PCB設(shè)計(jì)之柔性電路的注意事項(xiàng)

柔性電路布線中該做和不該做的事情

層堆疊設(shè)計(jì)、器件布局和剪切等問(wèn)題都是顯而易見(jiàn)的，似乎我們已經(jīng)把它們解決了。但是，請(qǐng)注意我在這個(gè)系列的第一個(gè)博客中提到的，柔性電路中會(huì)遇到很多材料的弱點(diǎn)。從相對(duì)較高z軸膨脹系數(shù)的粘合劑，到低粘度的PI襯底覆銅，到銅的硬化和疲勞。下面陳述的該做和不該做，將會(huì)很大程度上彌補(bǔ)上述不足。

保持柔性板的柔韌性

要事先根據(jù)需要確定柔性電路柔韌度，這是顯而易見(jiàn)，但我們還是要再次強(qiáng)調(diào)。如果柔性電路部分只打算在裝配過(guò)程中折疊，然后裝在一個(gè)固定的位置，比如，安裝在一個(gè)手持式超聲設(shè)備中，那么我們?cè)谶x擇信號(hào)的層數(shù)和銅皮類(lèi)型（RA或ED）上，會(huì)有很大的自由度。另一種情況，如果柔性電路部分要不斷移動(dòng)、彎曲或旋轉(zhuǎn)，那么就應(yīng)該減少層數(shù)，并選擇無(wú)膠材料。

我們可以使用IPC-2223B公式（公式1表示單面，公式2表示雙面，等等），根據(jù)銅的允許變形程度和其他材料特性，來(lái)確定最小允許彎曲半徑部分。

T這個(gè)例子的公式是針對(duì)單面柔性板的，我們根據(jù)實(shí)際使用狀況來(lái)選擇EB，對(duì)于很少?gòu)澢鷳?yīng)用的選擇16%，靈活安裝的應(yīng)用使用10％，動(dòng)態(tài)的柔性設(shè)計(jì)使用0.3%（來(lái)源：IPC-2223B，2008，http://www.ipc.org/TOC/IPC-2223B.pdf）。動(dòng)態(tài)是指產(chǎn)品使用過(guò)程中的持續(xù)的彎曲和旋轉(zhuǎn)，例如：移動(dòng)DVD播放機(jī)中的TFT面板連接。

不要在拐角處彎曲

通常我們建議要保持柔性電路的銅皮走線沿著垂直方向彎曲。但有時(shí)做不到，那么請(qǐng)盡量減少?gòu)澢群皖l率，也可根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)要求使用錐形彎曲。

圖1：首選的彎曲位置。

使用弧形走線

正如上面圖1所示，最好避免使用突兀的直角或者硬直的45°角走線，而是使用弧角走線模式。這樣可以在彎曲過(guò)程中，減少銅皮的應(yīng)力。

不要突然改變走線的寬度

當(dāng)走線鏈接到焊盤(pán)時(shí)，特別是整理排列的柔性電路終端（如下圖所示），將會(huì)形成一個(gè)薄弱的著力點(diǎn)，隨著時(shí)間的推移銅皮很容易老化。除非使用加強(qiáng)板或者應(yīng)用過(guò)程中不會(huì)彎折，否則建議采用如下的逐漸變窄的接線方式（提示：在柔性電路板中對(duì)于焊盤(pán)和過(guò)孔進(jìn)行淚滴處理！）

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圖2：走線線寬的突變或者連接到焊盤(pán)會(huì)造成薄弱著力點(diǎn)。

使用多邊形

有時(shí)，在柔性板上放置電源或者地平面是非常有必要的。如果不介意顯著降低靈活性以及可能會(huì)使銅皮褶皺，你可以選擇使用實(shí)心銅。一般來(lái)說(shuō)，為了保持高度的靈活性最好使用陰影多邊形敷銅。

提到這一點(diǎn)，我同時(shí)想到，傳統(tǒng)的陰影多邊形會(huì)在0°、90°和45°角的方向存在多余的銅皮加強(qiáng)。更優(yōu)化的模式是六角形方式。使用負(fù)片層和陣列的六角焊盤(pán)就可以解決這個(gè)問(wèn)題，使用復(fù)制和粘貼的方法可以更快速地建立陰影多邊形。

圖3：?使用六邊形敷銅可以均勻平衡三個(gè)角度的應(yīng)力

為焊盤(pán)提供加固

由于采用了低粘性的粘合劑（相對(duì)于FR-4），柔性電路上的銅更容易從聚酰亞胺基板上脫離。所以給裸露的銅皮提供加固尤為重要。涂鍍的通孔為2個(gè)柔性層提供了恰當(dāng)?shù)腻^定，所以使用過(guò)孔是非常好加固方式。正因如此（提供了z軸的擴(kuò)展），許多加工廠建議在軟硬結(jié)合板和柔性電路上添加深度達(dá)1.5密耳的涂鍍通孔。表面貼裝的焊盤(pán)和非涂鍍的通孔焊盤(pán)本身沒(méi)有加固措施，所以需要額外的加固來(lái)防止脫離。

圖4：柔性電路的焊盤(pán)加固方式，涂鍍、增加錨定、減少覆蓋膜的開(kāi)口

參照?qǐng)D4，?第二個(gè)選項(xiàng)適合有膠型覆蓋層，第三個(gè)選項(xiàng)適合無(wú)膠型覆蓋層。使用粘合劑的保護(hù)膜，會(huì)出現(xiàn)“溢膠”的現(xiàn)象，所以焊盤(pán)與開(kāi)孔之間的縫隙必須足夠大，以保障優(yōu)良的助焊成形。

SMT元件焊盤(pán)是最脆弱的，尤其柔性電路會(huì)在元件的剛性引腳和焊盤(pán)下彎曲。圖5和圖6顯示了如何使用覆蓋層在焊盤(pán)的兩端加固焊盤(pán)。做到這一點(diǎn)，柔性板上的焊盤(pán)必須要比典型的剛性板上的焊盤(pán)大一些。在看圖6的對(duì)比，柔性板上安裝元件的SMD焊盤(pán)。這會(huì)顯著降低了柔性電路元件的安裝密度，但與剛性電路相比，柔性電路的密度本來(lái)就不能太高。

圖5：?SOW封裝的覆蓋膜開(kāi)口，顯示出它在每個(gè)焊墊兩端的加固。

圖6：?調(diào)整焊盤(pán)尺寸和覆蓋層的開(kāi)孔。上面是典型的0603封裝形式，下面是為了使用覆蓋層加固修改的封裝形式。

保持雙面柔性

對(duì)于動(dòng)態(tài)的雙面柔性電路，盡量避免在同一方向放置走線，而是需要把（圖7）它們錯(cuò)開(kāi)，使銅皮走線均勻分布（圖8）。

圖7：不推薦的相鄰層銅皮走線。

圖8：首選交錯(cuò)式的相鄰層銅皮走線。

至此，這個(gè)系列的博客還未完結(jié)?，F(xiàn)在你應(yīng)該對(duì)于如何設(shè)計(jì)柔性電路，來(lái)達(dá)到最佳的產(chǎn)量和最高可靠性的產(chǎn)品，已經(jīng)有了一些想法。但還要注意在成本、性能和可靠性之間找到合適的平衡點(diǎn)。