By John Burkhert Jr
對於軟性闆設計來說，多(duō)達 90％ 的(de)工作在於機構方面，而隻有10％的(de)設計在於佈局及佈線。但是這並不意味著電子工程師或機構工程師能提供很多(duō)幫助；layout 設計師依然需要多(duō)次重新佈線才能完成工作。
對於初學者來說，軟性闆就像一個三維空間拼圖。為了(le)視覺化(huà)軟性電路的(de)扭曲、轉彎和(hé)彎曲，我們通(tōng)常使用(yòng)折紙技術來對連接進行打樣。
先從一張紙和(hé)一把剪刀(dāo)開始，標記引腳1來表示一個連接器。創建模型的(de)一般形狀，並在最終的(de)折疊形式下(xià)標記信號的(de)另一端。然後將紙張展平，看看是否可(kě)以畫一條連線拉回引腳 1。在下(xià)一步之前再做(zuò)一次佈局。
如果我們能夠在整個系統中使用(yòng)引腳 1 來獲取同一信號，那麼我們就會有較少的(de)災難性故障。接下(xià)來，讓我進行詳細解釋。
一次一層
補充一些關於單層軟性闆的(de)知識：硬性闆的(de)介電核心是銅。當軟性結構必須經歷數千次彎曲時，所謂的(de)中性軸結構就非常有用(yòng)。銅是夾在兩層軟性材料之間的(de)，這有助於消除導體的(de)伸長或壓縮現象。使用(yòng) IPC-6013 類型1就是為了(le)降低勞損，延長使用(yòng)壽命。
最常見的(de)是雙層軟性闆，即 IPC-6013 類型 2。該類軟性闆至少有一端帶有 ZIF 連接器。ZIF 代表零插入力，並且由於它會滑入對接插座，它的(de)工作原理(lǐ)就像一個邊緣連接器。稍後再詳細介紹。
另一端則通(tōng)常是薄型層疊連接器，其間具有可(kě)彎曲區域。基於這樣的(de)結構，我們在設計時至少有三個區域需要考慮和(hé)注意。
區域一：連接器
連接器是焊接到軟性闆上的(de)，而這幾乎總會涉及遠端的(de)增強闆。常見的(de)增強闆材料是 FR4、鋁和(hé)不銹鋼（即 SUS），聚醯亞胺也(yě)可(kě)用(yòng)于薄背襯材料。
增強闆的(de)特點是雙面。我們肯定都不希望焊點從脆弱的(de)材料帶上脫離，增強闆將減少軟性電路壽命期間的(de)磨損，金屬也(yě)是很好的(de)散熱器。
此區域的(de)層疊：
1. | 連接器 |
|---|---|
2. | 阻焊層： |
這是軟性闆中的(de)一種特殊類型。Pyralux 是杜邦的(de)材料，很常見。其擴展功能遠遠超出我們對普通(tōng)電路闆的(de)預期，因此可(kě)以放心使用(yòng)。絲網印刷（如果有的(de)話）則必須保持小規模。 |
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3. | 鍍層金屬化(huà)： |
在軟性電路中進行 RA 銅（軋製退火）軟化(huà)。對於在 FPC 中必須彎曲的(de)銅，這是優選的(de)處理(lǐ)方法。 |
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4. | 基底金屬： |
與硬性闆不同，上述的(de)阻焊層和(hé)鍍層金屬化(huà)在層疊圖中單獨調出。 |
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5. | 聚醯亞胺： |
這是硬性 / 軟性（基底金屬）中最內層的(de)核心材料。正常的(de)電路闆層疊將取代連接器和(hé)增強闆。由於較複雜，我們在本文對此不予考慮。 |
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6. | 基底金屬 |
7. | 鍍層金屬化(huà) |
8. | PSA（壓敏膠）：即膠水(shuǐ)。 |
9. | 增強闆 |
是不是看上去層疊眾多(duō)？然而所有這一切隻是雙層軟性闆層疊的(de)三分(fēn)之一。
區域二：「軟性部分(fēn)」
在我看來，軟性部分(fēn)使設計變得(de)有趣。彎曲有兩種形式，靜態和(hé)動態。靜態彎曲也(yě)稱為軟性裝配，即將元件組裝在一起進行一次性彎曲。動態彎曲在機器人(rén)和(hé)筆記型電腦等電子設備中很常見。舉例來說，相機的(de)信號是如何到達 CPU 的(de)呢(ne)？答(dá)案是透過微小的(de)彎曲來穿過轉軸，每個主機闆都有六個或更多(duō)的(de)彎曲。
