剛柔結合 PCB 設計的制造成本可能很高，但它們可以在電子系統(tǒng)組裝過程中從本質上節(jié)省成本。

在電子產(chǎn)品中，直線并不總是兩點之間的最短路徑：由于采用了剛撓結合PCB 架構，電路可以通過 180o 彎曲（以最小高度疊加）折疊到自身上，從而縮小產(chǎn)品尺寸。 

在這篇博文中，我們將重點關注以下幾點：

什么是剛柔結合 PCB？

剛柔結合 PCB 是剛性和柔性技術的結合。在這種類型的 PCB 中，一個或多個柔性電路用于連接剛性 PCB 中的子電路。剛柔結合 PCB 的柔性部分通常是多層電路。填充通孔用于確保這些層之間的互連。

剛柔結合 PCB 如何降低組裝成本？

在您的項目中使用剛柔結合 PCB 可以直接和間接節(jié)省成本。直接的成本節(jié)省主要來自減少的物料清單和庫存。間接成本節(jié)約來自組裝成本的降低和可靠性的提高。

讓我們假設一個產(chǎn)品有 6 個互連的剛性 PCB（電源板、兩個控制板和三個顯示板）。這些板之間的互連需要線束和連接器對。現(xiàn)在，讓我們看看使用剛柔結合 PCB 如何降低直接和間接成本。

直接節(jié)約成本

具有 6 個剛性部分的單個剛柔結合 PCB 可用于替換產(chǎn)品內 6 個剛性 PCB 的整個組件。它還取代了線束并消除了連接器對的需求。這種庫存減少可以直接節(jié)省成本。

間接成本節(jié)約

由于剛柔結合 PCB 中不涉及線束，因此節(jié)省了組裝成本。此外，沒有線束意味著沒有接線錯誤，從而提高了產(chǎn)品的可靠性。這簡化了測試程序，也降低了組裝成本。

剛柔結合 PCB 中使用的材料

剛撓結合 PCB 結合使用剛性和撓性材料。這些材料包括芯材、預浸料、銅箔、柔性層壓板、覆蓋層和粘合層。

柔性部分中使用的PCB 材料可能只有幾微米厚，但可以可靠地蝕刻。這通常使它們在衛(wèi)星和航空航天應用中優(yōu)于剛性 PCB。

要了解有關衛(wèi)星應用中使用的柔性 PCB 的更多信息，請閱讀我們的文章衛(wèi)星應用中的柔性 PCB：比云更輕。

無流動預浸料是剛柔結合制造中最關鍵的部件之一。這種類型的預浸料可防止環(huán)氧樹脂流到 PCB 的柔性部分。

剛柔結合 PCB 中的柔性部分是使用未增強的基板構建的，該基板由包覆有壓延銅的聚酰亞胺介電薄膜組成。壓延銅比剛性PCB中使用的銅箔更柔韌。為此，首先在包層基材上鉆孔，然后選擇性地鍍上孔。一旦孔被電鍍，走線和焊盤被蝕刻。Bondply 用于隔離導電層。Bondply 是一層聚酰亞胺薄膜，兩側涂有粘合劑。該層還使柔性疊層的外表面與延伸到剛性 PCB 部分的色帶絕緣。

與堆疊在一起的剛性材料相比，柔性材料的尺寸穩(wěn)定性較差。孔到銅的間隙必須至少為 10 密耳。過孔必須放置在距離剛性區(qū)域邊緣至少 50 密耳的位置。

向您的制造商尋求指導，以制定您的PCB 疊層和PCB 設計規(guī)則。柔性/剛性預浸料之間 CTE（熱膨脹系數(shù)）的變化需要仔細平衡厚度，尤其是對于柔性設計中的阻抗控制。

如何最小化剛柔結合 PCB 設計成本？

保持盡可能低的層數(shù)

盡量減少層數(shù)可以減少制造 PCB 所需的預浸料數(shù)量。同時，較少的層數(shù)簡化了 PCB 制造過程，從而降低了整體制造成本。

使用剛性板層壓板達到整體厚度

為了達到特定的總厚度，始終建議使用剛性層壓板，而不是使用額外的不流動預浸料。與無流動預浸料相比，剛性層壓板的成本較低。

確保剛柔結合 PCB 中的柔性臂在剛性部分結束

如果柔性 PCB 設計人員希望柔性 PCB 的一個或多個柔性臂以柔性電纜結束，則他們需要額外的機械支撐。這是因為這些柔性連接不具備所需的厚度或剛度。這會導致在制造過程中保護這些柔性層的成本。因此，讓所有柔性臂都以剛性部分結束將降低剛柔結合 PCB 設計的總體成本。

