柔性印刷电路设计最佳实践

多个柔性子堆栈

虽然可以构建几乎任何具有刚性和柔性部分的叠层，但如果不仔细考虑生产步骤以及所涉及的材料特性，成本可能会变得非常昂贵。柔性电路有一个重要方面需要牢记，那就是电路弯曲时材料内部产生的应力。铜是一种有色金属，具有加工硬化的特性，并且在反复柔性循环和小半径的情况下最终会发生疲劳断裂。缓解这种情况的一种方法是仅使用单层柔性电路，在这种情况下，铜位于中值弯曲半径的中心，因此薄膜基板和覆盖层处于最大的压缩和拉伸状态，如下所示。

同样，通常需要多个单独的柔性电路，但最好避免在重叠部分的位置产生弯曲，因为此处柔性部分的长度会限制弯曲半径。由于聚酰亚胺非常有弹性，所以这不是问题，并且在反复移动下还会比多个铜层的使用寿命更长。铜位于中值弯曲半径的中心，因此薄膜基板和覆盖层处于最大的压缩和拉伸状态。

对于高度重复弯曲的电路，最好是在单层柔性中使用RA铜，以增加电路中铜的疲劳寿命（以失效前的循环次数计）。

粘性磁珠、加固装置和端接

有时，需要考虑在柔性电路与刚性电路板的连接处使用加固剂。添加环氧树脂、丙烯酸或热熔胶珠将有助于提高装配件的使用寿命。但是，调配这些液体并对其进行固化可能会增加生产过程的繁琐步骤，从而增加成本。一如既往，PCB设计需要权衡取舍。

您可以使用自动配液，但需要谨慎与装配工程师合作，以确保胶水最终不会在装配件下方滴落。在某些情况下，胶水必须手工涂覆，这会增加时间和成本。无论哪种方式，您都需要为制造和装配人员提供清晰的文档。

如果不端接到主刚性电路板装配件，则柔性电路的极端末端通常端接到连接器。在这些情况下，终端可以应用加固装置（更厚的带粘合剂的聚酰亚胺，或FR-4）。一般来说，将柔性末端嵌入刚柔结合部分也很方便。

刚柔结合型PCB面板

在装配过程中，刚柔结合型电路在其面板中保持在一起，因此可以将元件放置并焊接到刚性端接部分上。某些产品还要求将元件安装在某些区域的柔性电路上，在这种情况下，面板必须与额外的刚性区域放在一起，以在装配过程中支撑柔性电路板。这些区域没有粘附到柔性电路上，而是使用深度可控的铣刀头（附带“鼠咬效应”）进行布线，最后在装配后进行手工打孔。

软硬结合型PCB面板示例。请注意，该电路板的前板和后板边缘以及柔性电路均已布线。刚性侧面采用V形凹槽，以便后续折断。这将节省装配到外壳中的时间（来源：深圳市裕兴电子有限公司）。

我们很容易看到层堆栈设计、零件放置和剪切块的问题，并认为自己已经解决了问题。但是，请记住，柔性电路具有一些扭曲的材料特性。其特性包括粘合剂的z轴膨胀系数相对较高、铜与PI基板和覆盖层的粘附力较低、铜的加工硬化和疲劳等。遵循一些注意事项即可很大程度上弥补这些问题。

要保持柔性电路板的柔性

这似乎很明显，但确实值得一提。事先确定需要多少柔性，以及柔性是否需要具有可重复性，或者设计是否具有静态弯曲。如果柔性电路部分仅在装配过程中折叠，然后留在固定位置（例如在手持式超声器件中），那么您可以更自由地使用层数、铜类型（RA或ED）等元素。另一方面，如果柔性电路部分将不断移动、弯曲或滚动，您应该减少每个柔性子堆栈的层数，并选择无粘合剂基板。

然后，您可以根据铜的允许变形和其他材料的特性，使用IPC-2223中的方程（单面方程1、双面方程2等）来确定柔性部分允许的最小弯曲半径是多少。

本示例方程适用于单面柔性部分。虽然说，如果弯曲线位置错误，元件引线上的焊点可能会承受应力，但该方程依旧可以与装配的柔性PCB一起使用。您需要根据目标应用来选择EB，其中16%用于RA铜的单折痕安装，10%用于“柔性安装”，0.3%用于“动态”柔性设计（来源：IPC-2223B，2008 http ://www.ipc.org/TOC/IPC-2223B.pdf）。在本例中，“动态”是指产品使用过程中的连续柔性和滚动，例如移动DVD播放器上的TFT面板连接。

不要在拐角处弯曲并使用弯曲迹线

通常最好将铜迹线保持在与柔性电路弯曲成直角的位置。不过，在某些设计情况下，这是不可避免的。在这些情况下，请保持轨道尽可能平缓地弯曲，并且根据机械产品设计的要求，您可以使用圆锥形半径弯曲。另请参考下图，最好避免突然的硬直角迹线；甚至以圆弧转角模式布线，要比使用45°硬角更好。这可以减少弯曲过程期间的铜中应力。

首选弯曲位置。

不要突然更改宽度

每当一条轨道进入焊盘时，特别是当它们像柔性电路端子一样排列成行时（如下所示），就会形成一个弱点，即铜将随着时间的推移而产生疲劳。除非要在迹线宽度过渡附近应用加固装置或一次性折痕，否则建议从焊盘逐渐减少（提示：将泪滴放置在柔性电路中的焊盘和过孔上！）

