本文將討論什么是剛柔結合 PCB，使用它們的優勢，以及使用它們設計應用程序的規則。

在電子領域，我們有時會遇到源自過去的看似新技術。剛柔結合 PCB 技術可以追溯到大約 50 年前，需要更換航天器中的線束。第一臺商用移動計算機（重 25 磅多一點！）使用剛柔結合技術。

如今，筆記本電腦、可穿戴技術、醫療設備、測試設備和衛星是依賴剛柔結合 PCB 的應用中的一小部分。

什么是剛柔結合 PCB？

對于剛柔結合PCB，柔性電路基板和剛性電路基板層壓在一起。剛性-柔性 PCB 跨越了傳統剛性 PCB 的界限以及使用高延展性電沉積或軋制退火銅導體光刻在柔性絕緣膜上的柔性電路的獨特特性。

柔性電路包括由 Kapton 或 Norton 等柔性聚酰亞胺制成的疊層，以及通過熱、丙烯酸粘合劑和壓力層壓在一起的銅。

與傳統 PCB 一樣，您可以在剛性板的兩側安裝組件。由于剛性和柔性電路之間發生集成，剛柔結合設計不使用連接器或部分之間的連接電纜。相反，柔性電路將系統電氣連接在一起。

沒有連接器和連接電纜可以完成幾件事：

提高電路無損傳輸信號的能力

適應受控阻抗

消除冷接頭等連接問題

減輕重量

為其他組件釋放空間

每個剛柔結合 PCB 都被劃分為具有不同材料和不同層數的區域。剛性區域可能比柔性區域具有更多層，并且材料在過渡區域中從 FR-4 轉變為聚酰亞胺。

復雜的設計通常會多次從剛性轉變為柔性，然后再轉變為剛性。隨著這些交叉點的??出現，剛柔結合材料的重疊需要使孔遠離過渡區以保持完整性。此外，許多剛柔結合設計包括不銹鋼或鋁加強件，可為連接器和組件提供額外支撐。

有關柔性 PCB 的更多信息，請查看我們關于項目設計的柔性與剛柔結合 PCB的文章。

不同的設計規則適用于剛柔結合 PCB 設計

不同的挑戰抵消了允許您構建 3D 設計和產品的多功能性和靈活性。傳統的剛柔結合 PCB 設計允許您將產品的組件、連接器和底盤安裝到組件的物理強度更高的剛性部分。同樣，就傳統設計而言，柔性電路僅用作互連，同時降低了質量并提高了抗振性。

新產品設計與改進的柔性電路技術相結合，為剛柔結合 PCB 引入了新的設計規則。您的設計團隊現在可以自由地將組件放置在柔性電路區域上。將這種自由度與剛柔結合設計的多層方法相結合，可以讓您和您的團隊在設計中構建更多電路。然而，獲得這種自由在布線和孔方面增加了一些挑戰。

柔性電路總是有影響布線的彎曲線。由于潛在的材料應力，您不能將元件或通孔放置在靠近彎曲線的位置。

渲染演示了剛柔結合 PCB 彎曲線的基本概念。

即使組件位置正確，彎曲的柔性電路也會在表面貼裝焊盤和通孔上產生重復的機械應力。您的團隊可以通過使用通孔電鍍和通過額外的覆蓋層來加強焊盤支撐來固定焊盤來減少這些壓力。2

在設計走線布線時，請遵循減少電路壓力的做法。在柔性電路上承載電源或接地層時，使用陰影多邊形來保持靈活性。您應該使用彎曲的走線而不是 90° 或 45° 角，并使用淚珠圖案來改變走線寬度。3

用于跟蹤到跟蹤連接的淚滴模式。

這些做法減少了壓力點和弱點。另一種最佳做法是通過錯開雙面柔性電路的頂部和底部跡線來跨跡線分布應力。偏移走線可防止走線在同一方向上相互重疊并加強 PCB。

您還應該垂直于彎曲線布線以減少應力。當從剛性轉變為柔性再回到剛性時，從一種介質到另一種介質的層數可能不同。您可以使用走線通過偏移相鄰層的布線來增加柔性電路的剛度。1，2，5，6

機電因素影響設計

當您設計剛柔結合 PCB 時，請考慮影響柔性電路和剛性板的機電因素。在構建設計時，請關注彎曲半徑與厚度的比率。對于柔性電路，彎曲區域的緊密彎曲或增加的厚度會增加失敗的機會。制造商建議將彎曲半徑保持在柔性電路材料厚度的至少十倍，并構建電路的“紙娃娃”以確定彎曲發生的位置。3，6

您應該避免沿著外彎拉伸柔性電路或沿著內彎壓縮它。將彎曲角度增加到超過 90° 會增加柔性電路上某一點的拉伸和另一點的壓縮。

剛柔結合可靠性的另一個關鍵問題是彎曲區域中導體的厚度和類型。您可以通過減少導體上的電鍍量和使用僅焊盤電鍍來降低厚度和機械應力。使用厚銅、金或鎳鍍層會降低彎曲處的柔韌性，并允許發生機械應力和斷裂。

剛柔結合 PCB 設計需要團隊合作

新的 PCB 設計工具使您的設計團隊能夠管理多層堆棧、可視化 3D 機電設計、檢查設計規則以及模擬柔性電路的操作。即使手頭有這些工具，剛柔結合 PCB 的成功設計也取決于您的團隊和制造商之間的團隊合作。

團隊合作必須從項目的最早階段開始，并在整個設計過程中持續進行，并取決于一致的溝通。