Rigid-Flex彎曲設(shè)計(jì)規(guī)則簡(jiǎn)析

剛?cè)犭娐稲igid-Flex能夠輕松地彎曲、折疊和扭曲。

折疊和扭曲也是特殊的彎曲。

如果彎曲半徑很小，并且彎曲180度，就如同電路折疊在一起，謂之折疊；如果彎曲軸向并非垂直于基板邊沿，多個(gè)彎曲組合在一起，電路如同扭曲一般，謂之扭曲。

下面的解釋來自ChatGPT:

彎曲（Bending）是指在平面內(nèi)使物體彎曲的形變。在桿件或梁上施加力使其發(fā)生彎曲時(shí)，通常會(huì)在桿件的頂部和底部出現(xiàn)壓縮和拉伸區(qū)域，而在中心則會(huì)出現(xiàn)彎曲區(qū)域。

折疊（Folding）是指將物體沿著折痕或折線彎曲或疊疊起來。它通常涉及將物體的一個(gè)部分壓在另一個(gè)部分上，使其沿著一個(gè)明顯的線條彎曲，通常是沿著一個(gè)折痕線或者是沿著一個(gè)平面上的折線。

扭曲（Twisting）是指物體沿其長(zhǎng)度軸線旋轉(zhuǎn)，從而發(fā)生扭曲變形。當(dāng)物體沿其長(zhǎng)度軸線受到扭矩時(shí)，它會(huì)沿著它的軸線旋轉(zhuǎn)，并且不同的區(qū)域會(huì)扭曲到不同的程度。如果扭曲太強(qiáng)，物體可能會(huì)折斷或斷裂。

感覺如何? ChatGPT是不是解釋的還比較到位！

01

彎 曲 參 數(shù)

首先，我們了解一下，定義彎曲需要哪些參數(shù)。

一般定義一個(gè)彎曲需要7個(gè)參數(shù)，我們逐一闡述。

1. Bend line，彎曲軸線，定義了彎曲的位置和方位，由Start point (x,y)和End point (x,y)確定，兩點(diǎn)確定一條直線。

2. Inner side，彎曲內(nèi)側(cè)，對(duì)于基板來說，分為頂層Top和底層Bottom，內(nèi)側(cè)為頂層則向上彎曲，內(nèi)側(cè)為底層則向下彎曲。

3. Radius，彎曲半徑，這個(gè)需要著重注意的是以基板的那一層作為基準(zhǔn)來測(cè)量半徑，例如向上彎曲，頂層測(cè)量的為內(nèi)徑，底層測(cè)量的為外徑。一般定義為inner side，即內(nèi)徑，但從筆者的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)來看，多數(shù)EDA軟件實(shí)際遵循的并非內(nèi)徑或者外徑，而是中心徑，即以基板的截面的物理中心線Central line為基準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)量。

4. Angle，彎曲角度，一般可從0到180度，但基于前文提到的空間不干涉原則，角度的范圍其實(shí)會(huì)更小一些。

5. Order，彎曲順序，因?yàn)槭荕ulti-bending，因此需要定義彎曲的先后順序。

6. Via keepout，過孔避讓，彎曲的區(qū)域一般是禁止放置過孔，此外為了保險(xiǎn)起見，可以設(shè)置在彎曲區(qū)域之外的額外空間也不放置過孔。

7. Component keepout，器件避讓，彎曲的區(qū)域一般是禁止放置器件，此外為了保險(xiǎn)起見，可以設(shè)置在彎曲區(qū)域之外的額外空間也不放置器件。

下圖所示①② 為彎曲軸線，a為彎曲區(qū)域，由彎曲角度和半徑確定，b為過孔避讓區(qū)域，c為器件避讓區(qū)。

下圖顯示為彎曲后的3D視圖，兩個(gè)彎曲都是向上彎曲，彎曲軸線、方位和2D一致，2D視圖實(shí)際是3D在平面上的投影。

02

彎 曲 半 徑

前面我們提到，Radius彎曲半徑，需要著重注意的是以基板的那一層作為基準(zhǔn)來測(cè)量半徑。

從筆者的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)來看，多數(shù)EDA軟件雖然名義上定義為inner side，而實(shí)際卻是Central line 中心半徑，即以基板的截面的物理中心線為基準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)量。

