Rigid-Flex剛?cè)犭娐返娜筇卣魇荕ulti-bending（多彎曲），Multi-stackup（多層疊），Multi-zone（多區(qū)域）。

這篇文章中，我們?cè)敿?xì)了解一下Rigid-Flex的多層疊設(shè)計(jì)。

01

Multi-Stackup

多層 疊

Multi-stackup多層疊，是指在基板的不同區(qū)域，其層數(shù)和厚度是不同的，即基板需要定義多種層疊結(jié)構(gòu)。

Single Stackup 單一層疊

無論何種基板，至少有一種層疊結(jié)構(gòu)，例如我們常見的4層板、6層板、8層板都會(huì)對(duì)應(yīng)一種層疊結(jié)構(gòu)layer stackup，我們稱之為單一層疊結(jié)構(gòu)，Single stackup，如下圖所示為8層板的層疊結(jié)構(gòu)。



Single Stackup -8layer

可以看出，雖然是單一層疊結(jié)構(gòu)，其層數(shù)也可能很多，許多PCB板雖然是單一層疊，其層數(shù)可能多達(dá)幾十甚至上百層。由于整個(gè)板子采用的是一種層疊，因此稱為單一層疊結(jié)構(gòu)。

實(shí)際上，在基板的不同位置，對(duì)層疊的需求是不同的，有些地方需要層數(shù)很多，以提高布線密度和布通率，有些地方則需要少量的布線即可，那么，可不可以在板子不同的區(qū)域采用不同的層疊呢？答案是肯定的，這就是多層疊的思路。

下圖是單一層疊結(jié)構(gòu)和多層疊結(jié)構(gòu)的比較：

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那么，如何設(shè)計(jì)多層疊結(jié)構(gòu)呢？

Multi-Stackup 多層疊

對(duì)于剛?cè)犭娐坊澹捎诓煌膮^(qū)域功能差異很大，有些區(qū)域需要進(jìn)行彎曲或者折疊，有些區(qū)域需要加強(qiáng)以安裝元器件，單一層疊已經(jīng)無法滿足要求，只能采用多種層疊結(jié)構(gòu)，Multi-stackup。

在基板的不同位置，其厚度和層疊結(jié)構(gòu)是不同的，如下圖所示。厚的層疊通常應(yīng)用于剛性基板部分，柔性電路部分的層疊則會(huì)比較薄，適合彎曲折疊。



Multi-Stackup

多層疊結(jié)構(gòu)Multi-stackup的層疊定義可能會(huì)多達(dá)幾十種，只要層疊厚度不同，或者層疊中材料不同，就需要定義一種新的層疊。

下圖中，我們看到，已經(jīng)有Primary, Flex, Flex2, A, B, C, D, E, F 9種層疊定義，通過點(diǎn)擊最右側(cè)的 + 號(hào)，可以繼續(xù)增加新的層疊。

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所有這些層疊結(jié)構(gòu)中，我們可以新定義層疊，也可以刪除現(xiàn)有層疊，但有一個(gè)層疊是不可被刪除的，并且始終處于默認(rèn)的位置，該層疊稱為主層疊Primary Stackup。

Primary Stackup在多層疊和單一層疊中都存在，單一層疊只有Primary Stackup，多層疊則為Primary + otherStackups。

在設(shè)計(jì)軟件的Stackup中定義多種層疊結(jié)構(gòu)，并為每種層疊指定相應(yīng)的層，多層疊就設(shè)計(jì)好了。

02

Layers inStackup

不 同 種 類 的 層

層疊是由不同的層組成的，這些層可分為導(dǎo)體層Conductor layer，介質(zhì)層Dielectric layer，和掩膜層Mask layer。

多層板的基本特征，是將導(dǎo)體層和介質(zhì)層間隔放置，然后壓合在一起，再通過過孔將各層的電路進(jìn)行連接，基板先壓合再打孔，這種工藝被稱為層壓法Laminate。

層壓法由于采用的是機(jī)械鉆孔，因此孔徑和孔間距都比較大，難以適應(yīng)高密度設(shè)計(jì)的需求，隨著設(shè)計(jì)密度提升，采用了激光鉆孔，激光鉆孔效率高，孔徑小，密度大，但是激光通常只能燒穿介質(zhì)，遇到金屬會(huì)發(fā)生反射，因此只能鉆一層孔，壓合一層，然后再鉆孔再壓合，一層層往上積累，因此稱為積層法Buildup。

層壓法采用的介質(zhì)玻璃纖維含量高，強(qiáng)度和硬度比較高，積層法采用的介質(zhì)樹脂含量高，質(zhì)地軟，激光鉆孔效率高。實(shí)際應(yīng)用中，層壓法和積層法常常結(jié)合使用，例如在中間層采用層壓法增強(qiáng)板子強(qiáng)度，外側(cè)的層采用積層法提高激光鉆孔效率和鉆孔密度。

