博客作者：Zachariah Peterson? 柔性 PCB 材料需要支持多種設計和操作目標：靜態或動態彎曲、能夠通過標準裝配過程、支持簡單的制造程序并實現高產量。柔性 PCB 材料乍一看似乎很奇特，但相對較小的材料組可用于大批量生產柔性和剛柔結合的 PCB 。在本指南中，我們將研究柔性 PCB 材料的一些基本特性，以及如何使用它們來構建柔性/剛柔結合的 PCB 。

基材和覆蓋膜 最常見的剛性印刷電路板中使用的基材是浸漬在環氧樹脂中的編織玻璃纖維。它實際上是一種織物，雖然我們將這些稱為“剛性”，但如果您取出單個層壓層，會發現它們具有合理的彈性。固化的環氧樹脂使電路板更加堅硬。由于使用了環氧樹脂，它們通常被稱為有機剛性印刷電路板。這對于許多應用來說不夠柔韌，但對于不會持續移動的簡單元件來說，它可能是合適的。 用作柔性PCB基板的最常見材料選擇是聚酰亞胺。這種材料非常柔韌，而且極其具有耐熱性。

對于大多數柔性電路應用，需要比通常的網絡環氧樹脂更柔韌的塑料。最常見的選擇是聚酰亞胺，因為它非常柔韌（您無法用手撕裂或明顯拉伸，使其能夠耐受產品裝配過程），而且耐熱性極佳。這使得它對多次焊料回流循環具有高度耐受性，并且在溫度波動引起的膨脹和收縮方面相當穩定。 聚酯（PET）是另一種常用的柔性電路材料，但它不能耐受足夠高的溫度以經受住焊接。我已經看到它用于成本非常低的電子產品，其中柔性部分有印刷導體（PET 無法承受層壓的熱量），更不用說沒有焊接的元素——相反，它通過粗壓力與各向同性導電彈性體形成接觸。

由于柔性電路連接的質量低下，所討論產品（定時收音機）中的顯示器從未真正妥善運行。因此，對于剛柔結合，我們假設堅持使用 PI 薄膜。（其他材料可用但不經常使用）。

PI 和 PET 薄膜，以及薄的柔性環氧樹脂和玻璃纖維內芯，構成了柔性電路的通用基板。然后電路必須使用額外的薄膜（通常是PI或PET，有時是柔性阻焊油墨）作為覆蓋層。覆蓋層絕緣外表面導體并防止腐蝕和損壞，就像阻焊層在剛性板電路上的作用一樣。PI 和 PET 薄膜的厚度范圍從?密耳到3密耳，通常為1或2密耳。玻璃纖維和環氧樹脂基板明顯更厚，范圍從2密耳到4密耳不等。

導體 雖然上述廉價電子產品可能使用印刷導體——通常是某種碳膜或銀基油墨——但銅是最典型的導體選擇。根據應用，需要考慮不同形式的銅。如果您只是簡單地使用電路的柔性部分，通過移除電纜和連接器來減少制造時間和成本，則可選擇通常用于剛性電路板的層壓銅箔（電沉積或 ED ）。這也可用于需要較重的銅重量以將高載流導體保持在最小可行寬度的情況，如平面電感器。 但銅也因變形硬化和疲勞而不受歡迎。如果您的最終應用涉及柔性電路的反復彎折或移動，就需要考慮更高等級的軋制退火（RA）箔。顯然，對箔進行退火的額外步驟大大增加了成本。但是退火后的銅能夠在疲勞開裂之前拉伸得更多，并且在 Z 偏轉方向上更具彈性——這正是您想要的可以一直彎曲或滾動的柔性電路。這是因為軋制退火過程在平面方向上拉長了晶粒結構。 如果您只是簡單地使用電路的柔性部分，通過移除電纜和連接器來減少制造時間和成本，則可選擇通常用于剛性電路板的層壓銅箔。

