详细解析柔性印刷电路板(PCB)的设计方法、类型等

柔性印刷电路板PCB 是一种特殊类型的电路板,可以弯曲成所需的应用形状。与普通的刚性电路板相比,这种类型的电路板将导电通路和电气元件放置在柔性基材上。灵活的PCB设计在构建现代紧凑型电子设备(如电话、相机、助听器等)时有很多好处。因此,如果你是从事此类项目的技术人员,这里有一篇关于印刷电路板PCB设计方法、类型的详细解析。

刚性与柔性 PCB

虽然刚性和柔性 PCB的目的都是在紧凑的电路设计中连接电子元件,但两者是不同的。
主要区别在于基板材料。柔性 PCB 具有通常由聚酰亚胺薄膜组成的柔性基板,而刚性类型则具有玻璃纤维基板。
由于弯曲,制造商还使用柔性轧制退火铜代替刚性电沉积铜来制作导电层。
带有白色连接器的柔性电路板
在制造这些部件时,柔性 PCB 会通过覆盖工艺来保护暴露的电路,而刚性类型则使用阻焊层。前者也更贵,但整体产品成本可能更便宜,因为您可以缩小您计划制造的设备的尺寸。
用于计算机的刚性电路板
那么,哪一个更好呢?
这取决于应用程序。柔性 PCB 是紧凑型电子设备和电器的理想选择,例如电话、助听器和可穿戴设备。但是,刚性板更适合空间较大的设备,例如计算机和电视。
您可以将两者结合起来形成一个刚柔结合板,其中一半的设计在刚性板中,其余的在柔性电路中。
刚柔结合板

制作刚柔结合 PCB 的方法

基本的刚性 PCB 在设计阶段只需要Gerber 文件层。然而,刚柔结合板需要 3D 设计软件在制造之前在 3D 空间中创建板。
它们有更多的尺寸,需要精确定义从柔性到刚性的过渡点,因此 3D 设计是必不可少的。
柔性侧的基膜是聚酰亚胺,上面有铜箔和覆盖保持膜层。但是,刚性 PCB 以 FR4 为基材。
第一步是在组装过程中在铜层上涂抹易接近的胶水。之后,您可以使用镀铜方法或覆盖工艺进行下一阶段。
完成后,使用精确的激光穿透方法在柔性基板上钻孔。
接下来,使用通孔电镀工艺(合成铜电镀)将铜填充到这些孔中。
一种PCB铜层电镀机
资料来源:维基共享资源
接下来的步骤包括在柔性表面上应用感光雕刻对面覆盖,然后雕刻铜膜。在这两个过程之后,绘图反对被从电路板上驱逐。
接下来,将覆盖层(通常是聚酰亚胺)应用到柔性基板的顶层和底层。
在此之后,电路板经过下料过程,将基板切割成所需的尺寸。最常用的落料程序是液压冲床或踢斗组。
最后,切割的柔性坯料覆盖在刚性层之间。最后一块可以在之后进行测试,以确保它正常工作。

柔性PCB的优势

  • 节省空间和重量。
柔性印刷电路板。请注意折叠或卷起时它如何占用更少的空间。
  • 提高稳定性和可靠性
  • 无需使用连接器和线束,并最大限度地减少接线错误
  • 可以以各种配置堆叠它们
  • 高抗张强度和高抗辐射、化学品和极端温度
  • 耐用(适用于恶劣环境)
  • 易于安装
  • 提供强大的信号质量
  • 改善阻抗控制

