使用超薄柔性PCB进行设计

2020-03-16

柔性印刷电路板（PCB）在设计阶段与刚性板没有太大区别，只是设计人员必须考虑与柔性电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力，则会撕裂。因此，在进行电气设计之前，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体工程学，任何未对准以及维修。另外，设计人员必须了解可用的不同类型的柔性电路及其工作方式。

柔性PCB的类型

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

柔性PCB

这些是常用刚性PCB的柔性版本，具有诸如柔性和抗振性等独特功能。刚性PCB已经提供了额外的功能以及通常的可靠性，可重复性和高密度。相对于刚性PCB的主要优势是柔性电路具有假设三维结构的能力。柔性PCB的最常见应用之一是替代线束。

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的功能。例如，典型的刚性-柔性配置将是通过集成柔性电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区域，设计人员可以大大提高其电路的设计能力。

刚性区域非常适合作为底盘，连接器和组件的硬安装点，而柔性区域则提供了动态弯曲，抗振区域和可弯曲配合。这种融合为设计师提供了多种选择，从而可以为最苛刻的应用提供创意解决方案。

HDI柔性PCB

当典型的柔性电路提供的选项不够时，高密度互连PCB很有用。HDI柔性电路通过结合微通孔等精细功能，提供了更好的设计，布局和构造选择。其功能包括增强的功能，更小的外形尺寸和高度密集的柔性电路。

尽管HDI技术使用的是更薄的材料，但它提供了更好的可靠性，改进的电气性能，并可以使用更高一级IC封装。

柔性电路的优点

作为带状电缆或离散布线的替代品，柔性电路在整个组件中提供定制的可重复布线路径。柔性电路由于其更高的可靠性而可以减少服务呼叫。

柔性板用聚酰亚胺覆盖其导体，聚酰亚胺是一种介电层，比简单的阻焊膜能更好地保护电路。制造商使用其他基础和覆盖材料来应对多数环境条件和恶劣环境。

尽管挠性板可能很薄，但它们能够承受挠性的长工作周期。使用合适的设计材料，它们可以足够坚固，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，柔性电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远低于刚性PCB上的焊点和组件所面临的应力和冲击。

柔性电路的用途

设计人员可以对柔性电路进行整形，以适应无法使用任何其他类型PCB的情况。可以将柔性电路视为普通PCB和圆线的混合组合，同时展现出各自的优势。使用柔性电路，可以保留常规PCB的精度，密度和可重复性，并且仍然可以实现封装几何形状的无限自由。

柔性电路通常用于更换线束。这样一来，一个挠性电路就可以取代几个连接器，电缆和硬质板。组装过程进行得更快，因为它无需对电线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，并且在组装和使用中的故障期间出现次品的可能性降低。

用柔性电路代替线束可提高布线的可重复性。它消除了布线过程中的错误，从而减少了废品，返工和测试时间。连接更牢固，因为与相同横截面积的圆线相比，扁平箔导体可以更好地散热，并承载更多电流。当设计人员决定在柔性电路中使用更均匀的导体图案时，可以更好地控制阻抗，串扰和噪声。

此外，使用柔性电路可以将传统布线的空间和/或重量减少多达75％。与使用线束相比，柔性电路的重复成本更低。由于柔性电路更能抵抗振动和冲击，因此与硬质电路板相比，维修和更换成本要低得多。此外，通过在所需区域放置粘合的加劲肋，可以轻松地将表面安装组件安装在柔性板上。

刚柔电路的优点

柔性电路提供了优于刚性PCB的优势，但它们还具有更多的设计注意事项。

在检查整个设备的总拥有成本时，使用刚性电路是有利的，因为它可以替换较多数量的组件。不仅可以将表面安装元件安装在电路板的两侧，而且刚柔电路可以将弹性柔区的功能与坚固的刚性区域集成在一起，从而提供较高的性能和较高的抗振性。由于它在刚性区域和挠性区域之间提供了最平滑的过渡，同时又保留了每个区域的优势，因此在安装质量较高的组件时，这种组合是有利选择。

HDI堆栈

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

对于具有高引脚数BGA的电路板，可以有三种类型的堆叠：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板主要使用带有微孔的结构，因为它具有以下优点：

①通孔和走线的特征尺寸较小，从而导致更高的布线密度和更少的层数。

②可以更有效地使用微通孔图案，这将打开更多的布线通道，并可能导致更少的层

③这是设计多个间距小于0.8 mm的大型BGA的实用方法。

④为高密度板提供较低的成本。

⑤适当的堆栈定义可改善信号和电源完整性。

⑥必须满足RoHS标准的工艺所需的适当材料。

⑦可以以较低的成本获得更新的材料以实现更高的性能，但是这些新材料可能不适用于其他类型的覆膜。

有的PCB制造商已经定义了16层HDI PCB叠层，其总板厚仅为66±7mils。这需要顺序堆积（SUB），并具有激光钻孔的微孔。

成本的影响

尽管柔性电路比刚性PCB贵，但成本通常随层数而增加。因此，可能必须考虑选择以最小化成本。例如，与使用一个四层电路相比，两个双层电路可能更便宜。

其他因素可能会降低总体成本，有利于柔性电路。例如，折叠柔性电路的能力可以节省空间和层数。根据情况，在项目评估中投入的时间有可能导致大量的总体节省。