使用(yòng)超薄柔性PCB进行设计

2020-03-16

柔性印刷電(diàn)路板（PCB）在设计阶段与刚性板没有(yǒu)太大區(qū)别，只是设计人员必须考虑与柔性電(diàn)路相关的机械复杂性。例如，如果柔性PCB在安装过程中弯曲超过其能(néng)力，则会撕裂。因此，在进行電(diàn)气设计之前，创建PCB的机械模型并测试其是否合适非常重要。这还将涉及测试安装的人體(tǐ)工程學(xué)，任何未对准以及维修。另外，设计人员必须了解可(kě)用(yòng)的不同类型的柔性電(diàn)路及其工作方式。

柔性PCB的类型

根据不同的应用(yòng)，可(kě)以使用(yòng)几种类型的柔性PCB，其中主要是柔性，刚性-柔性和高密度互连（HDI）柔性。

柔性PCB

这些是常用(yòng)刚性PCB的柔性版本，具有(yǒu)诸如柔性和抗振性等独特功能(néng)。刚性PCB已经提供了额外的功能(néng)以及通常的可(kě)靠性，可(kě)重复性和高密度。相对于刚性PCB的主要优势是柔性電(diàn)路具有(yǒu)假设三维结构的能(néng)力。柔性PCB的最常见应用(yòng)之一是替代線(xiàn)束。

刚柔板

这些PCB是刚性和柔性的结合，提供了两种结构的优点，同时还增加了一些独有(yǒu)的功能(néng)。例如，典型的刚性-柔性配置将是通过集成柔性電(diàn)路链接的一系列刚性PCB。通过集成添加到柔性零件中的刚性區(qū)域，设计人员可(kě)以大大提高其電(diàn)路的设计能(néng)力。

刚性區(qū)域非常适合作為(wèi)底盘，连接器和组件的硬安装点，而柔性區(qū)域则提供了动态弯曲，抗振區(qū)域和可(kě)弯曲配合。这种融合為(wèi)设计师提供了多(duō)种选择，从而可(kě)以為(wèi)最苛刻的应用(yòng)提供创意解决方案。

HDI柔性PCB

当典型的柔性電(diàn)路提供的选项不够时，高密度互连PCB很(hěn)有(yǒu)用(yòng)。HDI柔性電(diàn)路通过结合微通孔等精细功能(néng)，提供了更好的设计，布局和构造选择。其功能(néng)包括增强的功能(néng)，更小(xiǎo)的外形尺寸和高度密集的柔性電(diàn)路。

尽管HDI技术使用(yòng)的是更薄的材料，但它提供了更好的可(kě)靠性，改进的電(diàn)气性能(néng)，并可(kě)以使用(yòng)更高一级IC封装。

柔性電(diàn)路的优点

作為(wèi)带状電(diàn)缆或离散布線(xiàn)的替代品，柔性電(diàn)路在整个组件中提供定制的可(kě)重复布線(xiàn)路径。柔性電(diàn)路由于其更高的可(kě)靠性而可(kě)以减少服務(wù)呼叫。

柔性板用(yòng)聚酰亚胺覆盖其导體(tǐ)，聚酰亚胺是一种介電(diàn)层，比简单的阻焊膜能(néng)更好地保护電(diàn)路。制造商(shāng)使用(yòng)其他(tā)基础和覆盖材料来应对多(duō)数环境条件和恶劣环境。

尽管挠性板可(kě)能(néng)很(hěn)薄，但它们能(néng)够承受挠性的長(cháng)工作周期。使用(yòng)合适的设计材料，它们可(kě)以足够坚固，以承受数百万次弯曲循环，同时承载功率和信号而不会中断。

当面对高加速度和/或振动时，柔性電(diàn)路的低质量和高延展性是一个巨大的优势。在相同的工作条件下，其自身以及柔性PCB上的焊点所承受的应力和冲击遠(yuǎn)低于刚性PCB上的焊点和组件所面临的应力和冲击。

柔性電(diàn)路的用(yòng)途

设计人员可(kě)以对柔性電(diàn)路进行整形，以适应无法使用(yòng)任何其他(tā)类型PCB的情况。可(kě)以将柔性電(diàn)路视為(wèi)普通PCB和圆線(xiàn)的混合组合，同时展现出各自的优势。使用(yòng)柔性電(diàn)路，可(kě)以保留常规PCB的精度，密度和可(kě)重复性，并且仍然可(kě)以实现封装几何形状的无限自由。

柔性電(diàn)路通常用(yòng)于更换線(xiàn)束。这样一来，一个挠性電(diàn)路就可(kě)以取代几个连接器，電(diàn)缆和硬质板。组装过程进行得更快，因為(wèi)它无需对電(diàn)線(xiàn)进行颜色编码并将其捆扎成束。批量生产水平提高，而安装成本降低，并且在组装和使用(yòng)中的故障期间出现次品的可(kě)能(néng)性降低。

