剛柔結合PCB技(jì)術的案例
何時(shí)使(shǐ)用(yòng) 軟(ruǎn)硬(yìng)結(jié)合(hé)板(bǎn)(Rigid-flex PCB)
把所(suǒ)有東西放在盒(hé)子裏(lǐ)變(biàn)得(dé)越(yuè)來越(yuè)難(nán)了(liǎo); 它的(dí)成(chéng)本(běn)也越(yuè)來越(yuè)高(gāo)。 一(yī)種有助於設計人(rén)員(yuán)滿足(zú)尺寸(cùn)約束(shù)的解(jiě)決方(fāng)案(àn)是(shì)剛柔結(jié)合PCB技(jì)術(shù)，但(dàn)大多(duō)數(shù)設計(jì)團(tuán)隊都試圖避(bì)免在(zài)產(chǎn)品(pǐn)成本(běn)問(wèn)題(tí)時(shí)使用剛柔結(jié)合PCB。 但它(tā)真的像我(wǒ)們想象(xiàng)的那(nà)樣昂(áng)貴(guì)嗎(má)？
首(shǒu)先，考慮將傳統(tǒng)剛性電纜 - 剛(gāng)性(xìng)PCB組件(jiàn)的(dí)成本與基(jī)於剛(gāng)柔結(jié)合技術的組(zǔ)件(jiàn)相比(bǐ)較(jiào)。 前一種結(jié)構適用於短(duǎn)期設(shè)計; 但是，它需要每塊(kuài)板(bǎn)上的連接器和相(xiāng)互連接，所有這(zhè)些(xiē)都會(huì)增加BoM的成本。 此(cǐ)外，剛性(xìng) - 電纜(lǎn) - 剛(gāng)性(xìng)設計(jì)易於(yú)“冷(lěng)接(jiē)合(hé)”，並(bìng)縮(suō)短使(shǐ)用壽命。 相比(bǐ)之(zhī)下，剛(gāng)柔結(jié)合(hé)電(diàn)路(lù)消除了(liǎo)這(zhè)些接頭，使(shǐ)其更加可靠，並能夠提供(gōng)更(gēng)高的產品(pǐn)質量(liáng)和(hé)更(gēng)長的(dí)使用壽(shòu)命(mìng)。因(yīn)此，雖(suī)然(rán)剛柔結(jié)合PCB技(jì)術當(dāng)然(rán)不是(shì)新(xīn)技術，但現在(zài)各種(zhǒng)考(kǎo)慮使其(qí)更加(jiā)可行 - 其中(zhōng)最重(zhòng)要(yào)的是(shì)成(chéng)本。
模擬成本(běn)
在(zài)某(mǒu)些(xiē)設計(jì)中，剛(gāng)性 - 柔性(xìng)不是一種(zhǒng)可行的替(tì)代(dài)方案(àn)，您(nín)a必(bì)須盡職盡(jìn)責地確定成本(běn)大(dà)致相等的收(shōu)支平衡點。 這種價(jià)格模(mó)擬(nǐ)可以通(tōng)過考慮製造(zào)和組裝的總報價成(chéng)本來完成(chéng)。 隻要設計(jì)參(cān)數得(dé)到(dào)充分理解(jiě)（例如(rú)，層疊，通(tōng)過計(jì)數，軌道(dào)和空間(jiān)比率(shuài)估(gū)算等），就(jiù)可(kě)以(yǐ)在設計之(zhī)前引用PCB。
我們使用真正(zhèng)的(dí)剛柔(róu)結合設計和比(bǐ)較剛(gāng)性電(diàn)纜(lǎn) - 剛性等效物進(jìn)行了(liǎo)製造成(chéng)本(běn)模擬。 用於(yú)比(bǐ)較的組(zǔ)件BoM僅在(zài)非柔性版本所(suǒ)需的(dí)電纜和(hé)連接(jiē)器(qì)方(fāng)麵不同(tóng)。 對於(yú)我們的(dí)模(mó)擬(nǐ)，傳統設(shè)計(jì)由四層(céng)板(bǎn)組(zǔ)成(chéng)，它(tā)們(mén)之(zhī)間使用柔(róu)性(xìng)電纜和連接器(qì)，而剛柔結(jié)構(gòu)設計(jì)是四(sì)層PCB，帶(dài)有(yǒu)兩個內部柔性層。 兩(liǎng)種(zhǒng)設計(jì)的製(zhì)造成本均基於真實(shí)的PCB製造(zào)商報價，並包括(kuò)組(zǔ)裝成本。
圖1該(gāi)報價生成成本圖將(jiāng)剛柔(róu)結合設(shè)計與剛性電(diàn)纜剛性組(zǔ)件進行了比較(jiào)。
找到你的(dí)盈虧平(píng)衡點
