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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)測和生物識別貼片方面的醫(yī)療行業(yè)。
這些設(shè)備變得越來越重要。它們背后的技術(shù)是什么？
幾乎所有電子設(shè)備，包括電話、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)充滿電子元件的剛性板。
通過利用半導(dǎo)體封裝技術(shù)的快速進(jìn)步，行業(yè)專業(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)備可以通過直接接觸佩戴者的皮膚來監(jiān)測佩戴者的健康狀況。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直角的新型 PCB來實(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）。
不同類型的柔性PCB
今天的制造商選擇使用兩種類型的柔性板：剛?cè)峤Y(jié)合和柔性PCB。柔性電路板，也稱為柔性 PCB或柔性電路板，其功能與剛性對應(yīng)物相同。電子設(shè)備放置在柔性基板而不是平臺上。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尺寸以及更高密度的連接焊盤。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FCB進(jìn)行分類。單層板是具有單層聚酰亞胺基板和薄銅層的板。這可以通過一側(cè)訪問。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。
這些是無粘合劑材料可以派上用場的地方。這些材料可以承受惡劣的環(huán)境并提供其他好處，例如減少彎曲厚度、更好的柔韌性和更高的額定溫度。
911EDA擁有專業(yè)的PCB設(shè)計(jì)師來支持您的柔性設(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。
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別貼片，而無需擔(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。這是對柔性PCB設(shè)計(jì)的簡要介紹。它只會(huì)概述其創(chuàng)建過程中使用的過程和材料。