用(yòng)柔性電(diàn)路代替線(xiàn)束可(kě)提高布線(xiàn)的可(kě)重复性。它消除了布線(xiàn)过程中的错误，从而减少了废品，返工和测试时间。连接更牢固，因為(wèi)与相同横截面积的圆線(xiàn)相比，扁平箔导體(tǐ)可(kě)以更好地散热，并承载更多(duō)電(diàn)流。当设计人员决定在柔性電(diàn)路中使用(yòng)更均匀的导體(tǐ)图案时，可(kě)以更好地控制阻抗，串扰和噪声。

此外，使用(yòng)柔性電(diàn)路可(kě)以将传统布線(xiàn)的空间和/或重量减少多(duō)达75％。与使用(yòng)線(xiàn)束相比，柔性電(diàn)路的重复成本更低。由于柔性電(diàn)路更能(néng)抵抗振动和冲击，因此与硬质電(diàn)路板相比，维修和更换成本要低得多(duō)。此外，通过在所需區(qū)域放置粘合的加劲肋，可(kě)以轻松地将表面安装组件安装在柔性板上。

刚柔電(diàn)路的优点

柔性電(diàn)路提供了优于刚性PCB的优势，但它们还具有(yǒu)更多(duō)的设计注意事项。

在检查整个设备的总拥有(yǒu)成本时，使用(yòng)刚性電(diàn)路是有(yǒu)利的，因為(wèi)它可(kě)以替换较多(duō)数量的组件。不仅可(kě)以将表面安装元件安装在電(diàn)路板的两侧，而且刚柔電(diàn)路可(kě)以将弹性柔區(qū)的功能(néng)与坚固的刚性區(qū)域集成在一起，从而提供较高的性能(néng)和较高的抗振性。由于它在刚性區(qū)域和挠性區(qū)域之间提供了最平滑的过渡，同时又(yòu)保留了每个區(qū)域的优势，因此在安装质量较高的组件时，这种组合是有(yǒu)利选择。

HDI堆栈

多(duō)层PCB初始设计中最重要的方面之一是定义其适当的堆叠。这对于具有(yǒu)多(duō)个引脚数BGA的大型，密集的PCB是必不可(kě)少的，尤其是当标准层压板堆叠在成本和性能(néng)目标方面不足时。HDI堆栈是大量层的可(kě)行替代方案，如果设计合理(lǐ)，则可(kě)以提供更低的成本和更高的性能(néng)。

对于具有(yǒu)高引脚数BGA的電(diàn)路板，可(kě)以有(yǒu)三种类型的堆叠：带通孔的标准层压，带盲孔和掩埋通孔的顺序层压以及带微孔的堆叠。其中，HDI板主要使用(yòng)带有(yǒu)微孔的结构，因為(wèi)它具有(yǒu)以下优点：

①通孔和走線(xiàn)的特征尺寸较小(xiǎo)，从而导致更高的布線(xiàn)密度和更少的层数。

②可(kě)以更有(yǒu)效地使用(yòng)微通孔图案，这将打开更多(duō)的布線(xiàn)通道，并可(kě)能(néng)导致更少的层

③这是设计多(duō)个间距小(xiǎo)于0.8 mm的大型BGA的实用(yòng)方法。

④為(wèi)高密度板提供较低的成本。

⑤适当的堆栈定义可(kě)改善信号和電(diàn)源完整性。

⑥必须满足RoHS标准的工艺所需的适当材料。

⑦可(kě)以以较低的成本获得更新(xīn)的材料以实现更高的性能(néng)，但是这些新(xīn)材料可(kě)能(néng)不适用(yòng)于其他(tā)类型的覆膜。

有(yǒu)的PCB制造商(shāng)已经定义了16层HDI PCB叠层，其总板厚仅為(wèi)66±7mils。这需要顺序堆积（SUB），并具有(yǒu)激光钻孔的微孔。

成本的影响

尽管柔性電(diàn)路比刚性PCB贵，但成本通常随层数而增加。因此，可(kě)能(néng)必须考虑选择以最小(xiǎo)化成本。例如，与使用(yòng)一个四层電(diàn)路相比，两个双层電(diàn)路可(kě)能(néng)更便宜。

其他(tā)因素可(kě)能(néng)会降低总體(tǐ)成本，有(yǒu)利于柔性電(diàn)路。例如，折叠柔性電(diàn)路的能(néng)力可(kě)以节省空间和层数。根据情况，在项目评估中投入的时间有(yǒu)可(kě)能(néng)导致大量的总體(tǐ)节省。