随着手机、冰箱、汽车和可穿戴医疗设备等各种设备对各种传感器和技术的使用，电路板成为电子产品的基础。在如今的电子产品世界中，只要是带开关的产品都包含了电路板。

由于适应性强，挠性电路成为了增长最快的细分市场之一。随着挠性和刚挠结合电路的引入，工程师们能够在设计新型创新产品方面施展他们的独创能力。挠性板和刚挠结合板可以安装在紧凑的三维空间中，同时确保能够经受得住机械磨损和振动。工程师可以设计出的产品也更加多样，例如可以装进狭小的空间中的电路板、封装中所使用的扭转和弯曲的电路板，并且使产品能够在更加动态的环境下正常工作。这些挠性电路具有与传统刚性FR-4板相同的性能水平；然而，在设计、制造和组装方面，刚性板和挠性板有一些细微差别和需要额外考虑的因素。

设计和布局

在设计挠性电路时，需要首先了解电路的具体应用领域，这一点非常重要。它是在静态还是动态环境中使用？如果电路板是用于几乎不移动的静态环境中，则电路的设计需要具有适当的挠性，以便可以轻松安装到产品中。如果电路板会用在不断来回弯曲的动态环境中，则需要在设计中将板要具有的一定程度的挠性、能够承受连续弯曲纳入考虑范围。

该应用是否需要用到挠性或刚挠结合电路？如果产品需要用到单面表面贴装技术，那么全挠性电路板可能是最佳选择。如果产品需要双面SMT，则需要用到刚挠结合板。

刚开始的时候，设计师们可能会对挠性电路板布局有一些顾虑，因为它与刚性电路板有所不同。然而，实际情况是，挠性电路板跟刚性板非常相似，只有几处有一点区别。软件层和输出文件的设置与刚性板相同，覆盖层和补强板层存在差异，同时，需要牢记一些基本的设计规则。

首先必须明确的是，挠性电路肯定会以某种方式挠曲，这意味着关键特征，例如导通孔、终端布线和锐角，需要远离挠曲区域。挠性电路通常使用较难以加工的聚酰亚胺材料制造，因此布线、导通孔、孔环、焊盘和间隙应尽可能大。设计师们经常会问这样一个问题：“可以使用多小的布线和导通孔？”答案是布线和导通孔越小，制造工艺的难度就越大，最终会影响到可靠性。

在刚性板上，会在外层使用阻焊膜来保护铜特征。在挠性板上，外层铜特征通常由覆盖层来保护。因此，在设计过程中，覆盖层和阻焊层的生成方式一致。设计的最后一个区别是补强板。补强板被用于支撑挠性电路板的某些区域。可以在挠性电路的多个区域和板的任一侧使用增强板。如果将所有补强板都包含在一个文件中，那么非常重要的是在制造图纸中标识出补强板应用于哪一侧。或者，可以为挠性电路板的顶部和底部补强板创建单独的层。

当需要对挠性电路板上的特定区域提供额外支撑，或者需要对表面贴装元件或连接器进行保护时，最佳的方法就是在设计中加入补强板。它能确保这部分电路无法弯曲，从而保护焊点的完整性。至关重要的一点是，补强板最好放在它所支撑的元件的另一侧。有多种类型的补强板可供选择，包括聚酰亚胺、FR-4、不锈钢、铝等。补强板的厚度取决于板的使用方式。补强板越厚，它的支撑效果越强。如果电路板在狭小的空间内使用，补强板的厚度可能会成为问题，这种情况就需要更薄的增强板（图1）。

图1：背面有补强板部分的4层挠性电路，补强板可支撑表面贴装元器件

 现在，设计人员就完成了挠性电路的设计，接下来的任务就是刚挠结合板的布局。刚挠结合设计的困扰和疑虑程度比挠性更加严重。工程师们通常认为电路板的挠性部分是用胶水粘合的或以某种方式连接到电路板刚性部分上的（图2）。刚挠结合与刚性和挠性板一样，是通过层叠方法叠在一起的。在设计刚挠结合板时，方法与其他电路板相同。主要区别在于刚性层的某些区域在设计文件中是空白的。电路板制造商会将这些视为挠性区域，并相应地规划电路板。

图2：由4层刚性和2层挠性连接组成的刚挠结合电路

与刚性板不同，挠性电路有很多变化，因此在设计中附上详细的制造图纸非常重要。制造图纸应该标明所有参数，以确保制造商不会漏掉任何细节。最糟糕的情况是让制造商来猜测所有的要求。挠性电路具有许多移动变量，因此尽可能多地提供细节对于顺利制造而言至关重要。

图3：由8层刚性和2层挠性连接组成的带有受控阻抗布线和填充微导通孔的刚挠结合电路

材料

材料选择对于设计挠性电路非常重要，电路的挠曲能力取决于制作电路板的材料类型。虽然板的厚度也会决定其挠性水平，但选择正确的材料将能够提高挠性电路的质量和生命周期。由于挠性电路设计所具有的独特性，我们建议在原型和最终批量生产产品中使用相同的材料。美国大多数制造商都使用了杜邦制造的聚酰亚胺。由于成本和供货限制原因，美国以外的制造商可能会在其他材料供应商处采购。

