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刚柔结合印刷电路板(PCB)设计

  • 具有多层刚柔PCB设计项目经验
  • 10年柔性PCB设计经验
  • 全系列软硬结合PCB材料选择
  • 7/24 现场销售和技术支持

全面解析软硬结合印刷电路板(PCB)设计指南


今天的指南涵盖了从基础到先进的软硬结合印刷电路板设计技术。从基本定义、分类、优点、材料类型、工作原理、设计软件到制造过程。


刚性柔性印刷电路板


什么是软硬结合 PCB?


软硬结合印刷电路板是在应用中结合使用刚性和柔性技术的电路板。大多数软硬结合板都有“多层柔性电路基板”连接到刚性板上。根据应用设计,附件位于板的外部或内部。您也可以将其描述为在“柔性绝缘薄膜”上具有电路印刷的导体图案。软硬结合的名称是刚性电路和柔性电路的组合。刚性和柔性电路的混合是利用刚性和柔性电路的优点的结果。刚性部分将承载电路上需要的所有组件的大部分或部分。柔性部分将充当一个刚性部分和另一个刚性部分之间的互连。这是太空计划的最初想法,因为他们希望节省空间和重量。由于它们节省的空间和重量,您最有可能在许多连接中找到它们。它在您可以快速打包的平板电脑和手机等设备中很常见。它还消除了在此类设备上布线的需要,使它们尽可能简单。这些电路是绝缘板外部的一层薄薄导体的结果,称为基板。表面有不同的组件,由士兵连接到基板。


软硬结合印刷电路板电路的类型


Rigid Flex PCB 设计有不同的类别,您可以根据应用进行选择。您应该注意根据应用选择正确的软硬结合 PCB 设计类型。继续阅读并了解可供您选择的不同类型的软硬结合 PCB 设计。


柔性线路板


制作电路板时使用的基板是柔性塑料。它使板子对刚性形式无能为力。它赋予它灵活性,使其能够在不破坏 (PCB) 印刷电路板的情况下移动。与刚性 PCB 相比,它们在创建方面成本高昂,但更具优势。它们可以帮助修复卫星等先进技术和设备中笨重的布线。这些类型的技术不需要沉重的材料和宽阔的空间。您可以找到以下形式的柔性印刷电路板:单面柔性印刷电路板。双面柔性印刷电路板,多层柔性印刷电路板,单面弯曲,这种类型的软硬结合 PCB 在电路板的一侧具有带铜材料的导电层。它们对于动态应用程序或任何需要非常灵活的设备都是必不可少的。它们的优势包括购置成本低和易于组装。


相机中的柔性PCB


单面柔性PCB


组装这种软硬结合 PCB 时,您只需要一种工具。它使复制电路板的许多副本变得容易。它是更换线束的完美解决方案。


单面柔性 PCB


双面弯曲


它是单面PCB的延伸,其中铜导体位于印刷电路板的两侧。


双面柔性PCB


它具有通过通孔或电镀通孔相互连接的铜绝缘体。通孔负责在两层之间创建有源电路。它是最常见的设计之一,因为它易于制造。它们也很轻,您可以快速复制它们。


双面柔性PCB


多层弹性


仅从名称中,您就会意识到该板具有不止一个双铜导体。您可以在电路的典型连接上找到多达 10 个导电层。


多层柔性


层之间的关系也是过孔或板通孔的结果。它们对于需要高密度连接器 PCB 和导线穿过微小区域的应用至关重要。PTH 使焊接变得更容易,并为焊点创造了更多空间。


多层柔性PCB


软硬结合PCB


这种类型将刚性和柔性印刷电路板放在一个位置。柔性部分与刚性部分成一体,PCB组装与板通孔对齐。


软硬结合PCB设计


它创建了更小的互连区域,从而减少了 PCB 在应用过程中出现故障的可能性。柔性连接还可以防止坚固或刚性部分扭曲和断裂。您可以在计算机主板上找到它们正在使用中。


软硬结合印刷电路板电路的好处


使用软硬结合印制板电路的优点不仅在于节省设备的空间和重量。该技术的其他好处包括:它通过应用 3D 最大限度地减少空间需求,它消除了在刚性部件之间使用电缆和连接器的需要。它将有助于减小电路板的尺寸,从而减轻整个系统的重量,致力于最大化空间将减少您将在任何应用程序中使用的部件数量,减少焊点数量确保您可以依赖连接性,它很简单,与柔性板相比,在组装过程中处理它的工作也很简单,它还简化了印制板电路组装的过程。


