下一级嵌入式设计的柔性电路

文章：Zulki Khan

如今，技术趋势越来越倾向于柔性电路或用于可穿戴/物联网PCB设计的刚性-柔性电路组合。万博投注网址可以说，这些趋势使我们处于一个不同的基础上。因此，在进入下一个嵌入式设计阶段时，掌握新的设计术语和需要考虑的内容是很重要的。

板模量是指板的结构，低模量意味着板的结构较软，而高模量则是指板的结构较硬，有加强筋。如图1顶部所示的加强筋为柔性电路提供刚性，以实现稳定的焊接;组件安装在加强筋的另一侧如图1底部所示。加强筋是一种廉价的方法来加固柔性板的某些区域，如SMT区域、引脚区域或组件的孔模式位置
安装。

___figure 1：__ *加强筋为柔性电路提供刚性，用于稳定焊接（顶部）和安装在加强筋（底部）的相对侧的部件（源头：NexLogic Technologies）*

根据该位置安装的组件，SMT区域并不总是需要加强筋。但是，添加加强件将增加成本很少。加强筋用于加强焊点，有时用于强制选定区域中的弯曲线。加强件可以由FR4，聚酰亚胺，铜或铝基材料制成。

围绕弯曲

无论应用程序如何，Flex电路都必须是柔韧的和可弯曲的，但问题是：它可以是多么柔韧和弯曲？陪审团仍然是弯曲性（或“弯曲”）的精确性。截至本文，IPC与呼叫相当保守。因此，实质上，弯曲性的确切定义或仪表并未被钉住，可能不会是由于其模糊性质。给出的最佳建议是依赖于经验丰富的EMS提供商，其在其皮带下具有多个可穿戴/物联网PCB设计，并且具有与柔性电路弯曲性相关的危重细微差别的仓库。万博投注网址

已经说过这一点，很好地了解弯曲半径，弯曲比和菌株，所有这些都是不可分割的。弯曲半径，顾名思义，您可以在休息或引发潜在骨折之前弯曲该柔性电路。还有必要知道弯曲半径的测量从弯曲的下侧表面进行。同样，建议与Savvy EMS提供商合作，分析和解决弯曲半径问题和问题。

第二项，弯曲比，考虑弯曲半径与弯曲电路厚度的比值。例如，用于医疗电子可穿戴设备的多层柔性电路的弯曲比至少为20:1。相比之下，对于单面和双面弯曲电路，弯曲比应至少为10:1。更紧的弯道可能会造成电路损坏的风险。它总是更好的使用更多的渐进的角度，而不是一个直角弯曲与尖锐的半径。弯曲半径是通过测量从弯曲的内表面到半径中心的距离来计算的。

知道有两个方面与柔性电路弯曲有关也很重要。一个是静态或一次性弯曲;另一个是涉及多个弯曲操作的动态柔性。用于静态弯曲的弯曲半径应至少10倍电路的厚度，并且临界层上的应变应为2.2％或更低。另一方面，动态弯曲电路的弯曲半径应为25次或更小。

用于动态弯曲电路的弯曲半径，例如用图2中所示的μBGA封装填充的实施例，应小于0.8％循环，小于0.6％，持续100,000个循环，小于0百万个循环，百万个周期或更多次数小于0.2％。

___figure 2：__ *用μBGA包装填充柔性电路（来源：NexLogic Technologies）*

如上所述，由板的弯曲作用产生的弯曲半径，弯曲比和菌株在不可缩放地交织出来。在菌株的情况下，这些已经内置于制造商生产柔性电路时。换句话说，应变是不同电路层中固有的，并且可以用诸如加强件的应变浮雕装置来减轻。

介电厚度

弯曲电路中的电介质材料根据其厚度的不同会产生更大的应变。介质加强筋与厚度的比例不同。根据基础应用选择介电材料可使完成的弯曲电路具有所需的质量。在阻抗控制设计中，可以调整导体宽度和介质厚度，以满足所需的阻抗结果万博投注网址。

如前所述，高模量PCB是具有加强筋的硬板。这里，弯曲半径非常重要，需要考虑因子，因为弯曲比的计算还应包含加强件的厚度，从而增加柔性电路的总厚度。保持弯曲比例小增加了Flex电路的可靠性。

这意味着理解弯曲电路层中不同层次的应变是很重要的。反过来，这意味着知道哪些层使用了多少铜。改变铜的用量对应变差的影响最大。

例如，采用半盎司铜重量的柔性电路。这将弯曲具有特定弯曲比的特定应变量。但是，如果铜的量加倍到一盎司，则柔韧性将会显着降低，并且弯曲比率将受到限制，因为铜厚度加倍，从而产生整体较厚的柔性架构。所有这一切都意味着您必须非常仔细地计算弯曲比率。

此外，您必须检查弯曲材料内不同层的铜厚度。这是因为厚度影响弯曲比率和应变因子。您可以针对某些应用程序使用某些类型的Flex材料，因此不是“单尺寸适合所有人”的情况。

