柔性印刷电路完整指南

柔性印刷电路板是采用柔性基板材料和少量铜层、可弯曲的PCB。这种可弯曲特性带来了诸多优势，例如高效利用空间以及抗冲击/抗振动，这些在多种应用中至关重要。

让我们深入了解这类PCB的各个方面，包括其常用结构材料、制造工艺、优势等！

什么是柔性印刷电路板

如前所述，柔性PCB是一种电路板，其可弯曲基材通常由聚酰亚胺制成。

其他层的材料同样具有柔性，能够承受弯曲而不断裂或开裂。

您可以弯折、折叠或扭曲柔性PCB，使其适应狭小空间，这在需要电路贴合最终产品外壳形状时（例如可穿戴设备）非常重要。

柔性PCB的另一个关键优势是其抗振动性，这使其适用于汽车、航空航天和航空应用。

柔性电路板的类型

以下是柔性PCB的类型：

单面柔性PCB

这是最常见的柔性PCB。它们具有一层导体层和一层柔性介电薄膜。

并且仅在一面印刷，因此制造成本更低。

双面柔性PCB

它们在介电材料的两面都有印刷。因此，相比其他板，它们能容纳更多元件，并具有更好的功率处理能力。

缺点是制造成本更高。

多层柔性PCB

它们具有两层以上的导体层，适用于军事和航空航天应用。

此外，它们能实现高密度布线，制造成本也更高。

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刚柔结合PCB

顾名思义，它们是刚性电路板和柔性电路板的结合体。更具体地说，它们是带有柔性连接基板的刚性电路板。

由于其结构特点，您通常会在智能设备和军事应用中发现它们。

HDI柔性PCB

HDI是高密度互连（High-Density Interconnect）的缩写。

HDI柔性PCB具有多个微孔和精细结构，使得单位面积内的布线密度高于传统电路板。

高布线密度也提升了电路板的功能性，因为您可以在其上安装更多元件。

HDI柔性PCB的另一个显著特点是，其基板比常规柔性电路板更薄，这减小了尺寸并提高了电气性能。

柔性电路板的优势是什么

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• 紧凑轻巧的封装： 柔性PCB的基板、铜层和其他材料比刚性PCB更薄。薄材料意味着电路板更轻，从而使最终产品的封装尺寸和重量更小。

• 柔性： 柔性电路板在安装过程中可以连接多个平面，并且可以多次弯折而不会出现故障。

• 高可靠性： 处理刚性电路板时，互连点很常见且容易发生故障。柔性PCB减少了电路中的互连点，从而提高了产品的可靠性。此外，FPC电路板能够承受冲击和振动，使车载电子产品和其他产品高度可靠。

• 允许高密度配置： 由于允许极窄的间距和线路，柔性PCB为高密度器件布局腾出了空间，以实现更多的产品功能。

• 设计自由度： 柔性PCB设计不限于两层。这些电路板可以有多层，有些甚至在各个部分结合了刚性电路。因此，这些PCB可以具有复杂的配置，以处理精密的电路。

• 改善气流： 这些PCB的流线型设计使冷空气能够轻松流过产品，并更快地散热。

柔性PCB的缺点是什么

• 制造成本高： 用于制造柔性电路板的材料比制造刚性PCB的材料更昂贵。此外，制造工艺更复杂，且在操作过程中损坏的可能性高。

• 难以返工： 对柔性电路板进行返工（维修或修改）很棘手，因为您必须去除保护膜，修复问题，然后重新覆盖这层膜。

• 元件密度受限： 这些电路板的薄且柔性的特性限制了可安装元件的数量和类型。高密度或大而重的元件可能会压弯基板，甚至导致其折断。

• 多重设计复杂性： 一些设计规则，如弯曲区域无过孔、多层板上导体交错排列、使用特定的覆盖层等，使得柔性PCB设计变得复杂。

• 易受恶劣环境条件影响： 与刚性电路板相比，柔性电路板更容易受到化学品、热量、湿气和其他环境因素的影响。因此，对于某些应用，它们可能不是最佳选择。

常见的柔性PCB材料有哪些

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• 导体： PCB中最常用的导体材料是铜，但柔性电路板中使用的铜必须更薄。因此，通常使用压延退火铜或电解沉积铜。其他可用作导体的材料包括铝、因康镍合金、银浆、康铜和铜镍合金。

• 粘合剂： 这些材料将各层粘合在一起，包括环氧树脂、丙烯酸或压敏胶（PSA）。

• 绝缘体： 绝缘体用于分隔导电层，包括聚酰亚胺、聚酯、PEN、PET、PEEK或LCP。阻焊层（一种环氧液体）也是一种绝缘体。

• 表面处理： 裸露铜区域上的表面处理可以是ENIG、ENEPIG、锡、OSP、硬金或硬镍。还有其他多种选择，但ENIG是最流行的。

柔性PCB项目通常的成本是多少

工程团队推迟柔性PCB决策的一个原因是，与刚性PCB或扁平电缆相比，首次报价往往显得较高。这种比较通常是不完整的。

在原型阶段，一个简单的1层或2层柔性PCB，带有简单的覆盖层开口和标准ENIG，其价格通常在180-350美元左右。一旦设计增加了受控阻抗、多层叠构、加强片、选择性表面处理或异常严格的弯曲区域规则，原型价格通常会进入600-1500美元的范围（不含组装）。