迹线宽度变化和焊盘入口可能会造成弱点。

为焊盘添加支撑

由于弯曲过程中反复产生的应力，以及铜与基板的附着力较低（相对于FR-4），柔性电路上的铜更容易从聚酰亚胺基板上脱落。因此，为裸露的铜提供支撑尤为重要。过孔本质上是受到支撑的，因为通孔电镀提供了从一个柔性层到另一个柔性层的合适机械锚固。正因如此（以及z轴扩展），除了刚性电路板中的传统电镀之外，许多制造商还建议对刚柔结合型电路和柔性电路采用最多1.5密耳的额外通孔电镀。表面贴装焊盘和非通镀焊盘被称为无支撑，需要额外的措施来防止脱落。

通过电镀、锚固短截线和减少的覆盖层入口来支撑柔性通孔焊盘。

SMT元件焊盘在其中最为脆弱，特别是当柔性电路可能在元件的刚性引脚和焊接圆角下弯曲时。下面的焊盘和迹线排列显示了如何使用覆盖层“掩膜”开口来锚固焊盘两侧以解决该问题。要在做到这一点的同时仍然允许适量的焊料，焊盘必须比典型刚性电路板封装大一些。这显然降低了柔性电路元件安装的密度，但从本质上讲，柔性电路与刚性电路相比密度不可能很高。

SOW封装的覆盖开口显示每个焊盘两端的各自锚固。

在PCB设计软件中，并没有专门的“覆盖层”；您必须使用掩膜层来定义焊盘周围的覆盖层开口。这可以在柔性部分内的顶部焊接层中完成；只需在掩膜层中放置开口即可定义覆盖层开口，就像使用阻焊层一样。封装上的焊盘也需要修改，以确保准确装配并添加足够的额外覆盖物以用于锚固。0603元件封装示例如下所示。

在此封装中，焊盘尺寸和顶部焊接层用于显示SMD无源焊盘和覆盖层开口应如何放置以安装在刚柔结合型PCB上。顶部焊盘图案适用于标称0603封装，而底部是来自同一元件的封装，但覆盖层开口经过了修改。

允许溢胶

当覆盖层压在铜和基板上时，如果应用覆盖层，则一些粘合剂将从焊盘周围的任何覆盖层开口处“挤出”。为了允许挤出，盘身和入口必须足够大，以允许一些粘合剂泄漏，同时仍保留足够的裸露铜以形成牢固的焊接圆角。对于高可靠性设计，IPC-2223建议在孔周围进行360°焊料润湿；对于中可靠性柔性设计，则建议进行270°焊料润湿。

调整焊盘和覆盖层开口的大小，以允许粘合剂挤出。

双面柔性布线

对于动态双面柔性电路，请尽量避免在同一方向上相互铺设迹线。相反，迹线应在相邻层之间交错排列，以防止重叠。当铜更均匀地分布在铜层之间时，这会减少迹线上的拉应力（见下文）。在迹线重叠的情况下，当各层相互挤压时，其中一层在弯曲过程中将承受更大的应力。将应力交错分布在柔性基板上，即可使迹线上的应力分布更接近均匀。

不建议使用相邻层铜迹线（上图）。相反，将不同层中的迹线交错排列，以便在装配件弯曲时减少迹线上的应力。

使用阴影多边形

有时需要在柔性电路上承载电源平面或接地平面。只要您不介意灵活性显著降低，以及铜在小半径弯曲下可能被压弯，就可以使用实心敷铜。一般来说，最好使用阴影多边形来保持高度的灵活性。

由于阴影迹线和“X”对齐，正常的阴影多边形在0°、90°和45°角方向上仍然具有严重偏差的铜应力。从统计学上讲，更理想的阴影图案应该是六边形。使用负平面层和六边形反焊盘阵列即可完成此目标，但您可以通过剪切和粘贴部分来快速构建如下所示的阴影。

使用六边形阴影多边形可以将张力偏差均匀地分布在三个角度之间。

过孔放置

对于多层柔性区域，有时可能需要放置过孔以在层间进行过渡。如果可能的话，建议不要放置过孔，因为这些过孔在弯曲移动时会迅速产生疲劳。与刚柔结合型电路板接口最近的过孔铜环之间还需要保持至少20密耳（约½毫米）的间隙。电路板边缘间隙规则可在PCB CAD编辑器中自动处理。

至于放置过孔的需要：如果必须在柔性电路中放置过孔，请使用“Room”来定义您知道不会弯曲的区域，并使用PCB编辑器的设计规则以仅允许在这些固定区域放置过孔。另一种方法是使用层堆栈管理器来定义“刚性”部分，这些部分最终是柔性的，但其上粘附刚性介电加固材料。

定义柔性剪切块和转角

如果您需要在电路板的柔性部分放置剪切块或插槽，则应正确端接剪切块。IPC建议采用半径大于1.5毫米（约60密耳）的圆形部分进行端接，以降低边角处柔性基板材料撕裂的风险。从本质上讲，规则是只要使用内角（角度小于180°的柔性电路边角），就应始终使用半径大于1.5毫米的切向曲角。如果边角远小于90°（更锐利），则在该边角处冲出一个圆形曲线。柔性电路板中的插槽和狭缝也是如此，请确保两端都有一个直径为3毫米（1/8英寸）或更大的内置减裂孔。示例如下所示。

插槽、狭缝和内角应有减裂孔或半径至少为1.5毫米的正切曲线。

这算不上一套完整的柔性印刷电路工程指南，但这些技巧应该可以帮助您开始使用许多产品。如果您尚不确定，您的制造厂应该可以为您的柔性电路板或刚柔结合型PCB中的柔性部分提供DFM指南。

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