剛柔電路Rigid-Flex三大特征分析

剛柔電路 Rigid-Flex Printed Circuit Board可以簡稱為Rigid-Flex，是單一電路板上既包含剛性基板也包含柔性電路的一種電路結構形式。

Rigid-Flex 由于其具備短、小、輕、薄等特點，受電子產品小型化、低功耗、高性能需求的推動，是電路基板技術發(fā)展的重要方向。

隨著現代電子產品功能越來越強大，其內部結構及其連接也越來越復雜，對電路板提出了更高的要求，傳統的剛性PCB或者基板難以滿足產品需求，剛柔電路就自然出現了。

Rigid-Flex由剛性基板和柔性電路組成，柔性電路直接和剛性基板連接，無需接插件。

由于Rigid-Flex的柔性部分可靈活彎曲，安裝在Rigid-Flex上的元器件可以多種空間角度呈現，比傳統的電子集成方式更加靈活，就如同多了一種維度，因此被稱之為“4D”集成。

在電子集成技術中，將帶有基板彎曲和折疊的集成技術定義為“4D”集成。詳細可參看前面發(fā)表的文章：“電子集成技術”全面解析

剛柔電路體積小、重量輕、能靈活彎曲，滿足復雜空間結構的應用，被廣泛用于現代化的電子設備，并成為移動通信產品的理想選擇。 要正確地設計和應用剛柔電路，我們首先要對其基本特征有清晰的概念。 通過總結，我將剛柔電路的基本特征歸結為三個：Multi-bending（多彎曲），Multi-stackup（多層疊），Multi-zone（多區(qū)域）。

?多 彎 曲? ? ? ? ? ?

Multi-bending（多彎曲）是剛柔電路給人最直觀的印象，因為采用柔性電路的首要目的就是彎曲，Rigid-Flex能夠輕松地彎曲、折疊和扭曲。

既然定義為Multi-bending，就不僅僅是少數幾個彎曲了，復雜的Multi-bending可以多達數十個彎曲，彎曲半徑和角度也有很大的范圍，小的彎曲半徑比基板厚度大不了多少，從外觀上看如同柔性電路折疊一樣，每個彎曲的角度也可以從0-180度靈活設計。

復雜的剛柔電路含有多達幾十個彎曲，這些彎曲就如同蟒蛇一樣糾纏在一起，讓人眼花繚亂，分不清楚基板的頂面和底面，如果我們想象一下在剛柔電路上行走，上下左右會不斷變幻，就真的如同進入"4D"空間一般。

無論彎曲如何復雜多變，有一個原則不可違背，電路的各個部分在空間不能出現干涉。因此，設計彎曲時需要考慮彎曲的位置、方位、角度、半徑等多種因素，另外，材料的厚度、材質等也是制約彎曲的重要因素。

此外，在彎曲的區(qū)域一般是禁止放置過孔和元器件的，我們稱之為Via keepout（過孔避讓）和Component keepout（器件避讓）。

?多?層 疊? ? ? ? ? ?

Multi-stackup多層疊，是指在基板的不同區(qū)域，其層數和厚度是不同的，即基板需要定義多種層疊結構。

無論何種基板，至少有一種層疊結構，例如我們常見的4層板、6層板、8層板都會對應一種層疊結構layer stackup，我們稱之為單一層疊結構，Single stackup，如下圖所示。

Single stackup

對于剛柔電路基板，則常采用多種層疊結構，Multi-stackup，即在基板的不同位置，其厚度和層疊結構是不同的，如下圖所示。厚的層疊通常應用于剛性基板部分，柔性電路部分的層疊則會比較薄，適合彎曲折疊。

Multi-stackup

多層疊結構Multi-stackup可能會多達十多種，只要層疊厚度不同，或者層疊中材料不同，就需要定義一種新的層疊。

所有這些層疊結構中，我們可以新定義層疊，也可以刪除層疊，但有一個層疊是不可被刪除的，并且始終處于默認的位置，該層疊稱為主層疊Primary stackup。

Primary stackup在多層疊和單一層疊中都存在，單一層疊只有Primary stackup，多層疊則為Primary + other?stackups。

?多?區(qū) 域? ? ? ? ? ?

上文中我們描述的了Multi-stackup多層疊，是指在基板的不同區(qū)域，采用不同的層疊結構，其層數和厚度是不同的。那么，不同的層疊如何體現在在具體的區(qū)域呢？就引出多區(qū)域Multi-zone的概念。

對于整個剛柔電路，根據功能需要將其分割成不同的區(qū)域 zone，每個區(qū)域指定不同或者相同的層疊結構，這樣不同的層疊就分配到了具體的區(qū)域。

Multi-zone?definition

Assign stackup to each zone

Rigid-Flex的區(qū)域劃分需要在基板上繪制圖形zone shape，然后再指定stackup。那么，對于基板上沒有繪制zone shape的區(qū)域如何定義層疊呢，那就是默認的Primary stackup。

因此，我們知道，對于剛柔電路來說，并非所有的區(qū)域都需要定義zone，對于沒有定義zone的區(qū)域，其層疊為默認的Primary stackup。

從物理結構上來說，Multi-stackup是在基板的Z軸定義的，Multi-zone是在基板的XY 平面定義的，它們是相對獨立的，但又相互依存。

一般，我們先定義multi-stackup，再定義Multi-zone，然后將zone和stackup相互映射。Multi-stackup和Multi-zone是相互依存的，雖然它們可以獨立存在于設計工具中，但如果沒有一個，另一個就會失去原本的功能。

?總 結?

Multi-bending（多彎曲），Multi-stackup（多層疊），Multi-zone（多區(qū)域）是剛柔電路Rigid-Flex最基本的三個特征。

隨著人工智能AI技術的快速發(fā)展，機器人必將走進千家萬戶，成為人類社會新的增長點。由于機器人需要像人類一樣活動，并且每個關節(jié)都需要通過電路來驅動，剛柔電路 Rigid-Flex將是不可或缺的，其市場需求也必然會呈現爆發(fā)式增長。?

因此，工程技術人員有必要學習更多的Rigid-Flex知識，為未來做好技術準備。

編輯：黃飛