软硬结合板是一种兼具刚性电路板和柔性电路板特性的新型电路板,融合了两者的优势。它在需要刚性支撑的部分采用刚性板材,在需要可弯曲连接的部位使用柔性材料,实现了复杂电子设备的多功能设计需求。随着电子技术的不断发展,软硬结合板在消费电子、医疗设备、汽车电子等领域的应用越来越广泛。
制作软硬结合板需要把柔性板和硬质板压制在一起。与普通的柔性板相同,它需要独立钻孔、电镀并蚀刻。不同的是由于缺少玻璃纤维,所以它更薄、更有弹性。正如前面所提到的,弹性差一点的板可以根据需求使用PI和玻璃纤维制造。最后要也要把它作为夹层与硬质板压制在一起,并做成拼板。
层压叠层
柔性电路板是与硬质电路板和其他柔性板,通过粘接剂热压在一起的。每个柔性板彼此是不相邻的。为了保持灵活性,每个柔性板最多有2个铜皮层。柔性板之间是被硬质半固化片、基板或者由环氧树脂或和丙烯酸酯胶粘剂制成的PI芯粘接片所分离的。
从本质上讲,每个硬质板在柔性板填充的部分都是单独切割的。
下面是软硬结合板层压过程,2个两层柔性电路嵌入三个硬质板中。
金属蚀刻、电镀、保护膜和空白柔性板与玻璃环氧硬质板相结合。
包括每一柔性部分镀孔层叠板,及硬性部分镀孔的详细流程图。
在所示的层叠例子中,有两个预蚀刻和切割的柔性电路,每一个都是双面镀通的。柔性电路已经嵌在最终的拼板中,在柔性电路下面保留了硬质电路板,用于支撑柔性电路。这样有助于在焊装过程中保持柔性电路平整。如果柔性电路没有支撑的话会有一些潜在的危害,比如焊装过程中柔性电路弯曲或者大裂缝,尤其是在回流焊炉中。
阻焊可以使用类似压贴纸的覆盖膜,或用前面提到的光敏阻焊涂料。最后,由柔性板和硬质板构成的6层的板压制完成后,最外层(顶部和底部)的铜箔层就要连接在一起了。通常是从顶层到底层钻孔,然后涂镀就完成了。也可以使用激光钻盲孔(从顶层到柔性板或者从底层到柔性板),不过这样会增加成本。
最后一步是印刷顶层和底层的阻焊层、丝印层和防腐镀金(如:化镍浸金)或焊锡均涂(HASL)。
物理约束多个柔性板结构
刚柔板尽管原理上可以使用各种层叠结构,但是如果你没能谨慎考虑生产步骤及材料属性,它的造价会贵得离谱。设计柔性电路的一个重要考虑是,要了解电路弯曲时材料内部所能承受的压力。在反复多次地弯曲后,铜会硬化并产生疲劳断裂。缓解这个问题的一种方法是使用单层的柔性电路结构,这样,铜处于弯曲半径的中心,薄膜板和覆盖层最大限度吸收了的压缩和拉伸应力,由于聚酰亚胺具有良好的弹性,所以问题不大。相比多铜层结构,单层铜皮结构能在反复的运动中具有更长的生命周期。
对于需要多次重复弯曲的电路,最好使用单层柔性结构,并且使用RA铜来增加疲劳寿命。
同理,多个独立的柔性电路通常也是很有必要的,但最好避免在重叠部分弯曲,因为柔性部分的长度会限制弯曲半径。
胶珠在柔性板离开硬质板的地方需要考虑加强它的牢固度,环氧树脂、丙烯酸或热熔胶都可以帮助提升使用寿命。但是,点胶和等它固化,会增添额外劳动及生产周期。
当然可以使用自动点胶机,不过你必须非常仔细地与装配工程师一起合作,来确保装配完成后这个胶珠不会掉下来。在某些情况下,即便是费时、费钱,也必须要手动上胶。无论采用哪种方式,你都需要为装配人员提供清晰的操作手册。
补强板和终端
如果不与硬质板组装在一起,那么柔性电路的终端通常会与连接器相连。这种情况下,终端部分可以添加补强板。补强板的材料多为更厚的聚酰亚胺或者FR-4。一般来说,它有助于把柔性板嵌压到硬质板上。
拼板
在焊装的过程中,软硬结合板是拼在一起的。我们把元件放置并焊接在硬质板部分。某些产品需要在柔性板部分焊装元器件,这种情况下,柔性板的下面要保留硬质板,用于支撑柔性板。硬质板不与柔性板粘贴在一起,并且使用可控制深度的铣刀铣出它的轮廓。当焊装完成后,工人用手就可以把它压下来。
软硬结合板的例子。请注意,这里有前后面板、柔性电路和板切割。硬质板上已经开有V型槽,焊装完成后可以被折断。这样在装配至机箱过程中可以节省时间。