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PCB刚柔结合降低电子产品组装成本

  • 发表时间:2021-06-22 16:03:39
  • 来源:本站
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刚柔结合 PCB 设计的制造成本可能很高,但它们可以在电子系统组装过程中从本质上节省成本。

在电子产品中,直线并不总是两点之间的最短路径:由于采用了刚挠结合PCB 架构,电路可以通过 180º 弯曲(以最小高度叠加)折叠到自身上,从而缩小产品尺寸。 

在这篇博文中,我们将重点关注以下几点:

什么是刚柔结合 PCB?

刚柔结合 PCB 是刚性和柔性技术的结合。在这种类型的 PCB 中,一个或多个柔性电路用于连接刚性 PCB 中的子电路刚柔结合 PCB 的柔性部分通常是多层电路。填充通孔用于确保这些层之间的互连。

刚柔结合 PCB 如何降低组装成本?

在您的项目中使用刚柔结合 PCB 可以直接和间接节省成本。直接的成本节省主要来自减少的物料清单和库存。间接成本节约来自组装成本的降低和可靠性的提高。

让我们假设一个产品有 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,让我们看看使用刚柔结合 PCB 如何降低直接和间接成本。

直接节约成本

具有 6 个刚性部分的单个刚柔结合 PCB 可用于替换产品内 6 个刚性 PCB 的整个组件。它还取代了线束并消除了连接器对的需求。这种库存减少可以直接节省成本。

间接成本节约

由于刚柔结合 PCB 中不涉及线束,因此节省了组装成本。此外,没有线束意味着没有接线错误,从而提高了产品的可靠性。这简化了测试程序,也降低了组装成本。

刚柔结合 PCB 中使用的材料

刚挠结合 PCB 结合使用刚性和挠性材料。这些材料包括芯材、预浸料、铜箔、柔性层压板、覆盖层和粘合层。

柔性部分中使用PCB 材料可能只有几微米厚,但可以可靠地蚀刻。这通常使它们在卫星和航空航天应用中优于刚性 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:比云更轻。

无流动预浸料是刚柔结合制造中最关键的部件之一。这种类型的预浸料可防止环氧树脂流到 PCB 的柔性部分。

刚柔结合 PCB 中的柔性部分是使用未增强的基板构建的,该基板由包覆有压延铜的聚酰亚胺介电薄膜组成。压延铜比刚性PCB中使用的铜箔更柔韧。为此,首先在包层基材上钻孔,然后选择性地镀上孔。一旦孔被电镀,走线和焊盘被蚀刻。Bondply 用于隔离导电层。Bondply 是一层聚酰亚胺薄膜,两侧涂有粘合剂。该层还使柔性叠层的外表面与延伸到刚性 PCB 部分的色带绝缘。

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。孔到铜的间隙必须至少为 10 密耳。过孔必须放置在距离刚性区域边缘至少 50 密耳的位置。

向您的制造商寻求指导,以制定您的PCB 叠层PCB 设计规则。柔性/刚性预浸料之间 CTE(热膨胀系数)的变化需要仔细平衡厚度,尤其是对于柔性设计中的阻抗控制

如何最小化刚柔结合 PCB 设计成本?

保持尽可能低的层数

尽量减少层数可以减少制造 PCB 所需的预浸料数量。同时,较少的层数简化了 PCB 制造过程,从而降低了整体制造成本。

使用刚性板层压板达到整体厚度

为了达到特定的总厚度,始终建议使用刚性层压板,而不是使用额外的不流动预浸料。与无流动预浸料相比,刚性层压板的成本较低。

确保刚柔结合 PCB 中的柔性臂在刚性部分结束

如果柔性 PCB 设计人员希望柔性 PCB 的一个或多个柔性臂以柔性电缆结束,则他们需要额外的机械支撑。这是因为这些柔性连接不具备所需的厚度或刚度。这会导致在制造过程中保护这些柔性层的成本。因此,让所有柔性臂都以刚性部分结束将降低刚柔结合 PCB 设计的总体成本。

