博客作者：Tara Dunn

柔性和剛?cè)峤Y(jié)合電路通常是 PCB 設(shè)計(jì)師在需要節(jié)省空間、減輕重量或消除笨重連接器時(shí)的首選。它們推動(dòng)了微型電子設(shè)備的蓬勃發(fā)展，從醫(yī)療可穿戴設(shè)備和無(wú)人機(jī)系統(tǒng)到堅(jiān)固的航空航天應(yīng)用。但隨著應(yīng)用需求不斷提高，即使是設(shè)計(jì)最優(yōu)的柔性電路也開(kāi)始面臨壓力。

在許多情況下，問(wèn)題并非源于布線或信號(hào)流，而是 EMI（電磁干擾）、局部熱量積聚以及使用過(guò)程中產(chǎn)生的機(jī)械應(yīng)力，這些往往決定了設(shè)計(jì)是“能工作”還是能在實(shí)際環(huán)境中可靠運(yùn)行。

今天，我們將探討三種能顯著提升柔性和剛?cè)峤Y(jié)合電路設(shè)計(jì)的強(qiáng)大工具：EMI 屏蔽、散熱管理和機(jī)械加強(qiáng)筋。每一種都會(huì)增加一定復(fù)雜性，但如果合理使用，它們能在性能、耐用性和可靠性方面帶來(lái)顯著改善。

關(guān)鍵要點(diǎn)

即使布線和信號(hào)流在紙面上看起來(lái)沒(méi)問(wèn)題，柔性和剛?cè)峤Y(jié)合電路仍面臨 EMI、熱量積聚和機(jī)械應(yīng)力等現(xiàn)實(shí)挑戰(zhàn)。

EMI 屏蔽（銅網(wǎng)、銀墨或屏蔽膜）可控制電磁輻射，但會(huì)增加厚度和剛性，因此必須合理布局、接地，并與制造商協(xié)同設(shè)計(jì)。

有效的熱管理依賴于堆疊規(guī)劃，以及散熱通孔、導(dǎo)熱界面材料（TIM）和帶鋁背的加強(qiáng)筋等工具，將熱量從密集元件區(qū)域?qū)С觥?/p>

機(jī)械加強(qiáng)筋（FR4、聚酰亞胺或金屬）是可靠性和可制造性的關(guān)鍵，能加強(qiáng)元件/連接器區(qū)域，改善組裝操作，同時(shí)避免影響彎曲區(qū)域。

屏蔽

屏蔽通常用于設(shè)計(jì)存在電磁輻射風(fēng)險(xiǎn)的情況，這在缺乏完整接地平面的柔性設(shè)計(jì)中可能發(fā)生。為設(shè)計(jì)的特定區(qū)域添加屏蔽有助于抑制這些區(qū)域的過(guò)度輻射。

柔性電路可采用多種屏蔽方法：

交叉網(wǎng)格銅層：可在柔性堆疊中作為屏蔽。網(wǎng)格開(kāi)口越大，屏蔽效果越差，但柔性越好，反之亦然。

銀墨屏蔽：通過(guò)絲網(wǎng)印刷在表面，重量輕、柔性好，但導(dǎo)電性略低。

屏蔽膜：預(yù)制吸收材料，內(nèi)含金屬顆粒并帶有粘性背膠，可直接貼在柔性電路表面，適用于空間受限的設(shè)計(jì)。

請(qǐng)注意，屏蔽并非解決輻射問(wèn)題的唯一方法，最好先定位問(wèn)題根源并嘗試解決。

用于仿真的網(wǎng)格平面圖像。

但屏蔽仍有優(yōu)勢(shì)，選擇哪種方法取決于應(yīng)用的電氣性能和機(jī)械要求。無(wú)論采用哪種技術(shù)，都必須確保屏蔽良好接地，并在設(shè)計(jì)中均勻集成。

同時(shí)要記住，屏蔽會(huì)增加厚度和剛性，限制彎曲范圍和半徑。因此最好將屏蔽應(yīng)用在靠近元件的區(qū)域，因?yàn)楹更c(diǎn)附近本就不能彎折。務(wù)必在早期建模這些影響，并與制造商緊密合作，避免在生產(chǎn)或組裝階段出現(xiàn)意外。

散熱管理

過(guò)去，熱性能只在電力電子中被關(guān)注，但現(xiàn)在情況不同。隨著元件密度增加、外殼縮小，即使低功耗柔性電路也可能面臨散熱問(wèn)題，尤其是在剛?cè)峤Y(jié)合板中，活躍元件集中在剛性部分，但熱量會(huì)擴(kuò)散到整個(gè)元器件中。