测试条件简单,连接电路前可先做测试,当您使用软硬印刷电路板电路时,组装和物流成本也会降低,您可以增加机械设计的复杂性并提高外壳解决方案的程度和自由度。


刚性柔性电路板材料


制造商在制造刚性柔性电路板时使用了许多材料。柔性电路是用铜堆叠“柔性基板材料”的结果。制造商使用粘合剂在加热和压力下将材料层压在一起。选择用于制造软硬性 PCB 的材料至关重要,因为它决定了耐用性和强度。您应该在分析后选择要使用的底物:


刚性柔性印刷电路板 2


这些部件应该很容易装配在一起,但您仍然应该按照说明将部件粘在一起。多层 PCB 是现代规范,制造商可以堆叠超过 30 层。层堆叠在世界各地的许多应用中都非常重要。您应该准备好体验电路板策略的转变。继续阅读并找出您会在软硬结合 PCB 设计中找到的材料类型。


柔性材料


这是一项技术,您将通过将电子设备放置在柔性塑料基板上来组装电子电路。您会遇到的柔性塑料基材包括可以导电的 PEEK、聚酰亚胺或透明聚酯。此外,您还可以在聚酯上丝网印刷银色柔性电路。聚酯 (PET) 很容易获得 25 – 125 微米的尺寸,并且由于柔韧性和导电性而成为首选材料。它还具有防潮和耐化学性能,因此是工业环境的优良材料。使用柔性材料的优点是:它提供了替代刚性连接器和电路板的潜力。单面电路适用于高柔性或动态柔性应用。它还允许以不同的配置堆叠。使用柔性材料的缺点是:如果用刚性材料代替它们,将增加成本。在使用和搬运过程中损坏的风险非常高,您必须格外小心。组装过程变得复杂,返工或修理材料很复杂,在许多情况下是不可能的面板使用不当会增加成本。


柔性材料


刚性材料


制造商在制造软硬结合电路板的刚性部分时使用了许多材料。材料因应用而异。您将在仔细分析应用程序后对材料进行选择。除了应用之外,您在选择刚性材料时还会考虑其他因素。这些因素是:可靠性要求,保质期或应用期限,制造方法。


刚性材料


制造商使用的最常见的刚性材料是:


基材- 它涉及使用编织玻璃纤维,该玻璃纤维使用大量环氧树脂使其更好。然而,它并不可靠,因为它不能抵抗频繁的冲击、持续的运动和振动。这就是制造商转向使用聚酰亚胺的原因。


聚酰亚胺——制造商使用它是因为它具有韧性、多功能性以及对持续振动和运动的抵抗力。它还具有耐热性,使其成为非常热环境中的最佳材料。


聚酰亚胺材料.png


制造商通常更喜欢使用的基材是聚酰亚胺,它是一种灵活且坚固的热固性材料。您可以在设备的制造过程中使用许多聚酰亚胺示例。它们包括 Kapton、Apical、UPILEX、Norton TH、VTEC PI 和 Kaptrex。


导体材料


制造商在组装软硬性 PCB 时更喜欢使用的导体材料是铜。


导体材料-铜箔


由于以下优点,它是许多制造商首选的导体材料:它很容易获得,可加工性高,它可以导电,有两种形式的铜箔可用于制作电路应用。这些包括电解铜和压延铜箔。这些表格有多种厚度、尺寸和重量可供您选择。在板上组装之前,您将对铜进行表面处理。您将涂上一层薄薄的锌以增加铜箔的寿命或保质期。箔经过化学处理以:减少粘结剂的退化,增加粘合剂的附着力,增强结合力,保护电路板免受氧化,粘合剂类型,制造商使用粘合剂来增加和延长软硬结合 PCB 的使用寿命。它们是导体材料和基板之间的主要连接器。决定将用于粘合导体和基板的粘合剂类型至关重要。市场上有许多粘合剂可供制造商选择。请记住,您将根据应用选择粘合剂。


您可以使用的最常见的粘合剂包括:


聚酰亚胺粘合剂 - 由于其耐温性高达 500 摄氏度,因此非常好。聚酯粘合剂 - 价格便宜且粘合强度低。由于其导热率低,制造商选择改性聚酯粘合剂。改性型具有优异的耐热性,在复杂板的组装中具有优异的通用性。丙烯酸粘合剂——它具有出色的热稳定性、耐化学腐蚀性、易于应用、价格便宜且易于获得。环氧树脂——由于耐热、耐化学性和耐溶剂性,在软硬结合设计的组装中很常见。它们非常柔韧并具有出色的粘合稳定性,并且在添加聚酯时非常稳定。保护涂层——您将使用它来保护软硬结合 PCB 的表面。它将有助于抵抗油、化学品、灰尘、碳氢化合物溶液和不同的碳氢化合物溶液。您将在了解用于组装软硬结合板的材料种类后选择保护材料。您可能会找到保护涂层,例如覆盖层和覆盖层。


