柔性印刷電(diàn)路板设计基础

2022-03-23

柔性印刷電(diàn)路板设计基础

柔性PCB已经彻底改变了许多(duō)行业，尤其是在贴合监测和生物(wù)识别贴片方面的医疗行业。

这些设备变得越来越重要。它们背后的技术是什么？

几乎所有(yǒu)電(diàn)子设备，包括電(diàn)话、電(diàn)视和電(diàn)器，都配备了印刷電(diàn)路板 (PCB)。该复合材料是众所周知的。这些板由层压的导電(diàn)绝缘层组成。它们有(yǒu)两个用(yòng)途：它们将電(diàn)子元件安装在外层的指定位置，并在元件端子之间提供可(kě)靠的電(diàn)气连接。

这些電(diàn)子元件、電(diàn)阻器、電(diàn)容器、微控制器、接口等使用(yòng)化學(xué)蚀刻工艺通过迹線(xiàn)、平面和其他(tā)特征进行電(diàn)子连接，该工艺将铜层层压到非导電(diàn)基板的薄片上。

PCB演变

PCB是在 20 世纪初创建的。虽然它们随着新(xīn)技术的出现而不断发展，但它们的基本设计保持不变：一个充满電(diàn)子元件的刚性板。

通过利用(yòng)半导體(tǐ)封装技术的快速进步，行业专业人士可(kě)以制造更小(xiǎo)、更高效的電(diàn)子产品。这催生了可(kě)穿戴技术，例如 AR/VR 眼镜和智能(néng)手表。

这也导致了贴身医疗设备的出现，这些设备可(kě)以通过直接接触佩戴者的皮肤来监测佩戴者的健康状况。智能(néng)手机现在也可(kě)以使用(yòng)折叠显示器。需要一种可(kě)以弯曲和翘曲超过直角的新(xīn)型 PCB来实现这些设备。工程师们接受了使用(yòng)各种材料和技术（包括透明聚酯和聚酰亚胺）制造柔性電(diàn)路板的挑战（图 1）。

不同类型的柔性PCB

今天的制造商(shāng)选择使用(yòng)两种类型的柔性板：刚柔结合和柔性PCB。柔性電(diàn)路板，也称為(wèi)柔性 PCB或柔性電(diàn)路板，其功能(néng)与刚性对应物(wù)相同。電(diàn)子设备放置在柔性基板而不是平台上。与平面相比，柔性PCB允许以不同的配置和形状形成電(diàn)子设备。这些可(kě)以根据它们的配置和层分(fēn)為(wèi)两种最流行的类型。

刚性-柔性PCB可(kě)以被描述為(wèi)混合型。它们是兼具柔性和刚性的板，可(kě)支持各种表面安装设备（也称為(wèi)電(diàn)子设备）和连接器。SMD安装在柔性基板上，而连接器安装在刚性表面上。这种配置确保了稳定的连接，并最大限度地减少了重复使用(yòng)造成的损坏。由于连接终端位于刚性表面上，因此刚柔结合配置允许SMD具有(yǒu)更大的容量。

HDI PCB的布線(xiàn)密度高于刚性PCB。它们还提供更精细的線(xiàn)路和空间以及更小(xiǎo)的通孔和捕获焊盘尺寸以及更高密度的连接焊盘。柔性基板可(kě)以从这些PCB中受益，因為(wèi)它们可(kě)以与更薄的层一起使用(yòng)，或者在某些情况下不需要多(duō)层。

层数有(yǒu)助于对FCB进行分(fēn)类。单层板是具有(yǒu)单层聚酰亚胺基板和薄铜层的板。这可(kě)以通过一侧访问。您还可(kě)以找到具有(yǒu)双通道和双面FCB的单面FCB，在基板和多(duō)层FCB上都有(yǒu)导電(diàn)铜，具有(yǒu)单面和多(duō)面通道。

