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柔性印刷電路板設(shè)計(jì)基礎(chǔ)
柔性印刷電路板設(shè)計(jì)基礎(chǔ)
柔性PCB已經(jīng)徹底改變了許多行業(yè)，尤其是在貼合監(jiān)測(cè)和生物識(shí)別貼片方面的醫(yī)療行業(yè)。
這些設(shè)備變得越來(lái)越重要。它們背后的技術(shù)是什么？
幾乎所有電子設(shè)備，包括電話(huà)、電視和電器，都配備了印刷電路板 (PCB)。該復(fù)合材料是眾所周知的。這些板由層壓的導(dǎo)電絕緣層組成。它們有兩個(gè)用途：它們將電子元件安裝在外層的指定位置，并在元件端子之間提供可靠的電氣連接。
這些電子元件、電阻器、電容器、微控制器、接口等使用化學(xué)蝕刻工藝通過(guò)跡線、平面和其他特征進(jìn)行電子連接，該工藝將銅層層壓到非導(dǎo)電基板的薄片上。
PCB演變
PCB是在 20 世紀(jì)初創(chuàng)建的。雖然它們隨著新技術(shù)的出現(xiàn)而不斷發(fā)展，但它們的基本設(shè)計(jì)保持不變：一個(gè)充滿(mǎn)電子元件的剛性板。
通過(guò)利用半導(dǎo)體封裝技術(shù)的快速進(jìn)步，行業(yè)專(zhuān)業(yè)人士可以制造更小、更高效的電子產(chǎn)品。這催生了可穿戴技術(shù)，例如 AR/VR 眼鏡和智能手表。
這也導(dǎo)致了貼身醫(yī)療設(shè)備的出現(xiàn)，這些設(shè)備可以通過(guò)直接接觸佩戴者的皮膚來(lái)監(jiān)測(cè)佩戴者的健康狀況。智能手機(jī)現(xiàn)在也可以使用折疊顯示器。需要一種可以彎曲和翹曲超過(guò)直角的新型 PCB來(lái)實(shí)現(xiàn)這些設(shè)備。工程師們接受了使用各種材料和技術(shù)（包括透明聚酯和聚酰亞胺）制造柔性電路板的挑戰(zhàn)（圖 1）。
不同類(lèi)型的柔性PCB
今天的制造商選擇使用兩種類(lèi)型的柔性板：剛?cè)峤Y(jié)合和柔性PCB。柔性電路板，也稱(chēng)為柔性 PCB或柔性電路板，其功能與剛性對(duì)應(yīng)物相同。電子設(shè)備放置在柔性基板而不是平臺(tái)上。與平面相比，柔性PCB允許以不同的配置和形狀形成電子設(shè)備。這些可以根據(jù)它們的配置和層分為兩種最流行的類(lèi)型。
剛性-柔性PCB可以被描述為混合型。它們是兼具柔性和剛性的板，可支持各種表面安裝設(shè)備（也稱(chēng)為電子設(shè)備）和連接器。SMD安裝在柔性基板上，而連接器安裝在剛性表面上。這種配置確保了穩(wěn)定的連接，并最大限度地減少了重復(fù)使用造成的損壞。由于連接終端位于剛性表面上，因此剛?cè)峤Y(jié)合配置允許SMD具有更大的容量。
HDI PCB的布線密度高于剛性PCB。它們還提供更精細(xì)的線路和空間以及更小的通孔和捕獲焊盤(pán)尺寸以及更高密度的連接焊盤(pán)。柔性基板可以從這些PCB中受益，因?yàn)樗鼈兛梢耘c更薄的層一起使用，或者在某些情況下不需要多層。
層數(shù)有助于對(duì)FCB進(jìn)行分類(lèi)。單層板是具有單層聚酰亞胺基板和薄銅層的板。這可以通過(guò)一側(cè)訪問(wèn)。您還可以找到具有雙通道和雙面FCB的單面FCB，在基板和多層FCB上都有導(dǎo)電銅，具有單面和多面通道。
PCB的靈活設(shè)計(jì)
在設(shè)計(jì)柔性PCB時(shí)，最重要的問(wèn)題是PCB的彎曲程度。它的彎曲能力將決定板子是靜態(tài)的還是動(dòng)態(tài)的。