下面我們做一下分析。

如果以inner side為基準(zhǔn)來測(cè)量?jī)?nèi)徑，那么以哪一層作為內(nèi)層呢？因?yàn)榻饘賹又线€有Mask層，對(duì)于剛?cè)犭娐?，這些Mask層種類很多，并且都有一定的厚度，因此內(nèi)層實(shí)際上很難確定。

而選用Central line 中心半徑則要穩(wěn)定的多，因?yàn)榇蠖鄶?shù)基板的板層都是對(duì)稱的，表面層的變化并不太影響中心線的位置。

以下圖為例，R1為內(nèi)徑，R2為外徑，R為中心半徑，T為彎曲所在區(qū)域的基板厚度，我們可以得出：R=R1+T/2。

R1的最小極限為0，此時(shí)R=T/2，實(shí)際中，這種極限不太可能出現(xiàn)，因?yàn)樵诖酥安牧弦呀?jīng)永久變形或者損壞。R>T/2則是彎曲的最最基本的前提條件。

實(shí)際情況中，R >>T/2，彎曲多呈現(xiàn)薄壁狀態(tài)，R1≈ R2 ≈ R，如果在3D預(yù)覽中發(fā)現(xiàn)彎曲非薄壁狀態(tài)，則需要多加小心，確認(rèn)參數(shù)是否有誤，以及材料是否有永久變形和損壞的可能。

03

彎 曲 規(guī) 則

Rigid-Flex能夠輕松地彎曲、折疊和扭曲，并且通常都是Multi-bending（多彎曲）復(fù)雜的Multi-bending可以多達(dá)數(shù)十個(gè)彎曲，彎曲的半徑、角度、方位、順序等等都需要合理的設(shè)計(jì)。

無論彎曲如何復(fù)雜多變，有一個(gè)原則不可違背，電路的各個(gè)部分在空間不能出現(xiàn)干涉。此外，基板斷裂和焊接開裂的問題，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），保險(xiǎn)起見，這些區(qū)域通常需要在彎曲區(qū)域外擴(kuò)一定的空間。

最后，我們?cè)僬?qǐng)ChatGPT給出彎曲設(shè)計(jì)規(guī)則：

在Rigid-Flex剛?cè)犭娐返膹澢O(shè)計(jì)中，需要遵循以下要求：

彎曲半徑：在Rigid-Flex電路板的彎曲部分，需要考慮彎曲半徑。一般情況下，彎曲半徑不應(yīng)小于電路板的厚度的5倍，以避免線路受到過度彎曲而導(dǎo)致斷裂或損壞。

彎曲方向：電路板的彎曲方向應(yīng)該盡量保持一致，以保證線路的連續(xù)性和信號(hào)的穩(wěn)定性。如果需要改變彎曲方向，應(yīng)該采用漸進(jìn)式彎曲，即逐漸將線路彎曲到新的方向，避免直接轉(zhuǎn)彎。

彎曲角度：電路板的彎曲角度應(yīng)該盡量小，以避免線路受到過度拉伸和彎曲而導(dǎo)致?lián)p壞。一般來說，彎曲角度不應(yīng)超過180度。

彎曲部分長(zhǎng)度：Rigid-Flex電路板的彎曲部分長(zhǎng)度應(yīng)該盡量短，以避免線路受到過度彎曲和拉伸。在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該盡量縮短彎曲部分的長(zhǎng)度，避免過度彎曲。

彎曲區(qū)域與剛性部分過渡：在彎曲區(qū)域和剛性部分的過渡處，需要采用逐漸變細(xì)的方式過渡，以避免線路受到過度拉伸和彎曲而導(dǎo)致斷裂或損壞。

彎曲區(qū)域與柔性部分過渡：在彎曲區(qū)域和柔性部分的過渡處，需要采用逐漸變寬的方式過渡，以避免線路受到過度彎曲和拉伸而導(dǎo)致?lián)p壞。

彎曲區(qū)域的覆銅：在Rigid-Flex電路板的彎曲區(qū)域，需要對(duì)覆銅進(jìn)行特殊處理，以避免覆銅被過度彎曲而導(dǎo)致斷裂或損壞。

總的來說，在Rigid-Flex剛?cè)犭娐返膹澢O(shè)計(jì)中，需要遵循上述規(guī)則，確保線路的連續(xù)性和信號(hào)的穩(wěn)定性。同時(shí)，在具體設(shè)計(jì)中還需要考慮彎曲區(qū)域的實(shí)際情況，根據(jù)具體情況進(jìn)行細(xì)化和具體化。

審核編輯：劉清