引言

Flex和Rigid-Flex板，可通過替代體積龐大的線束，有效減小電子設備的尺寸與重量。為適配設備的活動需求，導線會布設在柔性或剛撓結合板的彎折區域，以實現彎曲或扭轉功能；其獨特的 “裝訂式” 結構（見圖 1），能夠支持電路板沿特定軸線反復彎折。

圖 1：裝訂式剛撓結合板在彎折處堆疊多層柔性 PCB，可沿特定軸線輕松開合。通過雙軸、雙彎折的結構設計，能實現電路板不同部位的多向彎折。

憑借在尺寸與重量上的優勢，Flex和Rigid-Flex板被廣泛應用于軍工、航空航天、機器人以及消費電子等領域。但需要注意的是，習慣設計剛性電路板的工程師必須明確，這類柔性板的設計遵循另一套規則，且需要在設計前與設計過程中仔細研讀。本文將梳理柔性與剛撓結合 PCB 設計中的部分常見誤區。

疊層結構與材料概述

剛性板與剛撓結合板的疊層設計會選用不同材料，以最大化提升柔性性能。柔性及剛撓結合板的生產制造需遵循 MIL-P-50884 與 IPC 6013 標準；IPC-2221 至 IPC-2225 系列文件可作為設計參考準則；IPC 4202、4203、4204 標準則明確了這類電路板所用的柔性介質材料、覆金屬介質材料、覆蓋層材料及粘結材料的技術要求。所有電路板均需按照 IPC-A-600 2 級（部分場景為 3 級） 標準進行驗收與最終檢測。

疊層結構類型

根據 IPC 6013 標準的定義，Flex和Rigid-Flex板可分為以下 5 類：

1 類：單面柔性印制板，包含一層導電層，可帶或不帶加強板。

2 類：雙面柔性印制板，包含兩層導電層，帶有金屬化過孔，可帶或不帶加強板。

3 類：多層柔性印制板，包含三層及以上導電層，帶有金屬化過孔，可帶或不帶加強板。

4 類：多層剛柔結合印制板，包含三層及以上導電層，帶有金屬化過孔，由剛性與柔性材料復合而成。

5 類：柔性或剛撓結合印制板，包含兩層及以上導電層，無金屬化過孔。

表 1 列出了Flex和Rigid-Flex板的部分技術規格。

表 1：柔性及剛撓結合板技術規格

材料構成

柔性及剛撓結合板的材料組成包括覆蓋涂層 / 覆蓋膜、基底覆銅材料、粘結片與膠粘劑（或半固化片） 以及剛性覆銅板。

覆蓋涂層是一種液態光成像（LPI）材料，功能與覆蓋膜一致，但無需預先開槽。基底材料分為含膠型與無膠型兩類。

覆蓋膜通常是帶有膠粘劑層的聚酰亞胺薄膜，作用是包覆并保護外層電路。覆蓋膜需要預先開槽，使其形狀與柔性 PCB 的表面結構匹配，以實現對外層電路的精準覆蓋。

粘結片與膠粘劑用于實現板層間的粘合：柔性板所用的粘結片是雙面涂膠的聚酰亞胺薄膜；剛撓結合板則會選用不流動半固化片。

常見誤區與最佳實踐

1.  柔性 PCB 基礎參數計算

柔性電路的應用場景分為靜態彎折與動態彎折兩類。

靜態應用下，電路僅在安裝階段進行一次彎折或折疊，后續僅在維護等特殊情況時少量彎折；動態應用則要求電路能夠間歇性或持續性彎折，因此需要選用經過嚴格篩選的材料制作柔性互連結構。例如，裝甲車輛后門的開合機構就采用了這類柔性板，以滿足士兵進出時的頻繁彎折需求。