下圖所示為8層基板，中間4層采用層壓法，外側(cè)的4層采用積層法，稱為2+4+2層疊結(jié)構(gòu)。

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在基板的頂層導(dǎo)體層和底層導(dǎo)體層之外，通常覆蓋著Mask層。對(duì)于單一層疊的剛性基板，這些Mask層通常就是Soldermask阻焊層。

對(duì)于Rigid-Flex剛?cè)犭娐罚琈ask層種類比較多，通常包括：Soldermask，Coverlay，EMIShielding，Selective Plating，Stiffener等。這些Mask層可分為兩大類，導(dǎo)體Mask和非導(dǎo)體Mask。

Soldermask阻焊層

Soldermask阻焊在普通剛性基板和剛?cè)犭娐分芯袘?yīng)用，在柔性電路上用的阻焊層是固化至硬化狀態(tài)的環(huán)氧基液體，所以其初始狀態(tài)是液體，通過掩膜版印刷在基板表面，起到隔離焊盤和保護(hù)的作用。一般在設(shè)計(jì)中以負(fù)片Negative形成呈現(xiàn)，即有圖形的地方挖空，沒有圖形的地方填充環(huán)氧基。實(shí)際應(yīng)用中Soldermask多呈現(xiàn)綠色，因此也被稱為“綠油”，當(dāng)然顏色可以靈活選擇，因此也有其他顏色的Soldermask。

目前有一種新型的Soldermask稱為L(zhǎng)PI或者LPISM 液體光成像阻焊(Liquid Photo Imageable Soldermask)。是一種雙組分液體油墨，在應(yīng)用前混合以保持其保質(zhì)期。LPI 優(yōu)于環(huán)氧基液體，可以精確印刷，與 PCB 形成更好的接觸，因此更耐用。

Coverlay 覆蓋層

Coverlay在柔性電路中應(yīng)用比較普遍，采用聚酰亞胺覆蓋層，其基本功能和Soldermask相同，起著絕緣和保護(hù)外層電路的基本功能。Coverlay以薄膜形態(tài)呈現(xiàn)，通常是聚酰亞胺實(shí)心片材，這點(diǎn)和Soldermask由液態(tài)固化至硬化狀態(tài)有所不同。

在設(shè)計(jì)上Coverlay通常采用正片Positive設(shè)計(jì)，即空洞的地方挖空，有圖形的地方覆蓋。Coverlay多以橙黃色呈現(xiàn)，覆蓋在Rigid-Flex需要絕緣和保護(hù)的地方。

EMIShielding 電磁屏蔽層

EMI Shielding 能夠屏蔽或者減少電磁場(chǎng)的傳遞，消除不必要的電磁干擾。防止信號(hào)進(jìn)入敏感系統(tǒng)或防止信號(hào)從嘈雜的系統(tǒng)中逸出。EMI Shielding可以減少許多不同類型的干擾，包括電磁場(chǎng)、靜電信號(hào)和無線電波的 EMI。

在Rigid-Flex中，EMI Shielding 通常以大面積導(dǎo)體薄膜形態(tài)覆蓋在基板表層，通過Soldermask或者Coverlay上的開口，形成小的金屬形狀連接連接到表層導(dǎo)體Top Conductor 的GND上。

EMI Shielding 上方有保護(hù)層，下方有粘結(jié)層用于粘結(jié)到基板上。

Selective Plating 選擇性電鍍層

Selective Plating選擇性電鍍，在基板的表層，只電鍍一部分，而不是電鍍整個(gè)表面，此過程通常稱為選擇性電鍍或刷鍍。有些情況下，選擇性電鍍看起來有些像焊接，例如對(duì)焊盤表面的電鍍，操作員握住柔性刷將電鍍液涂抹在焊盤上，采用與電鍍相同的原理，對(duì)焊盤表面進(jìn)行金屬化處理。

Stiffener 加強(qiáng)筋層

在柔性電路的某些區(qū)域，由于需要焊接元器件等原因，需要對(duì)基板強(qiáng)度進(jìn)行加強(qiáng)。這些加強(qiáng)的部分就是Stiffener加強(qiáng)筋。

Stiffener通常沒有電氣特性，對(duì)柔性電路局部進(jìn)行結(jié)構(gòu)加強(qiáng)，對(duì)器件和連接器起到結(jié)構(gòu)支撐作用。

以上層的類型，就是Rigid-Flex中常用的層。

另外，還有絲印層 Silkscreen，焊膏層Solderpaste 等，在剛性基板中也比較普遍，這里就不一一介紹了。

審核編輯：劉清