顯示應用于柔性 PCB 材料的退火過程的放大圖，顯然未按比例繪制。銅箔在高壓輥之間通過，在平面方向上拉長晶粒結構，使銅在正常情況下更具柔性和彈性。

粘合劑 傳統上，需要使用粘合劑將銅箔粘合到 PI（或其他）薄膜上，因為與典型的 FR-4 剛性電路板不同，退火銅中的“齒”較少，僅靠熱和壓力不足以形成可靠的紐帶。此類制造商提供用于柔性電路蝕刻的預層壓單面和雙面覆銅薄膜，使用典型厚度為?和1密耳的丙烯酸或環氧樹脂基粘合劑。這些粘合劑專為實現柔性而開發。 由于涉及直接在 PI 薄膜上鍍銅或沉積的新工藝，“無粘合劑”層壓板正變得越來越普遍。當 HDI 電路中需要更精細的間距和更小的過孔時，就會選擇這些薄膜。 向柔性到剛性接頭或接口添加保護珠時，還會使用有機硅、熱熔膠和環氧樹脂（即其中層堆疊的柔性部分離開剛性部分）。這些為柔性到剛性連接的支點提供機械加固，否則會在重復使用中迅速疲勞、開裂或撕裂。

單層柔性電路 典型的單層柔性電路剖面圖例如下所示。這與最常見的成品 FFC（柔性扁平連接器）電纜所使用的結構相同，它是使用剛柔結合 PCB 的替代方案，其中可以容納 FFC 連接器，成本是推動設計決策的主要因素。在單層柔性電路中，材料供應商將銅預先層壓到 PI 薄膜上，然后使用剛性背板蝕刻和鉆孔銅。最后，用基于粘合劑的聚酰亞胺覆蓋層進行層壓，該覆蓋層已經過預先打孔以露出銅焊盤。在此布置中用于覆蓋層的粘合劑可能會在此過程中擠出，但擴大暴露區域的焊盤即可解決。

典型的單層柔性電路疊層 了解柔性和剛柔結合電路中使用的材料很重要。盡管您通常可以讓制造商自由選擇材料以確保良率，但您仍應了解可能導致柔性 PCB 在現場出現故障的因素。了解材料特性也有助于產品的機械設計、評估和測試。例如，如果您從事汽車產品方面的工作；熱、濕氣、化學品、沖擊和振動——所有這些都需要使用準確的材料特性進行建模，以確定產品的可靠性和最小允許彎曲半徑。具有諷刺意味的是，促使您選擇柔性和剛柔結合的駕駛需求通常與惡劣的環境有關。例如，低成本的消費類個人電子設備經常會受到振動、掉落、汗水等更嚴重的影響。 在 Coombs 的2008年教科書中可以找到一個比本文介紹的內容更詳細的重要資源：

疊層示例 就像在剛性 PCB 中一樣，隨著更多導電層的添加，柔性 PCB 和剛柔結合的 PCB 會具有復雜的疊層。這些疊層可能涉及同一 PCB 中的多個柔性部分，如下方示例所示。對于純柔性電路（與剛柔結合的電路相反），層堆疊規劃得到簡化，包括 PCB 的每個部分。然而，在安裝元件或電路終端的區域，可能仍有一些點需要放置加固物。

在您的設計軟件中，這些部分中的每一個都被定義為自己的疊層，并應用于 PCB 布局中的不同區域。制造電路板時，每個電路板部分都需要在制造圖紙中清楚地顯示出來，以說明電路板中的層布置和材料。我們將在后面的章節中討論柔性設計和生產的這個重要方面。 當您準備好選擇和指定所需的柔性 PCB 材料時，請使用 Altium Designer 內 Draftsman 軟件包中的全套 CAD 功能和自動繪圖工具。準備好向制造商發布您的設計數據后，您就可以通過 Altium 365 平臺輕松共享和協作您的設計了。您可以在一個軟件包中找到設計和生產高級電子產品所需的一切。

審核編輯：黃飛