绝缘子


制造商用于制造基板的材料也可用作绝缘体的材料。它们在传导电流的部件之间提供出色的电绝缘。制造商用于制造绝缘体的材料是陶瓷、聚四氟乙烯和特殊聚合物。最常见的兼作绝缘体的基材是 FR-4。FR-4 是一种易于获得且价格合理的玻璃纤维环氧树脂层压板。它是一种优良的导电绝缘体,比玻璃纤维更能抵抗火焰。刚性柔性 PCB 的工作原理Rigid Flex PCB 的工作原理相同,但应用不同。在许多应用中,它们充当连接器,允许电流从一个点流向另一个点。它使它非常适合在许多应用程序中使用,因为您将在短时间内学习。您会发现它在计算机主板和键盘上用于帮助传输信息。 


刚性柔性印刷电路板


在他们的情况下,它们充当连接器,将信息从计算机的一个部分传输到另一个部分。在键盘中,它们通过启用开关矩阵来工作,这样当您键入时,所有内容都会正确转换和转换。带刚性柔性 PCB 的笔记本电脑键盘,在 LCD 应用或制造中,玻璃将充当其上具有柔性连接的基板。它们与其他发射器一起工作以生产液晶显示器。在这种情况下,它们增强了可靠性并最大限度地提高了设备的适应性。它们也可以直接作为互连电路、电容器和电阻器传递,也可以通过使用其他连接器来辅助传递。通过这种方式,它们完成了电路并使其与数据和电流的传输相关。由于电导率非常高,它们还使信号传输成为可能。


软硬结合 PCB 设计注意事项


当您想要设计软硬结合 PCB 时,您需要考虑某些事项。这些考虑因素将使软硬结合 PCB 能够顺利运行并避免出现故障。


刚性柔性PCB设计


许多设计师已经经历了许多期望他们降低成本和提高效率的要求。这就是为什么他们中的许多人经常转向 3D 刚性柔性电路以满足不断增长的需求的原因。它需要制造商和设计师之间非常密切的合作和监督,以便他们能够努力消除错误。继续阅读并了解有关您将考虑的事项的更多信息。流行的软硬结合 PCB 设计软件,设计软硬结合 PCB 需要您拥有特定的软件来指导您做出正确的事情。从长远来看,它还将使设计工作变得非常简单,并为您节省时间和金钱。您可以使用近 46 种软件来设计软硬结合 PCB。


刚性柔性PCB设计


一些可供您选择的软件包括:这是您在设计 PCB 时可以使用的可靠工具,它具有一些最佳功能。主要功能包括包含超过 500,000 个零件的组件库、免费 Gerber 文件和集成原理图。除此之外,他们还有一个零件清单以及 CSV 格式的报告和一个检查所选项目之间错误的设计规则。


多板


它提供了快速的 PCB 原型和上面的几个应用程序。它还与 multisim 和完整的电路原理图无缝集成。这是非常昂贵和耗时的,他们想出了更好的解决方案来解决这个问题。您可以使用 3D 动画或创建纸模型或聚酯薄膜模型。在设计中,您需要注意一些提示,它们包括:


设计成本


与您的制造商一起工作将确保您以低成本获得完美的设备,因为它具有优势。


PCB设计成本.png


板形


在进行设计时,考虑一种能够在其上包含更多电路的形状。它将有助于节省空间和设计成本。在查看设计时考虑弯曲半径并提出灵活的零件。Tracerouting – 避免使用尖角和曲线来减少设备上的应力。穿过孔和过孔的路径——尽量避免在弯曲区域使用过孔,尤其是在为动态应用设计时。您必须查看的其他技巧包括覆盖层、平面、交错长度、服务环路和铜保护。您还应该查看镶板、抗撕裂性、布线和静态弯曲比。


组装软硬性PCB和挠性PCB有什么区别?


与生产刚性柔性 PCB 相比,柔性 PCB 的生产非常简单。软硬结合 PCB需要重复层压,工厂需要刚性PCB生产机器。它还需要生产柔性 PCB 的机制,这使得质量控制变得困难。通过使用化学品清洁生产面板,准备好您需要的所有材料。放置“电路形成光刻胶膜”并确保膜有适当的附着力。为防止对细芯造成任何损坏,请小心使用搬运设备。第二步是通过对涂层面板进行光刻胶曝光电路图案。涂层面板通常具有覆盖它们的电路图图案。在此过程中,机器上的紫外线灯会将电路图案转移到薄膜上。蚀刻工艺是使用专用设备在薄芯上蚀刻电路图案时完成的。您可以根据您正在制作的设计类型蚀刻薄膜的两面。然后,您将把它带到钻孔机上以制作电路孔。您可以使用激光系统制作非常小的导体孔。您将使用镀铜薄膜,用正确的铜元素填充孔。这将是使设备导电的起点。