剛撓結合 PCB 中撓性部分的設計優(yōu)勢

剛柔結合 PCB 的柔性部分釋放了許多物理設計優(yōu)勢，它們包括：

• 360 度彎曲。這是將柔性電路用于醫(yī)療設備和可穿戴設備的主要原因之一。

• 在惡劣環(huán)境中具有出色的抗振動和其他干擾能力。

• 支持緊湊、輕便的設計；產(chǎn)品重量可以大大減輕。

• 體積小巧、靈活的電纜，比典型的電線占用更少的空間。

• 在沒有任何相關破損的情況下扭曲或扭曲的能力。

要了解有關 Flex PCB 應用的更多信息，請閱讀我們的文章為什么 Flex PCB 用于醫(yī)療設備和可穿戴設備？

在電子產(chǎn)品制造方面，剛撓結合 PCB 同樣具有優(yōu)勢。

• 與許多其他 PCB 相比，它們允許更好的氣流和散熱。 

• 組裝成本遠低于傳統(tǒng)線束。

• 對裝配錯誤的整體敏感性降低，因為制造過程是簡化和標準化的，沒有構建許多這些線束所需的有問題的手動輸入。

• 簡化了測試程序。剛柔結合 PCB 在組件組裝之前消除連接問題的能力，可防止不必要的浪費和費用。

剛柔結合 PCB 中的 Flex 走線布線 

柔性區(qū)域中的走線應該是彎曲的，而不是成角度的，以增加剝離強度。此建議與剛性板的布線實踐相反。為了增加色帶的靈活性，平面應該是交叉影線；然而，交叉影線使阻抗控制復雜化。同樣，需要仔細平衡。不同層上的走線應垂直交錯，而不是相互重疊，以增加色帶的靈活性。

要了解有關柔性設計注意事項的更多信息，請閱讀我們的文章避免常見的柔性 PCB 錯誤和成功設計。

環(huán)形圈在僅彎曲區(qū)域應盡可能大以降低剝離的風險，出于同樣的原因，從環(huán)形圈到跡線的過渡應為淚珠狀。添加標簽或錨點也有助于防止剝落。

柔性過孔中的標簽或錨點

軌跡應始終垂直于將要彎曲的柔性區(qū)域中的折疊。如果軟帶具有尖銳的內角，則應添加止裂裝置。在布局過程中，可以在這些拐角的彎頭處加入銅以進行加固，或者可以為內側拐角半徑指定聚酰亞胺加強筋。當覆蓋層粘合時，加強筋可以被層壓，這是防止撕裂的首選方法。最好的策略是避免在 flex 設計中使用尖角。

垂直于彎曲區(qū)域的 Flex 跡線

剛柔結合設計的一個非常基本的檢查清單包括以下布線注意事項：

• 彎曲軌跡應垂直交錯，如下所示。

交錯的柔性 PCB 走線

• 走線應該是彎曲的。應避免沿走線的鋒利邊緣。

剛柔結合 PCB 上的彎曲走線

對于剛柔結合設計，孔到撓曲距離很重要。那就是過孔和剛柔結合過渡區(qū)之間的距離。對于高可靠性應用，避免低于 50 密耳。請記住在剛柔結合設計中最容易打破的規(guī)則：大多數(shù)制造商不允許小于 30 密耳用于商業(yè)應用。

剛撓結合 PCB 中的孔到撓曲距離

• 保持柔性層的數(shù)量盡可能少。

• Sierra 建議在設計剛柔結合板時將柔性層置于剛性層中。層數(shù)應始終為偶數(shù)。

• 鉆到銅應該是 10 密耳。鉆到銅對剛柔結合非常重要。

下面顯示了一個示例 4 層剛柔結合疊層。

示例 4 層剛柔結合疊層

請記住，剛柔結合 PCB 設計的制造成本可能很高，但它們可以在系統(tǒng)組裝過程中節(jié)省成本。在規(guī)劃階段，您越早咨詢 PCB 制造商，您的 PCB 就越好。PCB 制造商及時參與設計過程，使制造商能夠生產(chǎn)針對您的最終產(chǎn)品優(yōu)化的 PCB。在您的設計中使用剛柔結合 PCB 將顯著降低組裝成本。Sierra Circuits 的柔性印刷電路板服務包括柔性原型、高科技快速轉動剛柔結合 PCB 和用于柔性的 HDI。我們提供單層、雙層、剛柔結合、多層和 HDI 柔性 PCB。