Rigid-Flex的多層疊該如何設計呢？

Rigid-Flex剛?cè)犭娐返娜筇卣魇荕ulti-bending（多彎曲），Multi-stackup（多層疊），Multi-zone（多區(qū)域）。

這篇文章中，我們詳細了解一下Rigid-Flex的多層疊設計。

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Multi-Stackup

多層 疊

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

Single Stackup 單一層疊

無論何種基板，至少有一種層疊結(jié)構(gòu)，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(jié)構(gòu)layer stackup，我們稱之為單一層疊結(jié)構(gòu)，Single stackup，如下圖所示為8層板的層疊結(jié)構(gòu)。



Single Stackup -8layer

可以看出，雖然是單一層疊結(jié)構(gòu)，其層數(shù)也可能很多，許多PCB板雖然是單一層疊，其層數(shù)可能多達幾十甚至上百層。由于整個板子采用的是一種層疊，因此稱為單一層疊結(jié)構(gòu)。

實際上，在基板的不同位置，對層疊的需求是不同的，有些地方需要層數(shù)很多，以提高布線密度和布通率，有些地方則需要少量的布線即可，那么，可不可以在板子不同的區(qū)域采用不同的層疊呢？答案是肯定的，這就是多層疊的思路。

下圖是單一層疊結(jié)構(gòu)和多層疊結(jié)構(gòu)的比較：

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那么，如何設計多層疊結(jié)構(gòu)呢？

Multi-Stackup 多層疊

對于剛?cè)犭娐坊?，由于不同的區(qū)域功能差異很大，有些區(qū)域需要進行彎曲或者折疊，有些區(qū)域需要加強以安裝元器件，單一層疊已經(jīng)無法滿足要求，只能采用多種層疊結(jié)構(gòu)，Multi-stackup。

在基板的不同位置，其厚度和層疊結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)Multi-stackup的層疊定義可能會多達幾十種，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。

下圖中，我們看到，已經(jīng)有Primary, Flex, Flex2, A, B, C, D, E, F 9種層疊定義，通過點擊最右側(cè)的 + 號，可以繼續(xù)增加新的層疊。

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所有這些層疊結(jié)構(gòu)中，我們可以新定義層疊，也可以刪除現(xiàn)有層疊，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 + otherStackups。

在設計軟件的Stackup中定義多種層疊結(jié)構(gòu)，并為每種層疊指定相應的層，多層疊就設計好了。

02

Layers inStackup

不 同 種 類 的 層

層疊是由不同的層組成的，這些層可分為導體層Conductor layer，介質(zhì)層Dielectric layer，和掩膜層Mask layer。

多層板的基本特征，是將導體層和介質(zhì)層間隔放置，然后壓合在一起，再通過過孔將各層的電路進行連接，基板先壓合再打孔，這種工藝被稱為層壓法Laminate。

層壓法由于采用的是機械鉆孔，因此孔徑和孔間距都比較大，難以適應高密度設計的需求，隨著設計密度提升，采用了激光鉆孔，激光鉆孔效率高，孔徑小，密度大，但是激光通常只能燒穿介質(zhì)，遇到金屬會發(fā)生反射，因此只能鉆一層孔，壓合一層，然后再鉆孔再壓合，一層層往上積累，因此稱為積層法Buildup。

層壓法采用的介質(zhì)玻璃纖維含量高，強度和硬度比較高，積層法采用的介質(zhì)樹脂含量高，質(zhì)地軟，激光鉆孔效率高。實際應用中，層壓法和積層法常常結(jié)合使用，例如在中間層采用層壓法增強板子強度，外側(cè)的層采用積層法提高激光鉆孔效率和鉆孔密度。

下圖所示為8層基板，中間4層采用層壓法，外側(cè)的4層采用積層法，稱為2+4+2層疊結(jié)構(gòu)。

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在基板的頂層導體層和底層導體層之外，通常覆蓋著Mask層。對于單一層疊的剛性基板，這些Mask層通常就是Soldermask阻焊層。

對于Rigid-Flex剛?cè)犭娐?，Mask層種類比較多，通常包括：Soldermask，Coverlay，EMIShielding，Selective Plating，Stiffener等。這些Mask層可分為兩大類，導體Mask和非導體Mask。

Soldermask阻焊層

Soldermask阻焊在普通剛性基板和剛?cè)犭娐分芯袘?，在柔性電路上用的阻焊層是固化至硬化狀態(tài)的環(huán)氧基液體，所以其初始狀態(tài)是液體，通過掩膜版印刷在基板表面，起到隔離焊盤和保護的作用。一般在設計中以負片Negative形成呈現(xiàn)，即有圖形的地方挖空，沒有圖形的地方填充環(huán)氧基。實際應用中Soldermask多呈現(xiàn)綠色，因此也被稱為“綠油”，當然顏色可以靈活選擇，因此也有其他顏色的Soldermask。

目前有一種新型的Soldermask稱為LPI或者LPISM 液體光成像阻焊(Liquid Photo Imageable Soldermask)。是一種雙組分液體油墨，在應用前混合以保持其保質(zhì)期。LPI 優(yōu)于環(huán)氧基液體，可以精確印刷，與 PCB 形成更好的接觸，因此更耐用。

Coverlay 覆蓋層

Coverlay在柔性電路中應用比較普遍，采用聚酰亞胺覆蓋層，其基本功能和Soldermask相同，起著絕緣和保護外層電路的基本功能。Coverlay以薄膜形態(tài)呈現(xiàn)，通常是聚酰亞胺實心片材，這點和Soldermask由液態(tài)固化至硬化狀態(tài)有所不同。

在設計上Coverlay通常采用正片Positive設計，即空洞的地方挖空，有圖形的地方覆蓋。Coverlay多以橙黃色呈現(xiàn)，覆蓋在Rigid-Flex需要絕緣和保護的地方。

EMIShielding 電磁屏蔽層

EMI Shielding 能夠屏蔽或者減少電磁場的傳遞，消除不必要的電磁干擾。防止信號進入敏感系統(tǒng)或防止信號從嘈雜的系統(tǒng)中逸出。EMI Shielding可以減少許多不同類型的干擾，包括電磁場、靜電信號和無線電波的 EMI。

在Rigid-Flex中，EMI Shielding 通常以大面積導體薄膜形態(tài)覆蓋在基板表層，通過Soldermask或者Coverlay上的開口，形成小的金屬形狀連接連接到表層導體Top Conductor 的GND上。

EMI Shielding 上方有保護層，下方有粘結(jié)層用于粘結(jié)到基板上。

Selective Plating 選擇性電鍍層

Selective Plating選擇性電鍍，在基板的表層，只電鍍一部分，而不是電鍍整個表面，此過程通常稱為選擇性電鍍或刷鍍。有些情況下，選擇性電鍍看起來有些像焊接，例如對焊盤表面的電鍍，操作員握住柔性刷將電鍍液涂抹在焊盤上，采用與電鍍相同的原理，對焊盤表面進行金屬化處理。

Stiffener 加強筋層

在柔性電路的某些區(qū)域，由于需要焊接元器件等原因，需要對基板強度進行加強。這些加強的部分就是Stiffener加強筋。

Stiffener通常沒有電氣特性，對柔性電路局部進行結(jié)構(gòu)加強，對器件和連接器起到結(jié)構(gòu)支撐作用。

以上層的類型，就是Rigid-Flex中常用的層。

另外，還有絲印層 Silkscreen，焊膏層Solderpaste 等，在剛性基板中也比較普遍，這里就不一一介紹了。

審核編輯：劉清