对于量产，更大的成本驱动因素通常是：

• 柔性电路可消除的连接器数量
• 拼板利用率和可用阵列尺寸
• 加强片和覆盖层开口是否已标准化
• 设计是否需要人工操作或特殊工装

采购团队应将柔性PCB的成本与整个互连方案的安装成本进行比较。一个柔性设计如果能省去两个连接器和15分钟的组装人工，即使裸板本身成本明显更高，其总系统成本也可能更低。

我们反复看到的三种买方案例模式

1. 医疗可穿戴团队购买组装简便性

一个紧凑型可穿戴项目从三块小型刚性互连板和两个板对板连接器，转变为一块在ZIF区域下方带有加强片的双面柔性电路。柔性PCB本身的成本高于原来的刚性板，但最终组装时间下降了约27%，并且与连接器相关的故障点消失了。商业上的成功并非“便宜的柔性电路”，而是更少的零件、更快的组装速度和更低的服务风险。

2. 汽车显示模块以更高的电路板价格换取封装自由度

一个汽车显示子组件需要在金属外壳周围采用更紧凑的折叠布线路径，这是刚性板无法支持的。柔性设计在PCB层面成本更高，但它省去了一块子板，缩短了线束路径，并简化了安装顺序。这类项目通常能获批，因为柔性PCB同时解决了封装和可靠性问题。

3. 工业控制项目避免虚假节省

我们也看到一些团队在第一次评估时就拒绝柔性方案，因为某个离岸报价看起来低了20-30%。经过审查，那个较低的报价通常假设了更宽松的阻抗控制、不太稳定的材料，或者弯曲区域过于靠近过孔和焊盘。短期节省在纸面上是真实的，但重新设计或现场调试的成本可能立即将其抵消。柔性PCB采购的纪律主要在于避免接受规格不足的报价。

为什么在柔性和刚柔结合PCB板上使用加强片

加强片为PCB提供机械强度，从而提高耐用性和可靠性。PCB加强片可以添加到电路板的任何一面，其需求属于以下几类使用场景：

• 加固连接器区域，以改善反复插拔或承载大型、重型连接器时的应力释放
• 满足ZIF（零插入力）厚度要求
• 为放置SMT焊盘和元件创造平坦表面
• 辅助局部弯曲约束
• 减少元件应力
• 增强散热（金属加强片）
• 降低自动化组装过程中发生故障的几率