靜態(tài)板被認(rèn)為是彎曲安裝，并且在其使用壽命期間可以彎曲少于100次。因?yàn)閯?dòng)態(tài)板必須承受大量的彎曲，所以它們的設(shè)計(jì)必須更堅(jiān)固。彎曲半徑是彎曲區(qū)域的最小曲率，也必須在設(shè)計(jì)過(guò)程的早期考慮和確定。這將確保設(shè)計(jì)能夠承受彎曲而不會(huì)對(duì)銅造成損壞。
在設(shè)計(jì)時(shí)，重要的是要考慮使用阻焊層或其他材料來(lái)覆蓋FCB的導(dǎo)電層。加強(qiáng)筋將增加您設(shè)計(jì)的剛度并降低某些或所有區(qū)域的靈活性。
與具有分層設(shè)計(jì)的傳統(tǒng)PCB一樣，FCB也具有分層結(jié)構(gòu)。因此，在設(shè)計(jì)階段必須考慮材料的選擇。例如，薄膜層為導(dǎo)體載體供電，并在電路中充當(dāng)絕緣層。但是，它也必須是靈活的。這些類(lèi)型的基材通常由聚酰亞胺或PET（聚酯）制成，它們可以很好地用作絕緣體。還使用芳綸、PTFE和PEN。
由聚酰亞胺制成的柔性芯也適用于FCB設(shè)計(jì)。這些芯用電沉積或軋制退火銅包覆。這是非常薄的，可用于靜態(tài)和動(dòng)態(tài)應(yīng)用程序。
FCB有兩種類(lèi)型的材料可供選擇：使用丙烯酸粘合劑將銅與聚酰亞胺粘合的粘合劑基材料，以及將銅直接澆鑄到聚酰亞胺基板上的無(wú)粘合劑材料。粘性材料在加熱時(shí)會(huì)導(dǎo)致裂縫。它們還可以使銅層壓板更厚，并吸收水分，這使得它們不適合某些環(huán)境。
這些是無(wú)粘合劑材料可以派上用場(chǎng)的地方。這些材料可以承受惡劣的環(huán)境并提供其他好處，例如減少?gòu)澢穸取⒏玫娜犴g性和更高的額定溫度。
911EDA擁有專(zhuān)業(yè)的PCB設(shè)計(jì)師來(lái)支持您的柔性設(shè)計(jì)要求。
靈活的PCB堆棧
PCB堆棧是指在設(shè)計(jì)最終布局之前由銅和絕緣體組成的層的排列（圖 3）。堆疊層允許通過(guò)使用其不同層將多個(gè)電子電路組裝在一塊板上。然而，疊層PCB設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)提供了許多其他好處，例如減少外部噪聲和提高電磁兼容性。多層增加了電路板分配能量、減少交叉干擾和消除電磁干擾的能力。它們還支持高速信號(hào)。
與傳統(tǒng)的PCB一樣，它們可以由一層或多層制成。這表示銅跡線、粘合劑、層壓板、聚酰亞胺材料和銅跡線的數(shù)量。層數(shù)會(huì)影響數(shù)量。例如，四層電路將包括四條銅跡線和四層粘合劑或非粘合劑、層壓板和相應(yīng)的基板材料。為了保持靈活性并最大限度地減少損壞，許多制造商將柔性材料放置在疊層的中間。
在決定要使用的層數(shù)之前，您需要考慮幾個(gè)因素。其中包括工作頻率、布線頻率、屏蔽要求和附加屏蔽。這些因素將允許您確定所需的層數(shù)并確保FCB正常運(yùn)行。
結(jié)論
隨著新技術(shù)的發(fā)展，柔性印刷電路板將不斷發(fā)展。想象一下，能夠在洗衣機(jī)中清洗醫(yī)療監(jiān)控設(shè)備或在水下佩戴生物識(shí)別貼片，而無(wú)需擔(dān)心腐蝕。
柔性電子產(chǎn)品已經(jīng)能夠從人體中獲取數(shù)據(jù)。看到這項(xiàng)技術(shù)在哪里實(shí)施將是令人興奮的。這是對(duì)柔性PCB設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)要介紹。它只會(huì)概述其創(chuàng)建過(guò)程中使用的過(guò)程和材料。