刚挠结合 PCB 中挠性部分的设计优势

刚柔结合 PCB 的柔性部分释放了许多物理设计优势,它们包括:

  • 360 度弯曲。这是将柔性电路用于医疗设备和可穿戴设备的主要原因之一。

  • 在恶劣环境中具有出色的抗振动和其他干扰能力。

  • 支持紧凑、轻便的设计;产品重量可以大大减轻。

  • 体积小巧、灵活的电缆,比典型的电线占用更少的空间。

  • 在没有任何相关破损的情况下扭曲或扭曲的能力。

要了解有关 Flex PCB 应用的更多信息,请阅读我们的文章为什么 Flex PCB 用于医疗设备和可穿戴设备?

在电子产品制造方面,刚挠结合 PCB 同样具有优势。

  • 与许多其他 PCB 相比,它们允许更好的气流和散热。 

  • 组装成本远低于传统线束。

  • 对装配错误的整体敏感性降低,因为制造过程是简化和标准化的,没有构建许多这些线束所需的有问题的手动输入。

  • 简化了测试程序。刚柔结合 PCB 在组件组装之前消除连接问题的能力,可防止不必要的浪费和费用。

刚柔结合 PCB 中的 Flex 走线布线 

柔性区域中的走线应该是弯曲的,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。为了增加色带的灵活性,平面应该是交叉影线;然而,交叉影线使阻抗控制复杂化。同样,需要仔细平衡。不同层上的走线应垂直交错,而不是相互重叠,以增加色带的灵活性。

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。

环形圈在仅弯曲区域应尽可能大以降低剥离的风险,出于同样的原因,从环形圈到迹线的过渡应为泪珠状。添加标签或锚点也有助于防止剥落。

PCB刚柔结合降低电子产品组装成本

柔性过孔中的标签或锚点

轨迹应始终垂直于将要弯曲的柔性区域中的折叠。如果软带具有尖锐的内角,则应添加止裂装置。在布局过程中,可以在这些拐角的弯头处加入铜以进行加固,或者可以为内侧拐角半径指定聚酰亚胺加强筋。当覆盖层粘合时,加强筋可以被层压,这是防止撕裂的首选方法。最好的策略是避免在 flex 设计中使用尖角。

PCB刚柔结合降低电子产品组装成本

垂直于弯曲区域的 Flex 迹线

刚柔结合设计的一个非常基本的检查清单包括以下布线注意事项:

  • 弯曲轨迹应垂直交错,如下所示。

PCB刚柔结合降低电子产品组装成本

交错的柔性 PCB 走线

  • 走线应该是弯曲的。应避免沿走线的锋利边缘。

PCB刚柔结合降低电子产品组装成本

刚柔结合 PCB 上的弯曲走线

对于刚柔结合设计,孔到挠曲距离很重要。那就是过孔和刚柔结合过渡区之间的距离。对于高可靠性应用,避免低于 50 密耳。请记住在刚柔结合设计中最容易打破的规则:大多数制造商不允许小于 30 密耳用于商业应用。

PCB刚柔结合降低电子产品组装成本

刚挠结合 PCB 中的孔到挠曲距离

  • 保持柔性层的数量尽可能少。

  • Sierra 建议在设计刚柔结合板时将柔性层置于刚性层中。层数应始终为偶数。

  • 钻到铜应该是 10 密耳。钻到铜对刚柔结合非常重要。

下面显示了一个示例 4 层刚柔结合叠层。

PCB刚柔结合降低电子产品组装成本

示例 4 层刚柔结合叠层

请记住,刚柔结合 PCB 设计的制造成本可能很高,但它们可以在系统组装过程中节省成本。在规划阶段,您越早咨询 PCB 制造商,您的 PCB 就越好。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。在您的设计中使用刚柔结合 PCB 将显着降低组装成本。Sierra Circuits 的柔性印刷电路板服务包括柔性原型、高科技快速转动刚柔结合 PCB 和用于柔性的 HDI。我们提供单层、双层、刚柔结合、多层和 HDI 柔性 PCB。