下一步是将其通过覆盖层应用程序,以在层压之前将它们对齐并粘贴到正确的位置。之后,接下来就是在足够的压力和热量下使用覆盖层技术进行层压。它将确保层压和粘合正确,并且将来不会造成故障。下一步是在相同条件下将其放回层压之前应用加强筋。您将对设备进行电气测试,以确保其正确传导电流。它还将有助于过程的隔离和连续性。


中央处理器,最后一步将是最终制造,其中使用精密阴/阳染料组对各个零件进行模切。您可以使用其他方法,例如激光切割、钢尺染料、机械铣削和使用化学铣削模具。软硬结合板的主要应用,全球软硬结合PCB制造商的现状,制造商处于必须不时更新软件以跟上潮流的境地。它还将涉及不时更新机器,这通常非常昂贵。有一种新兴趋势要求他们引入或集成物联网以触发对柔性 PCB 的需求。当您查看设备的可靠性和适应性时,您将在表单中使用软硬结合 PCB。当翘曲和弯曲不可避免时,它会派上用场。该技术已经取得了长足的进步,并且它们被用于更紧凑的限制情况。最近,对不同设备上的应用程序的需求也在增加。对它的期望是巨大的,而且很快就会进一步增长。它们几乎存在于所有细分市场,包括医学、军事、信息、航空、仪器仪表、汽车、工业传感器和控制。


软硬结合PCB设计.png


软硬结合 PCB 常见问题解答


1) 您是否允许客户为其软硬结合 PCB 可能需要的设计做出贡献?


作为客户,您可以自由致电并要求定制软硬结合 PCB。客户的意见很重要,我们接受他们,因为他们也改进了发展模式。


工程师团队随时可以指导您完成您所要求的设计。


2)您是否允许我从不同设备的可用选项中进行选择以用于组装我的 PCB?


有很多选择,尤其是在您可以选择的设备上。当您要求定制软硬结合 PCB 时,您还可以选择套件进行组装。


3)我看到PLCC插件有很多连接,我可以知道它的功能吗?


您会在不同的软硬结合 PCB 设计中遇到各种各样的 PLCC 插头。它们用作 PLCC 生产插座和柔性 PCB 之间的连接链路。


4) FR-4 Semiflex 可以双向弯曲吗?


设计规则规定,FR4 Semiflex 可以在内部铣削区域。


5)聚酰亚胺和LCP有什么区别?


与聚酰亚胺相比,LCP 或液晶聚合物具有低吸湿性和更好的尺寸稳定性。它不如聚酰亚胺可靠,成本高。


6) 你有软硬结合的 UL 清单吗?


有四个 UL 列表可用,包括易燃性、完全识别、DSR 和 CTI。


7) FR4 Semiflex 的价格是多少?


FR4 Semiflex 的成本将根据它为您提供的价值而有所不同。使用它的成本会给你带来比较优势,所以是公平的。


8)当我想设计软硬结合时,我可以使用哪些软件?


您可以将 EDA 软件用于从简单的鹰到复杂的 Mentor 的设计。


9) 我可以使用的最大铜厚度是多少?


您打算使用的铜的标称厚度不应超过 70 微米。


10)软硬结合使用千兆信号可以吗?


使用千兆信号是可以的,因为许多 USB3 都使用它。您必须就一个经过良好调谐且定义明确的阻抗的设计达成一致。


11)你对内弯还是外弯有什么建议?


向外弯曲更好,因为它比向内弯曲更便宜。在里面放更多的层会更贵。


12) 我可以加热来帮助我弯曲 Semiflex 吗?


这是可能的,但不符合建议,因为它可能导致脆化和老化。您可以增加堆叠次数并使用弯曲辅助装置。


13) FR4 Semiflex 用塑料包覆成型时的热阻是多少?


热阻不变,与初始材料相同。


14) 你能得到的最小板通孔尺寸是多少?


“0.006 用于 0.062 完成厚度的零件或 10:1 的比率。”


15) 层间存在最小的电介质吗?


可用的最小的如下:


1 盎司铜包层 = 0.004-0.005 毫微米


2oz 铜包层 = 0.004 毫微米


我们有什么叫混合 PCB 的东西吗?


是的,混合 PCB 主要用于射频和宽带行业。


16)什么是FPC?


FPC 代表柔性印刷电路,是用于电子设备信号传输的互连。


17) 在制作软硬结合 PCB 时,您更喜欢使用哪种文件指南?


我们使用在所有制造过程中使用的 Gerber 文件。


结论


如您所见,如果您拥有合适的工具和配件,软硬结合 PCB 设计可以是一个简单的过程。此外,软硬结合PCB在现代电气和电子系统中发挥着重要作用。重要的是,您需要选择可靠的软硬结合 PCB 制造商来帮助您实施项目。





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