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技術(shù)專題
使用超薄柔性PCB進(jìn)行設(shè)計(jì)
柔性印刷電路板（PCB）在設(shè)計(jì)階段與剛性板沒有太大區(qū)別，只是設(shè)計(jì)人員必須考慮與柔性電路相關(guān)的機(jī)械復(fù)雜性。例如，如果柔性PCB在安裝過程中彎曲超過其能力，則會(huì)撕裂。因此，在進(jìn)行電氣設(shè)計(jì)之前，創(chuàng)建PCB的機(jī)械模型并測試其是否合適非常重要。這還將涉及測試安裝的人體工程學(xué)，任何未對(duì)準(zhǔn)以及維修。另外，設(shè)計(jì)人員必須了解可用的不同類型的柔性電路及其工作方式。
柔性PCB的類型
根據(jù)不同的應(yīng)用，可以使用幾種類型的柔性PCB，其中主要是柔性，剛性-柔性和高密度互連（HDI）柔性。
柔性PCB
這些是常用剛性PCB的柔性版本，具有諸如柔性和抗振性等獨(dú)特功能。剛性PCB已經(jīng)提供了額外的功能以及通常的可靠性，可重復(fù)性和高密度。相對(duì)于剛性PCB的主要優(yōu)勢是柔性電路具有假設(shè)三維結(jié)構(gòu)的能力。柔性PCB的最常見應(yīng)用之一是替代線束。
剛?cè)岚?/strong>
這些PCB是剛性和柔性的結(jié)合，提供了兩種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)還增加了一些獨(dú)有的功能。例如，典型的剛性-柔性配置將是通過集成柔性電路鏈接的一系列剛性PCB。通過集成添加到柔性零件中的剛性區(qū)域，設(shè)計(jì)人員可以大大提高其電路的設(shè)計(jì)能力。
剛性區(qū)域非常適合作為底盤，連接器和組件的硬安裝點(diǎn)，而柔性區(qū)域則提供了動(dòng)態(tài)彎曲，抗振區(qū)域和可彎曲配合。這種融合為設(shè)計(jì)師提供了多種選擇，從而可以為最苛刻的應(yīng)用提供創(chuàng)意解決方案。
HDI柔性PCB
當(dāng)?shù)湫偷娜嵝噪娐诽峁┑倪x項(xiàng)不夠時(shí)，高密度互連PCB很有用。HDI柔性電路通過結(jié)合微通孔等精細(xì)功能，提供了更好的設(shè)計(jì)，布局和構(gòu)造選擇。其功能包括增強(qiáng)的功能，更小的外形尺寸和高度密集的柔性電路。
盡管HDI技術(shù)使用的是更薄的材料，但它提供了更好的可靠性，改進(jìn)的電氣性能，并可以使用更高一級(jí)IC封裝。
柔性電路的優(yōu)點(diǎn)
作為帶狀電纜或離散布線的替代品，柔性電路在整個(gè)組件中提供定制的可重復(fù)布線路徑。柔性電路由于其更高的可靠性而可以減少服務(wù)呼叫。
柔性板用聚酰亞胺覆蓋其導(dǎo)體，聚酰亞胺是一種介電層，比簡單的阻焊膜能更好地保護(hù)電路。制造商使用其他基礎(chǔ)和覆蓋材料來應(yīng)對(duì)多數(shù)環(huán)境條件和惡劣環(huán)境。
盡管撓性板可能很薄，但它們能夠承受撓性的長工作周期。使用合適的設(shè)計(jì)材料，它們可以足夠堅(jiān)固，以承受數(shù)百萬次彎曲循環(huán)，同時(shí)承載功率和信號(hào)而不會(huì)中斷。
當(dāng)面對(duì)高加速度和/或振動(dòng)時(shí)，柔性電路的低質(zhì)量和高延展性是一個(gè)巨大的優(yōu)勢。在相同的工作條件下，其自身以及柔性PCB上的焊點(diǎn)所承受的應(yīng)力和沖擊遠(yuǎn)低于剛性PCB上的焊點(diǎn)和組件所面臨的應(yīng)力和沖擊。
柔性電路的用途
設(shè)計(jì)人員可以對(duì)柔性電路進(jìn)行整形，以適應(yīng)無法使用任何其他類型PCB的情況?？梢詫⑷嵝噪娐芬暈槠胀?span>PCB和圓線的混合組合，同時(shí)展現(xiàn)出各自的優(yōu)勢。使用柔性電路，可以保留常規(guī)PCB的精度，密度和可重復(fù)性，并且仍然可以實(shí)現(xiàn)封裝幾何形狀的無限自由。
