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使用超薄挠性印制电路板进行设计

十一月 03, 2017 | Akber Roy, Rush PCB Inc.
使用超薄挠性印制电路板进行设计

设计人员进行FPC设计,必须考虑与挠性电路有关的机械复杂性。除此之外,从本质上讲,它和刚性电路板在设计上没有太大的区别。例如,在组装挠性电路板时,一旦超出其弯曲能力范围,就有可能被撕裂。因此,在着手进行电气设计之前,首先要为PCB建立机械模型并对其进行测试,以达到正确安装的要求,这一点非常重要。同时还包括测试其应用产品在人类工程学、对准偏差和维修等方面的要求。此外,还需要充分了解不同挠性板所应用类型以及其工作方式。

挠性印制电路板的类型

按具体的产品分,最主要的三类是挠性电路板、刚挠结合电路板和高密度互连(HDI)挠性电路板。

挠性PCB

这些挠性PCB通常是刚性PCB的可弯曲板,具有灵活性和抗振动等特性。挠

性PCB具有与刚性PCB相同的可靠性、可重复性和高密度。相对于刚性PCB,挠性PCB的主要优势体现在可实现三维配置。挠性PCB最常见的一种用途是用来取代线束。

挠结合板

刚挠结合板是刚性电路和挠性电路的混合体,同时具有这两种电路结构最佳特性,同时增加各自所独有的特性。例如,典型的刚挠结合电路配置是一系列由集成的挠性电路连接起来的刚性PCB。通过把加入了挠性组件的刚性区域整合起来,设计人员可以大幅度提高电路设计能力。

刚性区域的底座、连接器和元件的硬性安装点和挠性区域提供的动态弯曲、振动阻尼区和灵活安装(flex-to-fit)一样都很出色。有了这种混合设计,设计人员的选择更多了,能够为要求最高的应用提出富有创造性的方案。

HDI挠性PCB

在不适合使用常用挠性电路的条件下,HDI FPC非常有用。HDI FPC通过采用微通孔,可提供更好的设计、布局和结构选项,实现功能更强、尺寸更小和密度更高的挠性电路。

虽然HDI技术采用了更薄的材料,但具有更高的可靠性、更出色的电气性能

并可使用先进的IC封装。

挠性电路的优点

作为带状电缆或分立导线的替代品,挠性电路在整个组装过程中可以提供定制的可重复走线路径。由于挠性电路可靠性更高,可以减少维修服务。

挠性电路板采用聚酰亚胺的介质层来覆盖导体,与使用简单的防焊膜相比,能更好地保护电路。制造商使用其他绝缘基材和覆盖材料以适应更多的室内条件和恶劣的环境。

尽管挠性电路板可能会非常薄,但是只要使用合适的设计材料,可以做得足够牢固,在承载能力和信号不受干扰的情况下,承受数百万个弯曲周期。

在高加速和/或振动的情况下,挠性电路的质量小和延展性高具有很明显的优势。在同等的工作条件下,挠性PCB自身和其焊点受到的应力及影响要远低于刚性PCB上的焊点和元件。

挠性电路的用途

设计人员可根据特定的要求设计挠性电路的形状,而其他类型的PCB均无法满足这类要求。在强调普通的PCB和圆导线各自的好处时,我们可以把挠性电路视为普通PCB和圆导线结合起来的组合。有了挠性电路,就可以在封装的几何形状上获得无限自由的同时,保持普通PCB的精度、密度和可重复性。

挠性电路最常见的用途是替代线束。在一次性操作中,只要用一个挠性电路就可以替换掉多个连接器、电缆和刚性电路板。因为不需要验证导线的颜色代码并把它们捆扎成线束,所以组装的进度要快得多。既提高了批量生产速度,又降低安装成本,此外,在组装和故障维修时中降低了不良率。

用挠性电路替代线束可以提高导线布线的可重复性。它避免了在导线走线过程中的错误,减少了不良率、返工和测试时间。因为平箔导体能够更好地散热并且承载的电流比横截面积相同的圆导线更大,所以这种连接更结实耐用。当设计人员决定在挠性电路中使用均匀一致的导体图形时,那么阻抗、串扰和噪声就能得到更好的控制。

此外,使用挠性电路可以把常规线路的空间和/或重量减少75%。与使用线束相比,挠性电路的重复性成本更低。由于挠性电路具有更好的抗振动和抗冲击特性,因此其维修和更换成本远比刚性电路板低。此外,通过在需要的区域放置有粘接的加强件,可以很容易地把表面贴装元件贴装到挠性电路板上。

刚挠结合电路的优点

在审查整个组装的总体成本时,使用刚挠结合电路的优势最大,因为它取代了最大元件数。刚挠结合电路仅可以在两个安装表面贴装元件,还可以把抗刚性区域与性能最好且富有弹性的挠性区域集成起来,从而提供最好的性能和最强的抗振动能力。由于它既能够实现在刚性区域和挠性区域之间最平滑的过渡,又保留了二者的优点,所以在安装质量较大的元件时,这是最理想的选择。

作为一家世界领先的PCB制造商,在高质量FPC、PCB的设计、制造和组装方面拥有超过30年的经验。其团队在制造各种不同类型的挠性电路技术方面拥有世界一流的技术水平。他们的产品包括从最简单的带有电镀通孔的单面挠性电路到各种类型的多层刚-挠结合电路,多层刚-挠性电路采用双通道和非固定导线、埋孔和盲孔,可顺序层压以及带有受控的和差分的阻抗。

HDI层叠

在多层PCB最初的设计中,最重要的一个环节是为其确定合适的层叠。特别是出于成本和性能方面的考虑,在标准层压堆叠不适合的情况下,这对于采用多引脚数BGA的HDI至关重要。如果层数较多,HDI层叠是一种可行的替代方法,只要设计得当,就可以以较低成本获得较高的性能。

对于使用引脚数多的BGA电路板,可以采用三种类型的层叠:带有通孔的标准层压、带有盲埋孔且顺序层压、以及带有微通孔的叠加。其中,HDI电路板主要使用带有微通孔的叠加,这种技术有以下几个优点:

  • 通孔和走线的特征尺寸较小,从而使布线密度较高、层数较少;
  • 可以更有效地使用微通孔图案,为布线打开更多的通道,增加减少层数的可能性;
  • 这是设计使用多个间距小于0.8毫米的大型BGA唯一切实可行的方法;
  • 最大限度地降低高密度电路板的成本;
  • 适当的堆叠定义可以提高信号和电源的完整性;
  • 需要遵守RoHS要求的工艺必须使用适合的材料;
  • 以较低的成本用现有较新的材料以获得更好的性能,但这些新材料可能不适合其他类型的层压。

知名PCB制造商已经明确规定了16层HDI PCB的层叠,整个电路板的厚度只有66±7 mil。要求顺序积层(SUB),并且激光钻微通孔。

成本的影响

挠性电路要比刚性PCB价格高,且挠性电路的成本通常会随着层数的增加而增加,因此如何降低挠性电路的成本才是明智的选择。例如,两块双层电路可能会比一块四层电路便宜;可折叠的挠性电路能节省空间和层数……根据具体情况,事先在项目评估上投入时间,磨刀不误砍材工。

Akber RoyRUSH PCB公司CEO

标签:
#产品设计  #挠性电路 

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