學，任何未對準以及維修。另外，設計人員必須了解可用的不同類型的柔性電路及其工作方式。

柔性PCB的類型

根據不同的應用，可以使用幾種類型的柔性PCB，其中主要是柔性，剛性-柔性和高密度互連（HDI）柔性。

柔性PCB

這些是常用剛性PCB的柔性版本，具有諸如柔性和抗振性等獨特功能。剛性PCB已經提供了額外的功能以及通常的可靠性，可重復性和高密度。相對于剛性PCB的主要優勢是柔性電路具有假設三維結構的能力。柔性PCB的最常見應用之一是替代線束。

剛柔板

這些PCB是剛性和柔性的結合，提供了兩種結構的優點，同時還增加了一些獨有的功能。例如，典型的剛性-柔性配置將是通過集成柔性電路鏈接的一系列剛性PCB。通過集成添加到柔性零件中的剛性區域，設計人員可以大大提高其電路的設計能力。

剛性區域非常適合作為底盤，連接器和組件的硬安裝點，而柔性區域則提供了動態彎曲，抗振區域和可彎曲配合。這種融合為設計師提供了多種選擇，從而可以為最苛刻的應用提供創意解決方案。

HDI柔性PCB

當典型的柔性電路提供的選項不夠時，高密度互連PCB很有用。HDI柔性電路通過結合微通孔等精細功能，提供了更好的設計，布局和構造選擇。其功能包括增強的功能，更小的外形尺寸和高度密集的柔性電路。

盡管HDI技術使用的是更薄的材料，但它提供了更好的可靠性，改進的電氣性能，并可以使用更高一級IC封裝。

柔性電路的優點

作為帶狀電纜或離散布線的替代品，柔性電路在整個組件中提供定制的可重復布線路徑。柔性電路由于其更高的可靠性而可以減少服務呼叫。

柔性板用聚酰亞胺覆蓋其導體，聚酰亞胺是一種介電層，比簡單的阻焊膜能更好地保護電路。制造商使用其他基礎和覆蓋材料來應對多數環境條件和惡劣環境。

盡管撓性板可能很薄，但它們能夠承受撓性的長工作周期。使用合適的設計材料，它們可以足夠堅固，以承受數百萬次彎曲循環，同時承載功率和信號而不會中斷。

當面對高加速度和/或振動時，柔性電路的低質量和高延展性是一個巨大的優勢。在相同的工作條件下，其自身以及柔性PCB上的焊點所承受的應力和沖擊遠低于剛性PCB上的焊點和組件所面臨的應力和沖擊。

柔性電路的用途

設計人員可以對柔性電路進行整形，以適應無法使用任何其他類型PCB的情況?？梢詫⑷嵝噪娐芬暈槠胀?span>PCB和圓線的混合組合，同時展現出各自的優勢。使用柔性電路，可以保留常規PCB的精度，密度和可重復性，并且仍然可以實現封裝幾何形狀的無限自由。

柔性電路通常用于更換線束。這樣一來，一個撓性電路就可以取代幾個連接器，電纜和硬質板。組裝過程進行得更快，因為它無需對電線進行顏色編碼并將其捆扎成束。批量生產水平提高，而安裝成本降低，并且在組裝和使用中的故障期間出現次品的可能性降低。

用柔性電路代替線束可提高布線的可重復性。它消除了布線過程中的錯誤，從而減少了廢品，返工和測試時間。連接更牢固，因為與相同橫截面積的圓線相比，扁平箔導體可以更好地散熱，并承載更多電流。當設計人員決定在柔性電路中使用更均勻的導體圖案時，可以更好地控制阻抗，串擾和噪聲。

此外，使用柔性電路可以將傳統布線的空間和/或重量減少多達75％。與使用線束相比，柔性電路的重復成本更低。由于柔性電路更能抵抗振動和沖擊，因此與硬質電路板相比，維修和更換成本要低得多。此外，通過在所需區域放置粘合的加勁肋，可以輕松地將表面安裝組件安裝在柔性板上。

剛柔電路的優點

柔性電路提供了優于剛性PCB的優勢，但它們還具有更多的設計注意事項。

在檢查整個設備的總擁有成本時，使用剛性電路是有利的，因為它可以替換較多數量的組件。不僅可以將表面安裝元件安裝在電路板的兩側，而且剛柔電路可以將彈性柔區的功能與堅固的剛性區域集成在一起，從而提供較高的性能和較高的抗振性。由于它在剛性區域和撓性區域之間提供了最平滑的過渡，同時又保留了每個區域的優勢，因此在安裝質量較高的組件時，這種組合是有利選擇。

HDI堆棧

多層PCB初始設計中最重要的方面之一是定義其適當的堆疊。這對于具有多個引腳數BGA的大型，密集的PCB是必不可少的，尤其是當標準層壓板堆疊在成本和性能目標方面不足時。HDI堆棧是大量層的可行替代方案，如果設計合理，則可以提供更低的成本和更高的性能。

對于具有高引腳數BGA的電路板，可以有三種類型的堆疊：帶通孔的標準層壓，帶盲孔和掩埋通孔的順序層壓以及帶微孔的堆疊。其中，HDI板主要使用帶有微孔的結構，因為它具有以下優點：

①通孔和走線的特征尺寸較小，從而導致更高的布線密度和更少的層數。

②可以更有效地使用微通孔圖案，這將打開更多的布線通道，并可能導致更少的層

③這是設計多個間距小于0.8 mm的大型BGA的實用方法。

④為高密度板提供較低的成本。

⑤適當的堆棧定義可改善信號和電源完整性。

⑥必須滿足RoHS標準的工藝所需的適當材料。

⑦可以以較低的成本獲得更新的材料以實現更高的性能，但是這些新材料可能不適用于其他類型的覆膜。

有的PCB制造商已經定義了16層HDI PCB疊層，其總板厚僅為66±7mils。這需要順序堆積（SUB），并具有激光鉆孔的微孔。

成本的影響

盡管柔性電路比剛性PCB貴，但成本通常隨層數而增加。因此，可能必須考慮選擇以最小化成本。例如，與使用一個四層電路相比，兩個雙層電路可能更便宜。

其他因素可能會降低總體成本，有利于柔性電路。例如，折疊柔性電路的能力可以節省空間和層數。根據情況，在項目評估中投入的時間有可能導致大量的總體節省。