对挠性电路进行测试的目的是看其可以承受多少次循环。图４详细介绍了挠性电路弯曲半径的指导原则。确定挠性电路的弯曲程度或能够承受多少循环的方法是对其进行应力测试。

图4：挠性电路弯曲半径指导原则

挠性电路中所使用的铜的类型是另一个关键材料属性。有两种类型的铜，电解铜（ED）和退火压延铜（RA）。挠性电路一般更多采用压延铜。铜能够卷到挠性材料上并且具有非常好的延展性。因此，在制造图纸上标明晶粒方向也很重要。铜晶粒方向需要与弯曲方向相同。大块敷铜区域（如接地面）应尽可能采用网格交叉，这会使电路更易于弯曲。

设计完成后的下一步就是制造。挠性电路比传统的刚性电路更难制造。因此，挠性电路需要更长的制造时间，也就会导致更长的交货时间。

有几个问题导致整体交货时间延长。首先，挠性电路使用的是薄、易损且难以搬运移动的聚酰亚胺材料来制造。导通孔钻孔和镀通孔的化学工艺也不同。此外，补强板和覆盖层还需要大量人工操作。其结果是双层挠性电路的最短制造时间为3个工作日。层数更多的话，制造时间可能会长达2到3周。

制造刚挠结合电路板与制造刚性电路板相比区别非常大。在车间开始生产之前，刚挠结合板的规划和计算机辅助制造准备可能需要2到3天才能完成。这项前期工程工作至关重要。在刚挠结合板的制造工艺过程中有许多步骤，而其中的每一步都是成功制造刚挠结合板的重要步骤。需要注意最重要的事情之一是刚挠结合有许多种不同的层叠结构。很少会在车间见到具有类似层叠结构的多个刚挠结合板在同时生产。在刚性板中，所有的六层都是以相同的工艺加工的。而对于刚挠结合而言，有可能车间制造的五种不同的六层板都采用了不同的加工工艺流程。

例如：

• 1号电路板：6层板，4层刚性2层挠性

• 2号电路板：6层板，3层刚性3层挠性

• 3号电路板：6层板，4层刚性2层挠性，2层挠性层位于不同的层

制造刚挠结合板的另一个困难之处是使用两种不同类型的材料。刚挠结合板是刚性材料与挠性材料的结合。这两类材料具有不同的特性，结合在一起难以加工。因此，电路板制造商很少在同一车间中同时制造刚性和挠性电路。刚挠结合电路板最常见的故障出现在电镀工艺上。如果导通孔电镀没有正确完成，就会导致空洞、开裂和分层。两种不同材料具有不同的Z轴膨胀率，因此不当电镀会导致质量不佳。

图5：为了便于组装而放在面板阵列中的异形挠性电路

制造挠性电路的最后一个步骤是将所有的元件都安装到挠性电路上。在大多数情况下，将元件组装到挠性板上非常类似于将元件组装到刚性板上。需要注意的三大要素有湿度敏感性、平整度和搬运移动。

对于挠性电路而言，湿度敏感性是一个真正的问题。挠性电路由聚酰亚胺基材制成，随着时间的推移这种材料容易吸收水分。如果湿气夹在挠性电路中，就会增加组装回流焊过程中分层的可能性。最好在组装之前烘烤挠性电路以去除这些水分。

对于组装商而言，对所有挠性电路都进行烘烤是一个很好的做法，因为在组装之前挠性电路所处的环境条件是未知的。例如，在加利福尼亚州制造的挠性电路与在乔治亚州高湿度环境下制造的挠性电路就完全不同。已经在库存室中放置一段时间的挠性电路板肯定会吸收水分。在这些条件未知的情况下，组装商应该在组装前烘烤挠性电路板。Green Circuits的标准程序是在组装前将所有挠性电路板在150℃下烘烤6到8小时，以确保完全去除水分。

组装挠性电路的最大挑战之一是平整度。挠性电路薄且软，让它们保持平整是一个挑战。组装商需要保持挠性板平整，才能正常上焊膏、贴装元器件和焊接。通常，挠性电路需要连接到载板上，使它们保持足够平整以进行加工。有时还会准备一个备用夹具来承载电路进行贴装操作。对于不熟悉挠性电路的组装商而言，平整度是他们最需要积累经验的地方。

对于挠性电路而言，搬运和移动至关重要，这一点不仅仅会影响组装过程，而且在整个制造过程中都需要注意。从挠性电路板开始制造一直到最终安装，搬运移动都非常重要。弯曲区域需要特别小心。安装有通孔元件的区域也需要注意，避免损坏。不当的搬运移动很容易撕裂挠性电路或损坏铜布线。大多数挠性电路板都是异形的，需要将它们集中在一个阵列中，以便于在组装过程中进行搬运移动（图5）。挠性电路将会在阵列中进行加工，并以阵列的形式发送给最终客户。在最终安装之前，都不可以从阵列中取出挠性电路。

随着电子产品变得越来越小，挠性电路在电子行业中也会变得越来越普及。由于挠性电路的复杂性，包括材料成本、加工工艺时间、化学工艺、钻孔和搬运移动，挠性板的制造成本要高于传统的刚性板。虽然成本较高，但挠性电路有许多独特的应用领域。挠性电路使设计人员能够放飞他们的想象力，开发出更多的创新电子产品。由于挠性电路还能够在动态环境中来回移动，使电子行业也变得更加灵活。