由於圖1中(zhōng)描(miáo)繪(huì)的項(xiàng)目容量(liáng)達到100個單位，因(yīn)此與(yǔ)傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法(fǎ)相比，剛(gāng)柔結合(hé)設(shè)計成(chéng)為(wéi)更(gēng)具(jù)成本(běn)效益的選(xuǎn)擇(zé)。 這(zhè)種成(chéng)本節(jié)省的一個(gè)關(guān)鍵原因是剛柔(róu)結合(hé)電路不(bù)使(shǐ)用連(lián)接器/電纜或需要(yào)任(rèn)何連(lián)接器(qì)組件(jiàn)。 此外，它(tā)們還具(jù)有更高的可靠性和工藝(yì)良(liáng)率(shuài)。 但(dàn)這隻是冰山一(yī)角(jiǎo)。
由於(yú)剛(gāng)柔結合PCB不需要電纜(lǎn)組裝，因此(cǐ)它(tā)們的(dí)整體(tǐ)裝(zhuāng)配(pèi)工作(zuò)量減(jiǎn)少了，測(cè)試復雜性(xìng)也降(jiàng)低了 - 這兩(liǎng)者(zhě)都(dū)降低(dī)了(liǎo)成本(běn)。 此外，需(xū)要購買的(dí)組件更少，從而(ér)降低了供(gōng)應(yīng)鏈風(fēng)險。 剛(gāng)柔(róu)結合PCB可以(yǐ)設計成使產品(pǐn)維護(hù)更方便，因此在產(chǎn)品生(shēng)命周期(qī)中更具成本效益。
圖2現(xiàn)場可(kě)維修(xiū)組件的(dí)剛(gāng)性 - 柔性可(kě)視化
那(nà)麼設計時(shí)間(jiān)呢(ní)？
雖(suī)然製(zhì)造，裝(zhuāng)配，測(cè)試(shì)和(hé)物流的成本是考(kǎo)慮任何特定項(xiàng)目(mù)的剛柔結合技術(shù)可行性的(dí)關鍵因素，但設計和開(kāi)發(fā)成本不(bù)容(róng)忽視(shì)。剛(gāng)柔(róu)結合(hé)設計(jì)通(tōng)常(cháng)需(xū)要機(jī)械團(tuán)隊協(xié)助設(shè)計(jì)的柔性部(bù)分，以(yǐ)及(jí)PCB與最(zuì)終產品的(dí)集(jí)成。 該過(guò)程(chéng)非常耗時且(qiě)成本(běn)高，並且(qiě)容易出錯(cuò)。
更糟糕(gāo)的(dí)是(shì)， PCB設(shè)計(jì)工具經(jīng)常忽(hū)略(lüè)剛柔(róu)結(jié)合設計的折(zhē)疊和裝配(pèi)方麵。 剛(gāng)柔結(jié)合(hé)技術設(shè)計要求設(shè)計師思考(kǎo)和(hé)使(shǐ)用(yòng)3D。 可以(yǐ)折疊，扭曲(qū)和(hé)卷起柔(róu)性部(bù)分(fēn)以遵循(xún)機(jī)構的設(shè)計。 但傳(chuán)統(tǒng)的(dí)PCB設(shè)計工(gōng)具(jù)不(bù)支(zhī)持3D板設計(jì)或設(shè)計的(dí)彎(wān)曲(qū)部(bù)分(fēn)中彎曲(qū)和(hé)折疊的(dí)定(dìng)義(yì)和(hé)模(mó)擬。 它們甚至不(bù)支持(chí)在設(shè)計的不同部分中定義不(bù)同的層堆棧，包括包(bāo)含設計的柔性部分的區域(yù)。
因(yīn)此，剛 - 柔性設計者(zhě)不(bù)得不將其3D設計的(dí)剛性和柔性部分手(shǒu)動轉換為適合製(zhì)造的平麵(miàn)2D表示(shì)。 然(rán)後(hòu)，他們必須(xū)手動記(jì)錄(lù)設計的(dí)所有彎曲(qū)區域，並(bìng)仔(zī)細檢查在設計的剛性和(hé)彎曲部分(fēn)之間的(dí)過渡(dù)處(chǔ)附(fù)近(jìn)是否(fǒu)放(fàng)置(zhì)了(liǎo)任何(hé)組(zǔ)件或過(guò)孔。 此過(guò)程受(shòu)許(xǔ)多其他(tā)規(guī)則的(dí)約束，其(qí)中(zhōng)大(dà)多(duō)數規(guī)則(zé)並不太令人驚訝，大多數(shù)PCB設計軟(ruǎn)件(jiàn)都不支持(chí)這(zhè)些(xiē)規則(zé)。
