將柔性電路的所有特性與充分利用高密互連（HDI）技術的剛性電路板相結合，堪稱當代重大技術突破。該設計可成功避開板對板堆疊連接器或典型的柔性電路。如果我們曾嘗試將柔性電路與堆疊連接器進行對插，就會發(fā)現這是整個工藝中的一個瓶頸——這種“盲插”操作極度考驗手感，稍有不慎就可能因對準偏差而導致連接器損壞。

剛柔結合設計既集二者之長，亦納二者之短。首先，如果團隊采取這種方式，就表明他們非常重視所有可能的集成。雖然這兩種技術本身認可度都很高，但目前剛性陣營規(guī)模更大，認可度更高。

柔性電路的獨立應用

柔性印刷電路（Flexible Printed Circuits, FPC）所需要的不僅僅是改變材料，而是改變更堅固的同類產品。必須在數據中設計額外容差。其中一個重要原因是制造過程中會有各種不同類型的材料堆疊。在大多數情況下，柔性板也會有剛性部分，用于安裝連接器。此外，強化區(qū)域還可以擴展，以安裝靜電放電（ESD）保護裝置、發(fā)光二極管（LED）或麥克風等，非常靈活。

圖 1：具有交錯引腳的印刷連接器。圖片來源：Hirose

可印在柔性板上的零插入力（Zero Insertion Force, ZIF）連接器就是一個很好的例子。如果采用這種方法，在柔性板尾端有一個加強筋，為引腳提供支撐。將加強筋插入配對連接器，然后按下連接器上的操縱桿，將柔性電路板尾翼鎖定到位。無論是純柔性板還是剛柔結合板，比起堆疊連接器，使用 ZIF 連接器組裝會更加簡單。

剛柔結合用例舉例

柔性電路板應用非常廣泛，例如，在可穿戴技術的設計方案中，如果在柔性板中間粘上一個加強筋，隨即將出現一些圓形島嶼。器件如小群落般聚集在加強筋島嶼上方，而電路則從四周經過。剛性區(qū)域被集成到增強現實頭盔中，分布在耳朵等位置。

像眼球追蹤這類應用需要更復雜的設計方案。無論選用什么樣的介質材料，12 層板都無法做成純柔性板。半柔性板（Semi-flexible boards）可以考慮；同時，剛柔結合板（Rigid-Flex）的優(yōu)勢在于能讓我們在需要的局部區(qū)域實現多達十幾層的復雜布線。

此外，柔性芯板（Flex core）從硬板中延伸出來，專門用于處理特定的一組信號線。常見的配置是在 8 層或 10 層板中嵌入 3 層柔性層。采用奇數層設計也并不罕見，比如為了追求極致的柔韌性，可以從單面柔性層開始構建疊層。

圖 2：注意柔性芯材從剛性部分延伸出來的半徑；該設計與環(huán)氧樹脂磁珠一起為柔性板尾翼釋放應力。圖片來源：Cadence

剛柔結合的優(yōu)勢

聚酰亞胺芯材堆疊讓剛性區(qū)具備了雙面貼片的能力。通常情況下，這類產品的外形尺寸要求是“越小越好”；既然選擇了這種高精尖方案，說明我們所面對的設計問題必定非常復雜。于是，球柵陣列（BGA）封裝及其相關的各類微型元器件便登場了。小型 BGA 通常作為大型 BGA 的輔助電路，它們可能會分布在剛撓結合板中不同位置的其他硬板區(qū)域。

延續(xù)增強現實（A/R）主題，其中一個用例是柔性天線延長線，天線的位置和方向是整個產品輪廓的一部分。無線電芯片位于剛柔結合電路板上，因此遠程天線為柔性附屬物的一部分。此類特殊情況可能還需要配備專門的電磁干擾（EMI）屏蔽層。

這種 EMI 抑制材料必須焊接到為此專門鋪設的接地網上。由于 EMI 薄膜是最后貼上去的，因此需要在覆蓋膜上切割一系列小槽，以露出這些區(qū)域。在設計時，必須在額外的物理層充分考慮并體現這些細節(jié)。

追求共存

共存始終是首要考慮的問題，尤其是在設計初期階段。一旦有了可行的解決方案，就可以嘗試取消保障措施，看看是否仍然符合設計標準。這就是我們所說的精益設計，即通過迭代減少元件數量。但實際上，在設計初期也很可能需要更多濾波器或其他改進，從而導致元件數量增加。

如果您已經熟悉柔性板工藝，就會知道從強化區(qū)域到柔性區(qū)域過渡正是痛點之一。退出剛性區(qū)域也是如此。聚酰亞胺貫穿整個剛性區(qū)域，并延伸出柔性分支到達目的地。這些目的地既可以是結構與主硬板區(qū)完全一致的全新電路板，也可以采用常見的加強筋和連接器方案。

圖 3：與剛柔結合設計相比，分段電子元件擁有無盡的選擇。圖片來源：Cadence

我們無法在同一個設計中實現一處是 4 層板、另一處是 10 層板。因為所有部分都是像“層壓蛋糕”一樣同時壓合而成的，所有多層剛性區(qū)域的層壓工藝必須完全一致；只有在柔性板末端的出線端，我們才能應用各種常規(guī)的柔性板幾何結構。雖然通常習慣在那端放一個連接器，但實際上它可以是任何能夠實現在單面柔性電路組件（Flexibe Printed Circuit Assembly, FPCA）上實現的器件組合。

在剛柔結合印刷電路板（PCB）上

布設受控阻抗線路

這種情況經常出現：我們希望將一些差分對從剛性區(qū)域延伸到柔性區(qū)域。假設采用 3 層柔性電路板，外層為接地網，信號位于法拉第籠內；這是實現受控阻抗的前提條件。信號位于柔性疊層的中心位置，處于柔性疊層的中性層，可減少信號所受應力。相比之下，若采用雙層結構，彎折區(qū)域則會對走線產生嚴重的拉伸或擠壓。

我們希望對剛性區(qū)域從內到外保持阻抗一致。具體做法就是在聚酰亞胺的外層繼續(xù)伴隨走線鋪設網格。超出受控阻抗布線區(qū)域之后，柔性板外層更有可能使用實心鋪地；此舉雖犧牲了一定的柔韌性，但能為傳輸線提供更穩(wěn)定的上下參考平面。

如果想減少因連接器固有的失效模式和組裝挑戰(zhàn)帶來的問題，剛柔結合板或許是個不錯的選擇。雖然無論是在布局規(guī)劃，還是適應制造商局限方面都需要更多時間投入，但在組裝方面的優(yōu)勢足以彌補前期投入?？煽啃缘奶嵘皇清\上添花，同時實現剛板的穩(wěn)固和柔板的靈活才是重點。