柔性PCB的缺点

  • 与特定应用中的刚性PCB相比,它具有更高的成本
  • 它使用复杂的组装过程
  • 难以修复或返工
  • 需要适当的储存条件
  • 处理不当容易损坏

柔性PCB的类型

单面柔性

作为最简单的类型,单面柔性电路在介电层(聚酰亚胺或聚合物薄膜)的一侧具有单个导电层。

双面柔性

双面柔性 PCB 在介电材料的每一侧都有一个导电铜层。金属化通孔连接两个铜边。

多层弹性

这种类型包含由介电层分隔和封装的多个铜层。通孔,连接每个金属层。

刚柔结合电路

如前所述,刚柔结合 PCB 是结合了刚性和柔性电路板的多层电路,形成了具有高电路密度的混合设计。

HDI柔性PCB

高密度互连 (HDI) 电路是具有多个电子元件的高效且可靠的电路板。由于采用薄的非导电基板材料,它们以更小的封装尺寸提供更好的电气性能。

雕刻的柔性电路

雕刻的柔性电路具有在整个电路设计中厚度不同的电路迹线。因此,它们在某些区域可能具有不同的铜厚度。

聚合物厚膜柔性PCB

聚合物厚膜是一种使用模板通过丝网印刷制造可靠 FPCB 的简单且经济实惠的方法。您可以在低压应用中找到此类 PCB,因为它们的功能不足以处理高压。

双通道/背板柔性 PCB

这是一种特殊的单面 PCB,其导电轨道可从电路板的任一侧访问。
有两件事使这成为可能。首先,金属层在其上施加了预先打孔的介电薄膜。其次,导体层蚀刻在柔性薄膜(电介质)上的接入点(开口)下方进行。

灵活的 PCB 设计:典型原理图和叠层

柔性 PCB 由多层组成,但数量因类型而异。这些结构图和叠层可以帮助您在设计过程中构建一个。

单层柔性 PCB

单层 FPCB 有一个简单的叠层,包括一个柔性基层(通常是聚酰亚胺),然后是粘合剂层,然后是铜。由粘合剂和聚酰亚胺组成的保护层(覆盖层)覆盖金属。然而,导电部分不能暴露在外。

双通道/背板 FPCB

就像单层电路一样,这个电路有五层,但有一个区别。底座上的聚酰胺外层有一个激光开口,可以访问铜电路。

双层软板

该 PCB 采用柔性层压材料作为基底,将导电层分开。每个金属层都有保护电路的覆盖层和连接两侧的镀铜通孔。

多层柔性PCB

多层柔性电路结合了单面和双面柔性电路设计。在内部,中间部分具有双面柔性电路,而表面具有覆盖有保护膜的单面导电设计。

柔性电路中使用的材料

柔性板中的四个主要层可以具有以下材料。

导体:

该层中使用的金属通常是铜,因为它具有极好的电性能和低成本。散热也是一个需要考虑的关键因素,铜能很快做到这一点。
带有铜导电层的柔性 PCB
其他合适的导体材料包括不锈钢、铍铜和白铜。

粘合剂

含有丙烯酸或环氧树脂的胶层位于铜和绝缘膜(聚酰亚胺)之间。丙烯酸粘合剂材料提供更好的耐热性,但具有较差的电气性能和较低的粘合强度。
另一方面,环氧树脂的耐热性不是最好的,但它具有更好的电性能和粘性。

绝缘子

绝缘体也称为基材或电介质,是赋予该电路板弯曲性能的柔性材料。聚酰亚胺是最常用的材料,但有些板材有聚酯、聚醚酰亚胺、各种共聚物或含氟聚合物。

饰面

如果电导体接触通路,裸露的铜电路可能会触电或短路。通常由聚酰亚胺薄膜组成的覆盖膜保持铜的密封和保护。
具有橙色/金色聚酰亚胺薄膜饰面的柔性 PCB

应用

  • 高速数字/RF/微波连接器
  • 工业传感器
  • 仪表耗材
  • 医疗设备 - 可穿戴设备
  • 汽车
  • 卫星
  • 航空电子设备
  • 消费类电子产品

柔性电路板制造的 IPC 标准

快发智造:领先的柔性 PCB 制造商

快发智造是 PCB 制造商,我们拥有构建任何类型的 PCB 所需的专业知识,包括柔性 PCB。我们专注于多层柔性和刚柔结合制造,并为这些电路板提供SMT组件组装。
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