剛?cè)犭娐稲igid-Flex三大特征分析

剛?cè)犭娐?Rigid-Flex Printed Circuit Board可以簡稱為Rigid-Flex，是單一電路板上既包含剛性基板也包含柔性電路的一種電路結(jié)構(gòu)形式。

Rigid-Flex 由于其具備短、小、輕、薄等特點，受電子產(chǎn)品小型化、低功耗、高性能需求的推動，是電路基板技術(shù)發(fā)展的重要方向。

隨著現(xiàn)代電子產(chǎn)品功能越來越強大，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)及其連接也越來越復(fù)雜，對電路板提出了更高的要求，傳統(tǒng)的剛性PCB或者基板難以滿足產(chǎn)品需求，剛?cè)犭娐肪妥匀怀霈F(xiàn)了。

Rigid-Flex由剛性基板和柔性電路組成，柔性電路直接和剛性基板連接，無需接插件。

由于Rigid-Flex的柔性部分可靈活彎曲，安裝在Rigid-Flex上的元器件可以多種空間角度呈現(xiàn)，比傳統(tǒng)的電子集成方式更加靈活，就如同多了一種維度，因此被稱之為“4D”集成。

在電子集成技術(shù)中，將帶有基板彎曲和折疊的集成技術(shù)定義為“4D”集成。詳細(xì)可參看前面發(fā)表的文章：“電子集成技術(shù)”全面解析

剛?cè)犭娐敷w積小、重量輕、能靈活彎曲，滿足復(fù)雜空間結(jié)構(gòu)的應(yīng)用，被廣泛用于現(xiàn)代化的電子設(shè)備，并成為移動通信產(chǎn)品的理想選擇。 要正確地設(shè)計和應(yīng)用剛?cè)犭娐罚覀兪紫纫獙ζ浠咎卣饔星逦母拍睢?通過總結(jié)，我將剛?cè)犭娐返幕咎卣鳉w結(jié)為三個：Multi-bending（多彎曲），Multi-stackup（多層疊），Multi-zone（多區(qū)域）。

?多 彎 曲? ? ? ? ? ?

Multi-bending（多彎曲）是剛?cè)犭娐方o人最直觀的印象，因為采用柔性電路的首要目的就是彎曲，Rigid-Flex能夠輕松地彎曲、折疊和扭曲。

既然定義為Multi-bending，就不僅僅是少數(shù)幾個彎曲了，復(fù)雜的Multi-bending可以多達(dá)數(shù)十個彎曲，彎曲半徑和角度也有很大的范圍，小的彎曲半徑比基板厚度大不了多少，從外觀上看如同柔性電路折疊一樣，每個彎曲的角度也可以從0-180度靈活設(shè)計。

復(fù)雜的剛?cè)犭娐泛卸噙_(dá)幾十個彎曲，這些彎曲就如同蟒蛇一樣糾纏在一起，讓人眼花繚亂，分不清楚基板的頂面和底面，如果我們想象一下在剛?cè)犭娐飞闲凶?，上下左右會不斷變幻，就真的如同進(jìn)入"4D"空間一般。

無論彎曲如何復(fù)雜多變，有一個原則不可違背，電路的各個部分在空間不能出現(xiàn)干涉。因此，設(shè)計彎曲時需要考慮彎曲的位置、方位、角度、半徑等多種因素，另外，材料的厚度、材質(zhì)等也是制約彎曲的重要因素。

此外，在彎曲的區(qū)域一般是禁止放置過孔和元器件的，我們稱之為Via keepout（過孔避讓）和Component keepout（器件避讓）。

?多?層 疊? ? ? ? ? ?

Multi-stackup多層疊，是指在基板的不同區(qū)域，其層數(shù)和厚度是不同的，即基板需要定義多種層疊結(jié)構(gòu)。

無論何種基板，至少有一種層疊結(jié)構(gòu)，例如我們常見的4層板、6層板、8層板都會對應(yīng)一種層疊結(jié)構(gòu)layer stackup，我們稱之為單一層疊結(jié)構(gòu)，Single stackup，如下圖所示。

Single stackup

對于剛?cè)犭娐坊?，則常采用多種層疊結(jié)構(gòu)，Multi-stackup，即在基板的不同位置，其厚度和層疊結(jié)構(gòu)是不同的，如下圖所示。厚的層疊通常應(yīng)用于剛性基板部分，柔性電路部分的層疊則會比較薄，適合彎曲折疊。

Multi-stackup

多層疊結(jié)構(gòu)Multi-stackup可能會多達(dá)十多種，只要層疊厚度不同，或者層疊中材料不同，就需要定義一種新的層疊。

所有這些層疊結(jié)構(gòu)中，我們可以新定義層疊，也可以刪除層疊，但有一個層疊是不可被刪除的，并且始終處于默認(rèn)的位置，該層疊稱為主層疊Primary stackup。

Primary stackup在多層疊和單一層疊中都存在，單一層疊只有Primary stackup，多層疊則為Primary + other?stackups。

?多?區(qū) 域? ? ? ? ? ?

上文中我們描述的了Multi-stackup多層疊，是指在基板的不同區(qū)域，采用不同的層疊結(jié)構(gòu)，其層數(shù)和厚度是不同的。那么，不同的層疊如何體現(xiàn)在在具體的區(qū)域呢？就引出多區(qū)域Multi-zone的概念。

對于整個剛?cè)犭娐罚鶕?jù)功能需要將其分割成不同的區(qū)域 zone，每個區(qū)域指定不同或者相同的層疊結(jié)構(gòu)，這樣不同的層疊就分配到了具體的區(qū)域。

Multi-zone?definition

Assign stackup to each zone

Rigid-Flex的區(qū)域劃分需要在基板上繪制圖形zone shape，然后再指定stackup。那么，對于基板上沒有繪制zone shape的區(qū)域如何定義層疊呢，那就是默認(rèn)的Primary stackup。

因此，我們知道，對于剛?cè)犭娐穪碚f，并非所有的區(qū)域都需要定義zone，對于沒有定義zone的區(qū)域，其層疊為默認(rèn)的Primary stackup。

從物理結(jié)構(gòu)上來說，Multi-stackup是在基板的Z軸定義的，Multi-zone是在基板的XY 平面定義的，它們是相對獨立的，但又相互依存。

一般，我們先定義multi-stackup，再定義Multi-zone，然后將zone和stackup相互映射。Multi-stackup和Multi-zone是相互依存的，雖然它們可以獨立存在于設(shè)計工具中，但如果沒有一個，另一個就會失去原本的功能。

?總 結(jié)?

Multi-bending（多彎曲），Multi-stackup（多層疊），Multi-zone（多區(qū)域）是剛?cè)犭娐稲igid-Flex最基本的三個特征。

隨著人工智能AI技術(shù)的快速發(fā)展，機器人必將走進(jìn)千家萬戶，成為人類社會新的增長點。由于機器人需要像人類一樣活動，并且每個關(guān)節(jié)都需要通過電路來驅(qū)動，剛?cè)犭娐?Rigid-Flex將是不可或缺的，其市場需求也必然會呈現(xiàn)爆發(fā)式增長。?

因此，工程技術(shù)人員有必要學(xué)習(xí)更多的Rigid-Flex知識，為未來做好技術(shù)準(zhǔn)備。

編輯：黃飛