通过安排

当谈到放置通道时，有一定的规则你必须遵守，因为由于弯曲和曲率，通道会经历很多疲劳。同样，层数越多，通道维护其完整性就越困难，因为它们必须保持与电路的多层的一致性。以六层柔性板为例。你需要确保当电路静止时，以及在弯曲和弯曲时，每一层内部都与其他所有层粘在一起。

重要的是要适当地放置通过，请牢记电路的弯曲运动。在间距方面，建议您在其他通孔之间保留20密耳间隙，这些通孔在同一板上放置在同一板上，以及从通孔到电路板边缘的20密耳之间。

当您放置通孔时，您可以定义PCB布局上的区域，其中电路不会弯曲 - 或者任何弯曲最小的位置 - 然后将您的通孔放在这些区域中。

在刚性柔性板的情况下，如图3所示，您可以在弯曲电路中放置最小数量的通孔，并尝试将大部分通孔保持在刚性部分中。此外，当您放置通孔时，用于柔性电路的典型通孔尺寸为5密耳;但是，根据应用程序和宽高比，可以使用不同的通过大小。

__5：__ *刚性柔性板以面板形式（来源：NexLogic Technologies）*

经验法则是将通孔保持在适当的位置，以便它们正在执行它们的主要功能，即携带电流。同时，弯曲电路必须具有完整性以保持连接并能够拒绝弯曲的疲劳。

常规与退火铜

作为可穿戴/物联网产品设计师，您可能不会遇到这个特定地区，因为制造商生产即用型柔性电路。但是，这将使您成为掌握，并且可能避免设计问题。对于初学者，不要在柔性电路中使用电解沉积或ED铜。ED铜通常用于刚性PCB;对于柔性电路，最好使用轧制退火铜。

轧制铜是一种更好、更柔韧的材料。它的表面经过处理，使其光滑，这意味着它更容易弯曲和弯曲。话虽如此，一些具有特殊晶粒结构的ED铜版本可以非常有效地弯曲电路。然而，在大多数情况下，这些ED铜对大多数可穿戴/物联网设备来说并不划算。

刚性弯曲电路

柔性层芯厚度起着重要作用，以及保持所有刚性区域的表面厚度。至于刚性电路，要避免在另一在一侧和62 32密耳，例如，否则刚挠性结合电路制造的连续层压工艺成为问题和姿势的困难，所以它是谨慎地保持相同的终点厚度在所有刚性区域。

通常，在刚性板中，您甚至有偶数层。相比之下，在Flex板中，您可以拥有偶数和奇数。例如，您可以在刚性侧上有六个层，但Flex侧只有三层。

在设计Flex时的层施工是非常重要的。您必须确保最小化弯曲半径的最薄可能结构，以提高灵活性。如果你有一个5万卡普顿材料与两密耳卡普顿，灵活性和弯曲半径将更好的为两密尔卡普顿。

此外，当设计刚性挠性电路时，必须确保灵活性和机械可靠性。你必须考虑到精细平衡的经验，以确保被设计的板有足够的灵活性，以执行其功能，并足够可靠，以承受弯曲和弯曲周期，这是计算其生命周期。通常情况下，你用半盎司的铜制作柔性板。在极端情况下，当需要高容量时，你可以使用一盎司，但这是例外，不是规则。

您需要做的一件事是执行配对结构。例如，如果您使用八层刚性板，可以使用四个Flex层或两层柔性电路。

此外，最好尝试在弯曲区域从一层到另一层的痕迹。这是因为当弯曲和弯曲次数过多时，进入弯曲区域的多个轨迹会长期危及弯曲电路。如果有偏移，那么所有的应力和应变不是集中在一点，而是分布在整个电路中。这意味着应力和弯曲区域在更长的时间内更加灵活和可靠。

当涉及阻抗控制设计时，有时可能无法偏移轨迹层。原因是您需要在邻近固体参考平面的旁边具有轨迹，这可能不允许您实现迹线的精确偏移。阻抗控制设计可能使其具有挑战性，以保持交错的迹线，这直接影响机械灵活性和可靠性。

可以做些什么是抵消带有后续层的阻抗控制迹线。例如，您可以在第3层上运行一个跟踪，可以在第4层上运行参考平面，您可以在第5层上运行另一个匹配的交错跟踪。因此，您可以抵消不同层之间的迹线，但您仍然需要为了使参考平面记住，因为阻抗是信号与参考平面的距离的函数。

在创建基于柔性电路的可穿戴和/或物联网设计时，用后续层偏移阻抗控制轨迹只是需要考虑的几个设计考虑因素之一。本文所阐述的要点是需要考虑的主要要点，包括弯曲半径、弯曲比、在不同位置产生的应变和通过放置。然而，随着设计的进行，您将发现其他因素，这取决于您的目标是消费者、工业万博投注网址、军事/航空航天还是医疗电子应用程序。