柔-刚性印刷电路板设计技术分析

　　

　  目前，有了柔性电路板这种基板，工程师可以设计出能够弯曲、扭曲的电子子系统，甚至可以用活动连接的方法把电子子系统连接起来。不仅如此，还能够提高整个相互连接的刚性印刷电路板的可靠性，并且不降低系统性能。翻盖式电话就是柔性电路板应用的一个典型例子。

　　对于一部翻盖式电话来说，最大的优点是不会因为使用了大显示屏而去缩小键盘的尺寸。对它来说，最大的问题是要保证显示屏和键盘之间的连接是可靠的。电路板组装件使用柔-刚性电路板技术，它不是用柔性连接件把多块刚性板连接在一起，而是用一种包含刚性部分和柔性部分的复合电路板。刚性部分安装键盘和显示屏，可弯曲的柔性部分用来进行连接，上面是印制连接线。使用柔-刚性印刷电路时，可以用线缆把多块刚性印刷电路板重新组合成一整块电路板。

　　图1印刷电路板编辑器显示了连接到两个固定部件的柔性电路。在此，我们可以清楚地看到这个弯曲的部分。

　　

　　为什么选择柔-刚性电路技术？

　　使用柔-刚性印刷电路板的优点非常明显；有所了解后，就可以知道它是否适合你的产品。以下是它的一些优点：

　　● 使用动态柔性电路技术，可以省去连接界面，提高产品的可靠性；

　　● 只用一块电路板，减少了装配工作，从而降低制造成本，在装配过程中也不容易出错；

　　● 不需要使用连接器，减轻重量；

　　● 更好地控制阻抗；

　　● 用一种CAD设计来取代各种印刷电路板数据库。

　　然而，在考虑使用柔-刚性印刷电路板时，工程师和设计人员首先必须解决一些难题。例如，不能像标准印刷电路板那样来进行柔-刚性电路板的设计。因此，我们必须彻底了解柔-刚性印刷电路板是怎么做出来的，以及在产品的使用时间内柔-刚性印刷电路板是如何工作的。

　　柔性技术的应用

　　在确定设计要求时，很重要的一点是考虑使用柔性技术，包括静态柔性技术和动态柔性技术。使用静态柔性技术时，电路是平放着装在产品中，组装时只弯一次，产品使用期间不再弯曲。使用动态柔性技术时，柔性电路板通常是连接到产品中的一个活动件，在产品使用期间，会不断地进行弯曲。

　　一旦决定要使用柔-刚性技术，那么，我们强烈建议制造商要尽早确认是否正确地遵照设计指南进行设计。同样重要的是，制造商应当充分了解它是用在什么地方和如何使用的。

　　柔性电路板的设计

　　对电路板设计人员来讲，有许多问题需要解决--不仅是设计复杂性方面的问题，而且包括使用的CAD工具。

　　CAD系统必须支持柔-刚性电路板所需要的特殊功能，例如：

　　● 用于多层叠合起来的材料（柔性材料、覆盖层和开孔）。

　　● 真正的弧形印制线--不是分段形成的弧形印制线。使用弧形可以减轻印制线上的应力。

　　● 对于动态柔性连接应用，线宽逐渐减少，拐弯处设计成圆角，这可以提高柔性，避免线宽突然改变，从而减小应力。

　　● 在弯曲的地方事先确定弯曲程度和折起来的线，包括滑盖式产品。

　　CAD结构必须充分考虑到设计上的约束，能够在刚性和柔性区域之间提供很好的相互配合，并且支持上述的这些特性条件。

　　不同类型约朿的区域。柔-刚性电路既受到电路层间的约束，同时，也受到区域的约束。如果我们要从电路一端的一个元件的管脚引出印制线， ，它经过柔刚重叠的部分，并且沿着柔性电路层到终端元件，这样，我们会遇到不同类型的约束--它对相互连接的印制线作了规定。例如，设计人员从刚性电路板A上的一个元件管脚引出一个信号，经由柔性连接线B，再连接到在电路板C上的连接部位（图1）。实际的线路是很简单的；然而，印制线的设计规则有很大的差别。从键盘开始（键盘上的基板是刚性的），根据印制线的约束，在电路板正面的印制线可以是90°和45°转弯。在经过柔刚重叠部分后，就是软线，而它的设计规则变了。

　　无论这个主板在生产时有多么的小心，在装配生产过程中，容差必须符合柔性材料的要求。在装配之前，铜印制线的任何锐角都有可能会造成的材料碎裂或损伤。为了避免这种情况出现，所有锐角都要设计成圆角，把锐角变成圆弧状，两条印制线之间的距离增大，而且印制线宽呈锥形变化，越来越窄。这种布线工具必须识别出用在软线上的不同约束。甚至在软线是夹在刚性层中间的情况下，当印制线伸到刚性部件的外面、处于裸露的软线上时，在这个区域里，机械应力更大，特别是通过像滑动键盘这类动态转轴时。

　　基板的柔性部件在滑盖式机构中的作用非常重要。由于键盘在主机板和显示板之间来回滑动，柔性弯曲部分可以从一个柔性材料的延伸展开。为了确保电路部件不受影响，在排列设计要非常细心。

　　与机械设计配合。柔-刚性印刷电路板与刚性电路板相比，具有一个不同寻常的优点，这就是，设计人员可以在三维状态下工作。电路板可以随着机壳或者转动机构的外形弯卷、折起、扭曲，甚至可以裹起来。从传统的角度来看，要费很多工夫作机械装配图。现在可以直接从MCAD系统中读出布局设计数据，用这个办法，得到刚性板的外形、柔性板的外形和贴片方面的约束条件。首先，输出电路板外形和贴装方面的约束数据，对MCAD设计的数据进行转换；然后，印刷电路板设计人员把电路板设计数据交给机械设计人员（图2）。

　　如果两种CAD工具之间的相互作用非常少，那么这个过程一般也不会成为问题。但是，当设计时间压缩到只有短短的几个星期时，这个设计方法无法进行，由于需要掌握许多版本的文件，要想让两个设计保持同步，显得问题重重。

　　图2:用一个三维观察器来观察柔-刚性数据库,电路板设计人员就可以把可弯曲布线当作一个拉平的平面(如图所示)或者按照机械外壳形状迭成装配后的状态进行检查.

　　

　　两个设计之间要透彻了解与互动合作，并在整个项目的设计期间，频繁地交换数据。作了变更的地方需要在系统之间传送，这不是很复杂，也不需要花费很多的时间。有了这样一个适合的设计工具，电路板设计人员也可以用一个三维观察器来查看设计；从ECAD系统直接读取柔性电路的数据，而且从MCAD数据库里得到机械外壳的数据。通过实时同步，电路板设计人员可以把三维观察器作为一个贴片助手和工具，用来检查元件的贴装、走线或者柔性的线路。这个观查器还可以读取在机械组合数据，并显示，柔曲部位的状况。这不是取代MCAD工具，而是一个简单易用的目视工具。