PCB的灵活设计

在设计柔性PCB时，最重要的问题是PCB的弯曲程度。它的弯曲能(néng)力将决定板子是静态的还是动态的。

静态板被认為(wèi)是弯曲安装，并且在其使用(yòng)寿命期间可(kě)以弯曲少于100次。因為(wèi)动态板必须承受大量的弯曲，所以它们的设计必须更坚固。弯曲半径是弯曲區(qū)域的最小(xiǎo)曲率，也必须在设计过程的早期考虑和确定。这将确保设计能(néng)够承受弯曲而不会对铜造成损坏。

在设计时，重要的是要考虑使用(yòng)阻焊层或其他(tā)材料来覆盖FCB的导電(diàn)层。加强筋将增加您设计的刚度并降低某些或所有(yǒu)區(qū)域的灵活性。

与具有(yǒu)分(fēn)层设计的传统PCB一样，FCB也具有(yǒu)分(fēn)层结构。因此，在设计阶段必须考虑材料的选择。例如，薄膜层為(wèi)导體(tǐ)载體(tǐ)供電(diàn)，并在電(diàn)路中充当绝缘层。但是，它也必须是灵活的。这些类型的基材通常由聚酰亚胺或PET（聚酯）制成，它们可(kě)以很(hěn)好地用(yòng)作绝缘體(tǐ)。还使用(yòng)芳纶、PTFE和PEN。

由聚酰亚胺制成的柔性芯也适用(yòng)于FCB设计。这些芯用(yòng)電(diàn)沉积或轧制退火铜包覆。这是非常薄的，可(kě)用(yòng)于静态和动态应用(yòng)程序。

FCB有(yǒu)两种类型的材料可(kě)供选择：使用(yòng)丙烯酸粘合剂将铜与聚酰亚胺粘合的粘合剂基材料，以及将铜直接浇铸到聚酰亚胺基板上的无粘合剂材料。粘性材料在加热时会导致裂缝。它们还可(kě)以使铜层压板更厚，并吸收水分(fēn)，这使得它们不适合某些环境。

这些是无粘合剂材料可(kě)以派上用(yòng)场的地方。这些材料可(kě)以承受恶劣的环境并提供其他(tā)好处，例如减少弯曲厚度、更好的柔韧性和更高的额定温度。

911EDA拥有(yǒu)专业的PCB设计师来支持您的柔性设计要求。

灵活的PCB堆栈

PCB堆栈是指在设计最终布局之前由铜和绝缘體(tǐ)组成的层的排列（图 3）。堆叠层允许通过使用(yòng)其不同层将多(duō)个電(diàn)子電(diàn)路组装在一块板上。然而，叠层PCB设计的结构提供了许多(duō)其他(tā)好处，例如减少外部噪声和提高電(diàn)磁兼容性。多(duō)层增加了電(diàn)路板分(fēn)配能(néng)量、减少交叉干扰和消除電(diàn)磁干扰的能(néng)力。它们还支持高速信号。

与传统的PCB一样，它们可(kě)以由一层或多(duō)层制成。这表示铜迹線(xiàn)、粘合剂、层压板、聚酰亚胺材料和铜迹線(xiàn)的数量。层数会影响数量。例如，四层電(diàn)路将包括四条铜迹線(xiàn)和四层粘合剂或非粘合剂、层压板和相应的基板材料。為(wèi)了保持灵活性并最大限度地减少损坏，许多(duō)制造商(shāng)将柔性材料放置在叠层的中间。

在决定要使用(yòng)的层数之前，您需要考虑几个因素。其中包括工作频率、布線(xiàn)频率、屏蔽要求和附加屏蔽。这些因素将允许您确定所需的层数并确保FCB正常运行。

结论

随着新(xīn)技术的发展，柔性印刷電(diàn)路板将不断发展。想象一下，能(néng)够在洗衣机中清洗医疗监控设备或在水下佩戴生物(wù)识别贴片，而无需担心腐蚀。

柔性電(diàn)子产品已经能(néng)够从人體(tǐ)中获取数据。看到这项技术在哪里实施将是令人兴奋的。这是对柔性PCB设计的简要介绍。它只会概述其创建过程中使用(yòng)的过程和材料。