设计柔性印刷电路板时有哪些考量因素

在进入制造工艺之前，必须正确设计柔性PCB，牢记以下设计考量因素非常重要。

工作环境

考虑电路板的最终工作环境，这将决定是否需要针对化学品、高温或潮湿的防护层。

弯曲比率

该术语指弯曲半径与电路板厚度之间的关系。考虑这一比率很重要，因为不同层数的电路板具有不同的弯曲比率，且弯曲半径越小，弯折时发生故障的概率越高。

导体与布线

应仔细分析铜走线及其传输路径，以确定它们在弯折时是否会受到影响。导体应垂直于弯曲区域布线，以避免折断。

焊盘泪滴

当焊盘直径超过连接线宽度时，这些添加结构是必要的，因为它们能提高蚀刻良率和材料强度。

防撕裂

考虑采用大拐角半径、加强片和应力释放槽，以避免PCB撕裂。

过孔

盲孔和埋孔仅在多层PCB必要时才应使用，因为它们会显著增加制造成本。

平面层与屏蔽

接地层或参考平面层对于屏蔽、阻抗控制和信号完整性至关重要。然而，这些实心铜层会使电路板更硬，因此应将其纳入弯曲比率计算中。

信号完整性与受控阻抗

绝缘材料的介电常数、走线宽度以及信号走线与参考平面的距离等因素决定了信号完整性和阻抗。

如何制造柔性电路板：分步制造工艺

该工艺根据柔性电路板是单层还是多层（2层或以上）而有所细微差别，但在材料选择和覆铜之后，通常遵循以下步骤。

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覆铜层压板裁切

柔性PCB始于成卷的覆铜层压板，将其裁切为所需加工尺寸的半成品铜箔片。

钻孔

根据设计文件，使用机械钻孔或激光钻孔在层压板上钻出特定直径的孔。后者更受青睐，因为它不会对PCB施加压力。然后对这些孔进行清洁和电镀。

干膜层压

干膜是光敏抗蚀剂，有助于将电路图像转移到铜层上。这种光刻胶材料使用加热辊，在适当的压力下熔化并均匀地形成在铜面上。

图形电镀

图形电镀可以使用紫外光（光刻法）或LDI完成。

蚀刻

该工艺需要使用腐蚀性化学溶液，从未固化的干膜区域去除铜。图形电镀在光刻胶材料上形成硬化的正片膜以构成电路。蚀刻则腐蚀其他部分，留下电路。

干膜剥离与检查

去除硬化的正片干膜，露出裸露的铜电路，然后使用AOI进行检查，查看是否存在短路或断路。

覆盖层压合

覆盖层是应用于PCB的一层薄膜，用于保护其免受氧化和机械损伤（如划伤）。应用后，电路板在特定的热量和压力参数下进行层压，以避免损坏。

表面处理

在裸露的铜区域进行表面处理很重要，可以保护它们免受氧化。这也简化了焊接过程。

丝网印刷

丝网印刷在表面标示相关信息（测试点、警告符号、标志等），并与阻焊层一起印刷以提供保护。

电气测试

电气测试需要使用飞针测试或针床测试等技术，检查PCB中是否存在短路或断路。

冲切

冲切是指将整张板材裁切成符合客户要求（设计文件）的单个PCB。

外观检查

必须进行目视检查，以确保柔性电路板没有划痕或污染。

包装与发货

完成的PCB在发货前根据客户需求进行包装。如果客户需要组装，这些电路板将送往组装厂形成PCBA，然后再发货。

如何选择合适的柔性电路板制造商

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柔性PCB是精密的电子电路板，在制造时需要适当的设计考量和操作。因此，在选择柔性电路板组装制造商时，您应考虑三个“E”：专业知识（expertise）、设备（equipment）和经验（experience）。

在FlexiPCB，我们拥有一支内部工程师团队，他们使用我们的软件和最先进的设备，在以下方面为您提供帮助：

• 概念开发
• 设计优化
• 材料选择
• PCB叠构设计
• DFM分析
• 信号完整性分析
• 电源完整性分析
• 热分析
• 机械分析

由于这些电路板操作起来很精细，我们可以为您处理组装过程，以消除您那边可能出现的任何复杂性。

我们的交钥匙PCB组装解决方案还涵盖材料采购、质量控制、测试、包装、发货、售后支持和维护，我们推荐这项服务，因为它让我们以合理的成本为您完成所有高风险和困难的工作。

常见的采购异议及如何评估

“柔性PCB太贵了”

有时确实如此。如果产品不能从弯曲、折叠、减少连接器或简化封装中受益，那么刚性PCB可能是更好的选择。但如果柔性电路能省去连接器、缩短组装时间，或满足刚性板无法实现的运动或空间限制，那么正确的比较对象是总安装成本，而非裸板价格。

“我们直接用FFC代替好了”

当互连简单、标准化且受到机械保护时，FFC效果很好。但当设计需要定制布线、细间距集成、混合元件贴装、受控阻抗或可靠的反复弯折时，FFC就成为一个薄弱的替代品。如果您的设计仅仅为了降低单价而被迫使用FFC，请检查是否将组装或可靠性成本转移到了下游。

“我们等布局冻结后再决定制造商”

这通常太晚了。柔性PCB的成本和可靠性在很大程度上受早期叠构、弯曲区域和加强片决策的影响。在发版前由制造商进行审查，通常可以避免因动态弯曲区域中的过孔、不切实际的覆盖层开窗或低良率拼板布局而导致的昂贵重新设计。

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常见问题

柔性PCB可靠吗？

一般来说，大多数柔性印刷电路板都是可靠且耐用的。这是因为制造商使用聚酰亚胺等柔性基板材料制造这些PCB。

然后，将它们用于需要具备柔性的设备中。

例如，我们在手表等可穿戴设备中使用柔性PCB。

不利的一面是，柔性PCB的可靠性取决于其制造质量。制造不良的PCB将不如高品质PCB可靠。

为什么柔性PCB电路很昂贵？

一些柔性PCB比刚性PCB更昂贵，原因有几个。首先，它们的设计和制造更复杂。

因此，与制造传统电路板相比，制造商需要分配更多资源来制造柔性PCB。

其次，柔性PCB基板比制造刚性PCB所用的材料更昂贵。

例如，聚酰亚胺基板的成本高于制造商在传统PCB中使用的刚性材料。

第三，PCB的柔性特性使得制造过程密集且耗时。

总的来说，这减少了制造商在给定时间内能够生产的电路板数量。

结果，制造成本增加，转化为更高的售价。

结论

总之，柔性PCB在设计、制造和组装时需要仔细规划、考量和小心的操作，才能实现其预期的优势。

这些优势对于当前和未来几代的电子产品至关重要，在这些产品中，各种应用都需要紧凑、轻便且可靠的电路。

拥有像我们这样可靠的制造合作伙伴，我们可以保证为您提供耐用且高质量的柔性电路板，因为我们对卓越和持续改进的承诺使我们始终处于行业前沿。

如果您想要一份有用而非泛泛的报价，请发送叠构目标、弯曲区域、加强片位置、预期数量和运行环境。一个好的供应商回应应能解释成本驱动因素，以及在不增加风险的情况下可以在哪些方面简化设计。

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