IPC 2223 標準規定，最小彎折半徑為柔性板厚度的倍數。銅層厚度增加、膠粘劑涂覆量偏大等因素，都會導致這個倍數數值上升（詳見表 2）。

表 2：單、雙面柔性板最小彎折半徑要求

設計師容易忽略的一點是：彎折區域的應力會傳遞到元件焊點，引發焊點疲勞失效。為規避這一問題，需確保彎折點與焊盤之間留有足夠的距離。柔性 PCB 的其他推薦計算參數與公差要求詳見表 3。

表 3：柔性及剛撓結合板推薦公差

2.  制造工藝相關注意事項

若制造過程中污染物侵入電路板，導致柔性區域滯留多余水分，會引發板面起泡與分層缺陷。

針對覆銅箔結構的柔性板，可在加工時采用 “凹槽工藝” 隔絕污染物 —— 具體做法是采用銅箔而非剛性覆銅介質制作外層板。

此外，在對覆蓋膜進行預先開槽時，必須考慮外層銅導線的厚度，確保覆蓋膜與 PCB 表面貼合時不會產生氣泡（見圖 2）。

圖 2：使用覆蓋膜時，需考慮外層銅導線厚度，以實現對 PCB 表面的精準覆蓋。

另一項制造注意事項是：剛撓結合板的剛柔過渡區需要涂覆柔性環氧 “封邊膠”。這種封邊膠的作用是防止剛性板的不流動半固化片溢入柔性區域。半固化片溢料會形成鋒利的 “刃口”，電路板彎折時，刃口會割傷柔性導線。封邊膠呈錐形，能夠使剛柔過渡區形成平滑的銜接，讓柔性板層彎折更順暢（見圖 3）。

圖 3：剛柔過渡區涂覆的環氧封邊膠，可防止剛性板半固化片溢料割傷柔性導線。圖中過渡區的黑色線條即為封邊膠。

3.  邊緣圓角處理

開展剛撓結合板設計工作時，必須將彎折特性納入考量，這意味著在特定區域應避免設計直角與直邊結構。例如，板邊開槽處應采用圓角替代直角，導線與電路圖形的邊角也需做圓滑處理。圖 4 展示了焊盤連接、焊盤與導線的過渡，以及高焊盤密度區域與導線連接的電路圖形設計示例，這些設計均體現了圓角處理的原則。

圖 4：柔性 PCB 需對 “尖銳” 邊角做圓滑處理，摒棄剛性 PCB 導線中常見的交叉線與尖角設計。注：考慮到壓合階段覆蓋膜樹脂的流動特性，焊盤區域的尺寸需適當增大，以提升覆蓋膜的附著力。

4.  彎折區域設計要點

導線的布設方式至關重要。剛撓結合板與柔性板的彎折區域，需遵循專屬的設計與布局準則，以最大程度降低元件、焊點及剛柔過渡區承受的應力。

彎折區域的所有導線，必須垂直于彎折軸線布設。這樣能確保彎折時所有導線承受的機械應力均勻一致。

在剛柔過渡區，導線進入剛性區域后應采用45° 弧形過渡，而非尖銳的 45° 角彎折。具體布設方式可參考圖 5。

圖 5：柔性板區域至剛性板區域的推薦導線布設方式。

此外，嚴禁在剛柔過渡區與彎折區域密集布置金屬化過孔。所有元件與孔位特征，需與過渡區保持至少 100 密耳的距離，避免產生額外應力。

對于電路密度較高的雙面柔性 PCB，需充分考量彎折產生的機械應力對板層間導線的影響。若相鄰板層的導線出現重疊，會形成 “工字梁效應”—— 該效應雖能增強結構強度，卻會大幅降低電路板的柔性，最終導致彎折失效（見圖 6）。

圖 6：導線層疊布設會引發 “工字梁效應”，導致電路板柔性顯著下降。

結論

由于涉及設計、布局與制造等多方面的特殊要求，柔性及剛撓結合 PCB 在制作原型前，就需要全面考量電路的各項特性。本文僅梳理了這類電路板設計中的部分常見誤區。