刚柔结合削减电子产品组装成本

2021-04-26

刚柔结合削减电子产品组装成本

刚挠性PCB设计的制造成本可能很高，但是它们可以在电子系统组装过程中实质上节省成本。

在电子产品中，直线并非总是两点之间的最短路径：由于采用了刚柔结合的PCB架构，电路可以以180º弯折的方式折叠到其自身上（以最小高度叠加），从而缩小了产品尺寸。

什么是刚挠性PCB？

刚挠式印刷电路板是刚性和挠性技术的结合。在这种类型的PCB中，一个或多个柔性电路用于连接刚性PCB中的子电路。刚柔印刷电路板的柔性部分通常是多层电路。填充的通孔用于确保这些层之间的互连性。

刚柔印刷电路板如何减少组装成本？

在项目中使用刚挠性PCB可以节省直接和间接的成本。直接成本节省主要来自物料清单和库存减少。间接的成本节省来自降低的组装成本和更高的可靠性。

让我们假设一个产品具有6个互连的刚性PCB（电源板，两个控制板和三个显示板）。这些板之间的互连需要线束和连接器对。现在，让我们看一下使用刚挠性PCB如何减少直接和间接成本。

直接节省成本

具有6个刚性部分的单个刚性-柔性PCB可用于替换产品中6个刚性PCB的整个组件。它还取代了线束并消除了对连接器的要求。减少库存可直接节省成本。

间接节省成本

由于刚性-柔性印刷电路板不涉及线束，因此节省了组装这些线束的成本。同样，没有线束意味着没有接线错误，这会增加产品的可靠性。这简化了测试程序，也降低了组装成本。

刚挠PCB中使用的材料

刚性-柔性PCB使用刚性和柔性材料的组合。这些材料包括芯材，预浸料，铜箔，柔性层压板，覆盖层和粘结层。

柔性部分中使用的PCB材料的厚度仅为几微米，但可以可靠地蚀刻。在卫星和航空航天应用中，这通常使它们优于刚性PCB。

要了解有关卫星应用中使用的柔性PCB的更多信息，请阅读我们的文章“卫星应用中的柔性PCB：比云还轻”。

没有流动的预浸料是刚挠制造中最关键的组件之一。这种类型的预浸料可以防止环氧树脂流到PCB的柔性部分上。

刚性挠性PCB中的挠性部分使用未增强的基材制成，该基材由覆有轧制铜的聚酰亚胺介电膜制成。轧制的铜比刚性PCB中使用的铜箔更具柔韧性。因此，首先要钻孔覆层的基础材料，然后对孔进行选择性电镀。镀上孔后，便会蚀刻走线和焊盘。键合用于隔离导电层。Bondply是一层聚酰亚胺薄膜，两面都涂有粘合剂。该层还将挠性叠层的外表面与延伸到刚性PCB区域的色带绝缘。

与堆叠在一起的刚性材料相比，柔性材料的尺寸稳定性较差。孔与铜的间隙必须至少为10密耳。通孔的放置距离刚性区域的边缘至少50密耳。

寻求制造商的指导，以开发您的PCB叠层和PCB设计规则。挠性/刚性预浸料之间的CTE（热膨胀系数）变化需要仔细平衡厚度，尤其是对于受控阻抗设计。

如何最大程度地减少刚柔印刷电路板的设计成本？

保持尽可能少的层数

最小化层数可减少制造PCB所需的预浸料的数量。同时，较少的层数简化了PCB制造过程，因此降低了总体制造成本。

使用硬板层压板以达到整体厚度

为了达到特定的整体厚度，始终建议使用刚性层压板，而不是使用其他的无流动预浸料。与无流动的预浸料相比，刚性层压板的成本较低。

确保刚性-柔性PCB中的柔性臂在刚性部分中终止

如果柔性PCB设计人员希望柔性PCB的一根或多根柔性臂终止于一根柔性电缆中，则他们需要额外的机械支撑。这是因为这些挠性连接件不具有所需的厚度或刚度。这导致在制造过程中保护这些挠性层的成本。因此，使所有的柔性臂都终止于刚性部分将减少刚性-柔性PCB设计的总成本。

刚性-柔性PCB中柔性部分的设计优势

刚性-柔性PCB的柔性部分可发挥许多物理设计优势，其中包括：

360度可弯曲性。这是将挠性电路用于医疗设备和可穿戴设备的主要原因之一。

在恶劣环境下具有出色的抗振动和其他破坏性。

支持紧凑，轻巧的设计；产品重量可以大大减少。

小型柔性电缆占用的空间比普通电线要少。

扭曲或扭曲而没有任何相关破坏的能力。

要了解有关柔性PCB应用的更多信息，请阅读我们的文章为什么在医疗设备和可穿戴设备中使用柔性PCB？

在电子产品制造方面，刚挠性PCB同样具有优势。

与许多其他PCB相比，它们可提供更好的气流和散热效果。 

组装成本远低于传统线束。

由于简化了生产流程并实现了标准化，因此对装配错误的总体敏感性降低，而无需构建许多这样的线束就需要麻烦的手动输入。

简化测试程序。刚柔结合的PCB消除组件组装之前的连接问题的能力，可以防止不必要的浪费和费用。

刚性-柔性PCB中的柔性走线布线 

弯曲区域中的走线路径应该是弯曲的，而不是成角度的，以增加剥离强度。此建议与刚性板的布线实践相反。为了增加色带的柔韧性，飞机应该用阴影线表示；然而，交叉影线使阻抗控制复杂化。同样，需要仔细平衡。为了提高色带的柔韧性，不同层上的走线应垂直交错，而不是彼此叠放。

要了解有关柔性设计注意事项的更多信息，请阅读我们的文章，避免常见的柔性PCB错误和成功设计。

环形圈在仅可弯曲区域应尽可能大，以减少剥落的风险，出于同样的原因，从环形圈到走线的过渡点应为水滴状。添加标签或锚点也有助于防止剥离。

迹线应始终垂直于将弯曲的弯曲区域中的折痕。如果柔韧性色带的内角很锋利，则应添加撕裂止动件。布置过程中，可以在那些拐角的弯头处加入铜以进行加固，或者可以为内部拐角半径指定聚酰亚胺加强筋。加强层可以在覆盖涂层粘合时层压，是防止撕裂的首选方法。最好的策略是避免在柔性设计中使用尖角。

刚柔设计的一个非常基本的清单包括以下布线注意事项：

弯曲迹线应垂直交错，如下所示。

迹线应弯曲。应避免沿走线的锋利边缘。

对于刚柔设计，孔到弯曲的距离很重要。那就是通孔和刚柔过渡区域之间的距离。对于高可靠性应用，请避免低于50密耳。请记住，刚挠设计中最容易违反的规则：大多数制造商在商业应用中不允许使用不少于30密耳的密耳。

尽量减少柔韧性层的数量。

Sierra建议在设计刚性-柔性板时将柔性层放置在刚性层中。层数应始终为偶数。

钻铜应为10密耳。钻铜对于刚挠非常重要。

下面显示了一个示例4层刚柔叠层。

请记住，刚挠式PCB设计的制造成本可能很高，但可以节省系统组装期间的成本。您在规划阶段咨询PCB制造商的时间越早，您的PCB越好。PCB制造商及时参与设计过程使制造商能够生产针对您的最终产品优化的PCB。在设计中使用刚挠性PCB将大大降低组装成本。Sierra Circuits的柔性印刷电路板服务包括柔性原型，高科技快速旋转刚性-柔性PCB和用于柔性的HDI。我们提供单层，双层，刚柔，多层和HDI柔性PCB。