軟性闆彎曲的(de)任何地方都可(kě)能會增加應力。理(lǐ)想情況下(xià)，我們的(de)走線不會在軟性區域中發生彎轉，否則它們會最終從闆上剝離。而更寬的(de)走線可(kě)能會分(fēn)成兩條或更多(duō)條較細的(de)走線，反而使設計更加靈活。另一個技巧是將接地層變為接地網格，類似於用(yòng)鏈條連接的(de)柵欄穿過除增強區域以外的(de)彎曲區域或整個軟性電路，也(yě)是同樣的(de)道理(lǐ)。
由於貫孔會在應力下(xià)破裂，我們不希望任何貫孔出現在希望彎曲的(de)位置附近。焊盤通(tōng)常使用(yòng)一些輻射出來的(de)小尖腳，然後用(yòng)掩膜或覆蓋物(wù)固定，以防止它們剝落。
出於電氣和(hé)機械原因，我們需要避免在頂部和(hé)底部沿同一路徑走線。否則在電學上會發生耦合；而在機械方面，I-beaming 則使軟性電路變得(de)更硬。
當設計被允許轉彎時，走線將是半徑彎曲而不是 45 度彎曲。45 度彎曲發生在整個軟性電路轉彎的(de)時候。
專業小技巧：
當整個軟性電路轉動時，在內角上添加保護性的(de)「撕裂止擋」是明(míng)智的(de)。它是一條非連接的(de)走線，與彎曲一起形成弧形。這樣一來，當內角開始撕裂時，小金屬的(de)彎曲就阻礙了(le)撕裂的(de)擴散。該功能可(kě)防止撕裂擴散到攜帶訊號的(de)重要走線。
區域 2 的(de)層疊如下(xià)：
1. | 覆蓋物(wù)：Kapton 是杜邦的(de)常見產品，它取代了(le)阻焊層的(de)位置。 |
|---|---|
2. | PSA（壓敏膠）：在某些彎曲的(de)情況下(xià)，可(kě)省略該層而獲得(de)更加可(kě)彎曲的(de)活頁部分(fēn)。 |
3. | 電鍍：RA 銅的(de)替代品是 ED（電解銅）。 |
4. | 基底金屬 |
5. | 聚醯亞胺：核心材料。 |
6. | 基底金屬 |
7. | 更多(duō)電鍍 |
8. | 更多(duō) PSA |
9. | 更多(duō)覆蓋層：由聚醯亞胺製成，但與核心材料的(de)配方不同。 |
區域三：ZIF
Molex ZIF 尾部。 圖片來源：Molex
ZIF 的(de)理(lǐ)想之處在於其對接連接器有一個鉸鏈夾，該鉸鏈夾可(kě)以打開而允許插入/拔出動作，從而免去過多(duō)（如果有的(de)話）推或拉的(de)行為。
ZIF 需要的(de)是具有特定厚度的(de)軟性闆和(hé)放置到位的(de)鍍金接點以啟動所有電子元件——但千萬不要過度啟動。下(xià)圖展示的(de)是來自 Hirose 的(de) ZIF 層疊實例。注意，熱固性粘合劑是壓敏粘合劑的(de)替代品，與熱膠槍類似。另外，請注意該區域有重疊傾向，將邊緣放在相同位置會對彎曲產生壓力。
ZIF 層疊實例。圖片來源：Hirose
上圖是一個雙層軟性闆，僅僅在一個區域內就存在十幾種不同的(de)層疊標註。 如果粘合劑或其他(tā)材料有兩個不同的(de)數位，它們並不表示一個範圍，而是固化(huà)前後的(de)厚度。
下(xià)圖是頂部的(de) Molex 邊緣連接器，四個奇特的(de)焊盤形狀與特殊標籤和(hé)各電鍍規格互鎖。
圖片來源：Hirose
在我們的(de)設計中，可(kě)能會包含 Camera Flex、Keyboard flex、Prox flex、Haptics Flex、Audio Flexes、Display Flex、Trackpad Flex、更厚的(de) Battery Flex，以及高(gāo)層數的(de) USB Flex 等等，這些都在主邏輯闆（MLB）上搶佔空間而留下(xià)非常小的(de)位置給連接器。
儘管設計起來相對複雜，但較薄的(de) Z- 層疊和(hé)更輕的(de)重量遲早會使軟性電路成為我們設計中必不可(kě)少的(de)一部分(fēn)。我們可(kě)以用(yòng)窄至 1 mil 的(de)線進行添加工藝；也(yě)可(kě)以事先把它們彎曲好，以應對更難的(de)轉彎。它們可(kě)以在硬性電路無以作為的(de)地方發揮作用(yòng)。
本文作為一個起點講述了(le)軟性電路的(de)特點、設計技巧和(hé)注意事項，還有更多(duō)的(de)內容等待我們探索。軟硬結合作為另一大(dà)設計趨勢，其規格標註、材料、設計規則以及供應商的(de)生態系統等等方面都同樣值得(de)我們的(de)研究。
延伸閱讀
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