一般(bān)而言，與(yǔ)使(shǐ)用(yòng)傳統(tǒng)PCB設計軟(ruǎn)件的標準(zhǔn)剛(gāng)性PCB相(xiāng)比，設計(jì)剛柔結(jié)合(hé)PCB所需的(dí)額外努(nǔ)力使(shǐ)其成本(běn)更(gēng)低。 幸運的(dí)是，具有先進3D功能的(dí)現代設(shè)計工具，以(yǐ)及(jí)對(duì)設計的(dí)彎曲部(bù)分(fēn)中的彎(wān)曲(qū)和(hé)折疊(dié)的(dí)定義和(hé)模(mó)擬的支(zhī)持，以(yǐ)及(jí)設(shè)計的不(bù)同部分中的不(bù)同層堆疊的定義現(xiàn)在(zài)都可用。 這些(xiē)工具(jù)通(tōng)常無需(xū)使用(yòng)機(jī)械CAD工具(jù)處(chǔ)理設(shè)計的(dí)柔(róu)性部分(fēn)，從(cóng)而(ér)為設計人員(yuán)和(hé)設計(jì)團隊節省(shěng)了時間(jiān)和金錢(qián)。
3D設計(jì)確保成(chéng)功(gōng)
在(zài)使(shǐ)用(yòng)現代(dài)PCB設計(jì)工具的支持(chí)下，開發人員(yuán)和電路板(bǎn)生產商之間的早期(qī)協調是使(shǐ)剛柔(róu)結(jié)合技術(shù)成為更(gēng)具成本效益的選(xuǎn)擇的(dí)另(lìng)一(yī)個因(yīn)素(sù)。 與傳統(tǒng)的(dí)剛(gāng)性(xìng)板設計相(xiāng)比，剛柔結合(hé)設計需(xū)要設(shè)計師和(hé)製(zhì)造商(shāng)之(zhī)間更(gēng)緊密的(dí)合作。 產(chǎn)生成功(gōng)的剛(gāng)柔(róu)結合設(shè)計(jì)所需的權(quán)衡轉(zhuǎn)化為設(shè)計(jì)師可(kě)以(yǐ)通(tōng)過製造商的(dí)輸入開發的一組設(shè)計規則(zé)。 這(zhè)些(xiē)考慮(lǜ)因(yīn)素包(bāo)括(kuò)設(shè)計中(zhōng)的(dí)層數，材(cái)料選擇，跡綫(xiàn)和過(guò)孔(kǒng)的推(tuī)薦尺寸，粘(nián)合(hé)方(fāng)法(fǎ)和(hé)尺(chǐ)寸控(kòng)製。 使用正確的(dí)設計工具，可以(yǐ)清(qīng)楚地定義(yì)這些考慮因素(sù)，並在早期獲得(dé)適(shì)當(dāng)的(dí)重量(liáng)，以(yǐ)便可以(yǐ)適(shì)當優化(huà)剛柔(róu)性(xìng)PCB，進(jìn)一步優(yōu)化其總(zǒng)體(tǐ)成本(běn)。
圖(tú)3 PCB CAD工具需要生成裝配的(dí)3D模(mó)型，以確(què)保(bǎo)正(zhèng)確(què)的首(shǒu)次設(shè)計。
深圳市(shì)銘(míng)華航電(diàn)SMT貼片(piàn)：無(wú)可否認，現有的行業趨(qū)勢和(hé)消(xiāo)費者(zhě)需求正在推(tuī)動設(shè)計師和(hé)設計團隊(duì)達到(dào)他們的極限(xiàn)，迫(pò)使他們尋(xún)求新的替代方案來應(yīng)對他們現在麵臨的(dí)電子設計挑(tiāo)戰(zhàn)。 這些(xiē)挑(tiāo)戰(zhàn)，特(tè)別(bié)是(shì)對(duì)當今移(yí)動設備的要求，正在將剛柔結(jié)合技(jì)術推向主流，並(bìng)使其(qí)在(zài)一(yī)係(xì)列應(yīng)用中(zhōng)更(gēng)具商業可行(háng)性。 支持3D產(chǎn)品(pǐn)開發(fā)，早(zǎo)期協(xié)作(zuò)以及(jí)所有必要的剛柔結(jié)合定義和(hé)仿真(zhēn)的現(xiàn)代PCB設計工(gōng)具(jù)的(dí)可用性(xìng)極大地減(jiǎn)少了剛柔(róu)結合設計(jì)的(dí)痛(tòng)苦，並(bìng)使(shǐ)其(qí)成為更(gēng)具(jù)吸引力(lì)的(dí)解(jiě)決方案 - 在(zài)適當的情況下是比(bǐ)剛性電纜(lǎn)剛(gāng)性PCB設(shè)計便(biàn)宜(yí)。 對於(yú)今(jīn)天的(dí)設計團隊來說(shuō)，這(zhè)種選(xuǎn)擇可能(néng)僅(jǐn)僅(jǐn)意味著(zhuó)產品成功(gōng)或(huò)失敗(bài)之間的差(chà)異(yì)。