本文将讨论什么是刚柔结合 PCB、使用它们的优势以及使用它们进行应用设计的规则.

在电子产品中，韦德亚洲有时会遇到看似古老的新技术。刚柔结合 PCB 技术可以追溯到大约 50 年前，当时需要更换航天器中的线束。第一台商用移动计算机（重量略高于25磅！）使用了刚柔结合技术。

如今，笔记本电脑、可穿戴技术、医疗设备、测试设备和卫星是依赖刚柔结合 PCB 的一些应用。

什么是软硬结合板？

使用刚柔结合PCB，柔性电路基板和刚性电路基板层压在一起。刚柔结合 PCB 跨越了传统刚性 PCB 的界限和柔性电路的独特性能，这些柔性电路使用高延展性电沉积或轧制退火铜导体光蚀刻到柔性绝缘膜上.

柔性电路包括由柔性聚酰亚胺（如 Kapton 或 Norton）制成的叠层，以及通过加热、丙烯酸粘合剂和压力层压在一起的铜。

刚柔结合 PCB 在制造后仍在面板中

与传统 PCB 一样，您可以在刚性板的两侧安装组件。由于刚性和柔性电路之间发生集成，刚柔结合设计在各部分之间不使用连接器或连接电缆。取而代之的是，柔性电路将系统电气连接在一起。

缺少连接器和连接电缆可以完成以下几件事：

• 提高电路无损耗传输信号的能力

• 适应受控阻抗

• 消除连接问题，如冷接头

• 减轻重量

• 为其他组件腾出空间

每个刚柔结合 PCB 都分为不同的材料和不同的层数的区域。刚性区域可能比柔性区域具有更多的层，并且材料在过渡区域从 FR-4 转变为聚酰亚胺。

复杂的设计通常会多次从刚性过渡到柔性，然后再回到刚性。当这些交叉点发生时，刚柔结合材料的重叠需要使孔远离过渡区以保持完整性。此外，许多刚柔结合设计包括不锈钢或铝制加强筋，可为连接器和组件提供额外的支撑。1

不同的设计规则适用于刚柔结合PCB设计

不同的挑战抵消了多功能性和灵活性，使您能够构建三维设计和产品。传统的刚柔结合 PCB 设计允许您将产品的组件、连接器和底盘安装到组件中物理更坚固的刚性部分。同样，就传统设计而言，柔性电路仅用作互连，同时降低了质量并提高了抗振性。

不同的挑战抵消了多功能性和灵活性，使您能够构建三维设计和产品。传统的刚柔结合 PCB 设计允许您将产品的组件、连接器和底盘安装到组件中物理更坚固的刚性部分。同样，就传统设计而言，柔性电路仅用作互连，同时降低了质量并提高了抗振性。 

新的产品设计与改进的柔性电路技术相结合，为刚柔结合 PCB 引入了新的设计规则。您的设计团队现在可以自由地将组件放置在柔性电路区域。将这种自由度与多层软硬结合设计方法相结合，使您和您的团队能够在设计中构建更多电路。然而，获得这种自由在布线和孔洞方面增加了一些挑战。

软硬结合板PCB

柔性电路总是有影响布线的弯曲线。由于可能存在材料应力，因此不能将元件或通孔放置在折弯线附近。

演示刚柔结合 PCB 折弯线基本概念的渲染图

即使元件位置正确，弯曲柔性电路也会在表面贴装焊盘和通孔上施加重复的机械应力。您的团队可以通过使用通孔电镀和用额外的覆盖层来支撑垫支撑来固定垫来减少这些应力。

即使元件位置正确，弯曲柔性电路也会在表面贴装焊盘和通孔上施加重复的机械应力。您的团队可以通过使用通孔电镀和用额外的覆盖层来支撑垫支撑来固定垫来减少这些应力。2

在设计走线布线时，请遵循减少电路应力的做法。使用阴影多边形在柔性电路上承载电源或接地平面时保持灵活性。您应该使用弯曲的迹线而不是 90° 或 45° 角，并使用泪滴图案来更改迹线宽度。

用于迹线到迹线连接的泪滴图案。

这些做法可以减少压力点和弱点。另一种最佳实践是通过错开双面柔性电路的顶部和底部走线来在走线上分布应力。偏移走线可防止走线在同一方向上相互叠加，并加强PCB。

还应垂直于折弯线的走线以减少应力。当从刚性介质移动到柔性介质再回到刚性介质时，从一种介质到另一种介质的层数可能会有所不同。您可以使用走线布线，通过偏移相邻层的布线来增加柔性电路的刚度。

机电因素影响设计

在设计刚柔结合 PCB 时，请考虑影响柔性电路和刚性板的机电因素。在构建设计时，请关注折弯半径与厚度的比率。对于柔性电路，弯曲处的紧密弯曲或弯曲区域的厚度增加会增加故障的机会。制造商建议将弯曲半径保持在柔性电路材料厚度的至少十倍，并构建电路的“纸娃娃”以确定弯曲发生的位置。

在设计刚柔结合 PCB 时，请考虑影响柔性电路和刚性板的机电因素。在构建设计时，请关注折弯半径与厚度的比率。对于柔性电路，弯曲处的紧密弯曲或弯曲区域的厚度增加会增加故障的机会。制造商建议将弯曲半径保持在柔性电路材料厚度的至少十倍，并构建电路的“纸娃娃”以确定弯曲发生的位置。3,6

您应该避免沿其外弯拉伸柔性电路或沿内弯压缩它。将弯曲角度增加到 90° 以上会增加柔性电路上一个点的拉伸和另一个点的压缩。

刚柔结合可靠性的另一个关键问题是弯曲区域中导体的厚度和类型。您可以通过减少导体上的镀层量和仅使用焊盘镀层来减少厚度和机械应力。使用厚铜、镀金或镀镍会降低弯曲处的柔韧性，并导致机械应力和断裂发生。

刚柔结合 PCB 设计需要团队合作

新的 PCB 设计工具使您的设计团队能够管理多层堆栈、可视化 3D 机电设计、检查设计规则以及仿真柔性电路的操作。即使有了这些工具，刚柔结合 PCB 的成功设计也取决于您的团队和制造商之间的团队合作。

团队合作必须从项目的最早阶段开始，并贯穿整个设计过程，并取决于持续的沟通。