柔性電路通常用于更換線束。這樣一來，一個(gè)撓性電路就可以取代幾個(gè)連接器，電纜和硬質(zhì)板。組裝過程進(jìn)行得更快，因?yàn)樗鼰o需對(duì)電線進(jìn)行顏色編碼并將其捆扎成束。批量生產(chǎn)水平提高，而安裝成本降低，并且在組裝和使用中的故障期間出現(xiàn)次品的可能性降低。
用柔性電路代替線束可提高布線的可重復(fù)性。它消除了布線過程中的錯(cuò)誤，從而減少了廢品，返工和測試時(shí)間。連接更牢固，因?yàn)榕c相同橫截面積的圓線相比，扁平箔導(dǎo)體可以更好地散熱，并承載更多電流。當(dāng)設(shè)計(jì)人員決定在柔性電路中使用更均勻的導(dǎo)體圖案時(shí)，可以更好地控制阻抗，串?dāng)_和噪聲。
此外，使用柔性電路可以將傳統(tǒng)布線的空間和/或重量減少多達(dá)75％。與使用線束相比，柔性電路的重復(fù)成本更低。由于柔性電路更能抵抗振動(dòng)和沖擊，因此與硬質(zhì)電路板相比，維修和更換成本要低得多。此外，通過在所需區(qū)域放置粘合的加勁肋，可以輕松地將表面安裝組件安裝在柔性板上。
剛?cè)犭娐返膬?yōu)點(diǎn)
柔性電路提供了優(yōu)于剛性PCB的優(yōu)勢，但它們還具有更多的設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)。
在檢查整個(gè)設(shè)備的總擁有成本時(shí)，使用剛性電路是有利的，因?yàn)樗梢蕴鎿Q較多數(shù)量的組件。不僅可以將表面安裝元件安裝在電路板的兩側(cè)，而且剛?cè)犭娐房梢詫椥匀釁^(qū)的功能與堅(jiān)固的剛性區(qū)域集成在一起，從而提供較高的性能和較高的抗振性。由于它在剛性區(qū)域和撓性區(qū)域之間提供了最平滑的過渡，同時(shí)又保留了每個(gè)區(qū)域的優(yōu)勢，因此在安裝質(zhì)量較高的組件時(shí)，這種組合是有利選擇。
HDI堆棧
多層PCB初始設(shè)計(jì)中最重要的方面之一是定義其適當(dāng)?shù)亩询B。這對(duì)于具有多個(gè)引腳數(shù)BGA的大型，密集的PCB是必不可少的，尤其是當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)層壓板堆疊在成本和性能目標(biāo)方面不足時(shí)。HDI堆棧是大量層的可行替代方案，如果設(shè)計(jì)合理，則可以提供更低的成本和更高的性能。
對(duì)于具有高引腳數(shù)BGA的電路板，可以有三種類型的堆疊：帶通孔的標(biāo)準(zhǔn)層壓，帶盲孔和掩埋通孔的順序?qū)訅阂约皫⒖椎亩询B。其中，HDI板主要使用帶有微孔的結(jié)構(gòu)，因?yàn)樗哂幸韵聝?yōu)點(diǎn)：
①通孔和走線的特征尺寸較小，從而導(dǎo)致更高的布線密度和更少的層數(shù)。
②可以更有效地使用微通孔圖案，這將打開更多的布線通道，并可能導(dǎo)致更少的層
③這是設(shè)計(jì)多個(gè)間距小于0.8 mm的大型BGA的實(shí)用方法。
④為高密度板提供較低的成本。
⑤適當(dāng)?shù)亩褩６x可改善信號(hào)和電源完整性。
⑥必須滿足RoHS標(biāo)準(zhǔn)的工藝所需的適當(dāng)材料。
⑦可以以較低的成本獲得更新的材料以實(shí)現(xiàn)更高的性能，但是這些新材料可能不適用于其他類型的覆膜。
有的PCB制造商已經(jīng)定義了16層HDI PCB疊層，其總板厚僅為66±7mils。這需要順序堆積（SUB），并具有激光鉆孔的微孔。
成本的影響
盡管柔性電路比剛性PCB貴，但成本通常隨層數(shù)而增加。因此，可能必須考慮選擇以最小化成本。例如，與使用一個(gè)四層電路相比，兩個(gè)雙層電路可能更便宜。
其他因素可能會(huì)降低總體成本，有利于柔性電路。例如，折疊柔性電路的能力可以節(jié)省空間和層數(shù)。根據(jù)情況，在項(xiàng)目評(píng)估中投入的時(shí)間有可能導(dǎo)致大量的總體節(jié)省。