設(shè)計(jì)師可采用多種工具實(shí)現(xiàn)有效散熱：

散熱通孔：幫助將熱量從關(guān)鍵元件傳導(dǎo)至內(nèi)部銅層或外部散熱結(jié)構(gòu)。

導(dǎo)熱界面材料（TIM）：將熱量從元件傳遞到散熱器或外殼。

帶鋁背的加強(qiáng)筋：不僅增加結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，還能作為被動(dòng)散熱器。

柔性設(shè)計(jì)中的熱管理往往更棘手。聚酰亞胺和薄膠粘劑在熱穩(wěn)定性方面表現(xiàn)良好，但導(dǎo)熱性差。即使能耐高溫，它們也無(wú)法有效散熱。

因此，正確的堆疊規(guī)劃至關(guān)重要。增加銅厚、調(diào)整元件位置或添加被動(dòng)散熱片都能緩解熱點(diǎn)。務(wù)必在設(shè)計(jì)階段與制造商溝通熱要求，因?yàn)椴牧虾穸群蛯訅汗に嚂?huì)影響散熱性能。

加強(qiáng)筋

在柔性或剛?cè)峤Y(jié)合電路中，最容易被忽視的改進(jìn)就是加強(qiáng)筋，但它對(duì)性能影響顯著，尤其是在組裝和實(shí)際使用過(guò)程中。

加強(qiáng)筋用于機(jī)械強(qiáng)化需要支撐的區(qū)域，例如：

安裝元件的區(qū)域，如 BGA 或 QFN

插接 ZIF 連接器或壓入式接觸件的區(qū)域

經(jīng)受貼片或回流工藝的區(qū)域

安裝或操作時(shí)應(yīng)避免彎折的區(qū)域

常用加固材料包括：

FR4：常見(jiàn)，機(jī)械性能與硬板兼容。

聚酰亞胺：重量輕，柔性更高，但仍能增加剛性。

金屬（鋁或不銹鋼）：強(qiáng)度高，還能輔助散熱。

加強(qiáng)筋的布局很重要。避免放在彎曲區(qū)域，并確保與阻焊層或覆蓋膜開(kāi)口對(duì)齊（如果使用膠粘劑）。還可以在不同區(qū)域采用不同厚度的加強(qiáng)筋，以實(shí)現(xiàn)柔性與強(qiáng)度的最佳組合。

加強(qiáng)筋還能提升組裝工藝。例如，帶加固的柔性區(qū)域適合真空貼片，而未加固的區(qū)域在貼裝時(shí)會(huì)卷曲。

綜合考慮

屏蔽、散熱管理和機(jī)械加強(qiáng)筋往往決定了設(shè)計(jì)能否在實(shí)際環(huán)境中可靠運(yùn)行，而不僅僅是紙面達(dá)標(biāo)。它們不是事后補(bǔ)救，而是確保長(zhǎng)期性能和可靠性的設(shè)計(jì)要素。

在設(shè)計(jì)柔性或剛?cè)峤Y(jié)合電路時(shí)，不妨多問(wèn)自己幾個(gè)問(wèn)題：

電路是否會(huì)經(jīng)歷高電磁干擾或高邊沿速率？

外殼尺寸或元件重量是否帶來(lái)散熱問(wèn)題？

是否易于制造并能長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行？

這些問(wèn)題的答案將引導(dǎo)你采用上述一種或多種改進(jìn)措施。

無(wú)論是構(gòu)建可靠的電力電子還是先進(jìn)的數(shù)字系統(tǒng)，Altium 都能將各個(gè)領(lǐng)域整合為協(xié)作力量，打破孤島，突破限制，讓工程師、設(shè)計(jì)師和創(chuàng)新者共同創(chuàng)造。即刻開(kāi)始體驗(yàn)吧！

關(guān)于Altium

Altium有限公司隸屬于瑞薩集團(tuán)，總部位于美國(guó)加利福尼亞州圣迭戈，是一家致力于加速電子創(chuàng)新的全球軟件公司。Altium提供數(shù)字解決方案，以最大限度提高電子設(shè)計(jì)的生產(chǎn)力，連接整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中的所有利益相關(guān)者，提供對(duì)元器件資源和信息的無(wú)縫訪問(wèn)，并管理整個(gè)電子產(chǎn)品生命周期。Altium生態(tài)系統(tǒng)加速了各行業(yè)及各規(guī)模企業(yè)的電子產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)進(jìn)程。