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柔性印刷电路板设计基础
柔性印刷电路板设计基础
柔性PCB已经彻底改变了许多行业，尤其是在贴合监测和生物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？
几乎所有电子设备，包括电话、电视和电器，都配备了印刷电路板 (PCB)。该复合材料是众所周知的。这些板由层压的导电绝缘层组成。它们有两个用途：它们将电子元件安装在外层的指定位置，并在元件端子之间提供可靠的电气连接。
这些电子元件、电阻器、电容器、微控制器、接口等使用化学蚀刻工艺通过迹线、平面和其他特征进行电子连接，该工艺将铜层层压到非导电基板的薄片上。
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：一个充满电子元件的刚性板。
通过利用半导体封装技术的快速进步，行业专业人士可以制造更小、更高效的电子产品。这催生了可穿戴技术，例如 AR/VR 眼镜和智能手表。
这也导致了贴身医疗设备的出现，这些设备可以通过直接接触佩戴者的皮肤来监测佩戴者的健康状况。智能手机现在也可以使用折叠显示器。需要一种可以弯曲和翘曲超过直角的新型 PCB来实现这些设备。工程师们接受了使用各种材料和技术（包括透明聚酯和聚酰亚胺）制造柔性电路板的挑战（图 1）。
不同类型的柔性PCB
今天的制造商选择使用两种类型的柔性板：刚柔结合和柔性PCB。柔性电路板，也称为柔性 PCB或柔性电路板，其功能与刚性对应物相同。电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电子设备。这些可以根据它们的配置和层分为两种最流行的类型。
刚性-柔性PCB可以被描述为混合型。它们是兼具柔性和刚性的板，可支持各种表面安装设备（也称为电子设备）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具有更大的容量。
HDI PCB的布线密度高于刚性PCB。它们还提供更精细的线路和空间以及更小的通孔和捕获焊盘尺寸以及更高密度的连接焊盘。柔性基板可以从这些PCB中受益，因为它们可以与更薄的层一起使用，或者在某些情况下不需要多层。
层数有助于对FCB进行分类。单层板是具有单层聚酰亚胺基板和薄铜层的板。这可以通过一侧访问。您还可以找到具有双通道和双面FCB的单面FCB，在基板和多层FCB上都有导电铜，具有单面和多面通道。
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。它的弯曲能力将决定板子是静态的还是动态的。
静态板被认为是弯曲安装，并且在其使用寿命期间可以弯曲少于100次。因为动态板必须承受大量的弯曲，所以它们的设计必须更坚固。弯曲半径是弯曲区域的最小曲率，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阻焊层或其他材料来覆盖FCB的导电层。加强筋将增加您设计的刚度并降低某些或所有区域的灵活性。
与具有分层设计的传统PCB一样，FCB也具有分层结构。因此，在设计阶段必须考虑材料的选择。例如，薄膜层为导体载体供电，并在电路中充当绝缘层。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，它们可以很好地用作绝缘体。还使用芳纶、PTFE和PEN。
由聚酰亚胺制成的柔性芯也适用于FCB设计。这些芯用电沉积或轧制退火铜包覆。这是非常薄的，可用于静态和动态应用程序。
FCB有两种类型的材料可供选择：使用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。它们还可以使铜层压板更厚，并吸收水分，这使得它们不适合某些环境。
这些是无粘合剂材料可以派上用场的地方。这些材料可以承受恶劣的环境并提供其他好处，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体组成的层的排列（图 3）。堆叠层允许通过使用其不同层将多个电子电路组装在一块板上。然而，叠层PCB设计的结构提供了许多其他好处，例如减少外部噪声和提高电磁兼容性。多层增加了电路板分配能量、减少交叉干扰和消除电磁干扰的能力。它们还支持高速信号。
与传统的PCB一样，它们可以由一层或多层制成。这表示铜迹线、粘合剂、层压板、聚酰亚胺材料和铜迹线的数量。层数会影响数量。例如，四层电路将包括四条铜迹线和四层粘合剂或非粘合剂、层压板和相应的基板材料。为了保持灵活性并最大限度地减少损坏，许多制造商将柔性材料放置在叠层的中间。
在决定要使用的层数之前，您需要考虑几个因素。其中包括工作频率、布线频率、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
随着新技术的发展，柔性印刷电路板将不断发展。想象一下，能够在洗衣机中清洗医疗监控设备或在水下佩戴生物识别贴片，而无需担心腐蚀。
柔性电子产品已经能够从人体中获取数据。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的过程和材料。