剛柔結合板（Rigid-Flex PCB）通過將剛性板與柔性電路集成，實現(xiàn)了三維空間內的可靠電氣連接，廣泛應用于折疊屏手機、可穿戴設備及醫(yī)療內窺鏡等領域。其設計核心在于彎曲區(qū)域的可靠性保障，需通過科學的彎曲半徑規(guī)劃與精細的覆蓋層切割工藝控制實現(xiàn)。本文從工程實踐角度解析關鍵技術要點。

一、彎曲半徑的工程化確定

彎曲半徑是剛柔結合板設計的首要參數，其取值直接影響柔性部分的機械壽命與信號完整性。實際設計中需綜合材料特性、應用場景及制造工藝進行確定。

1. 材料特性驅動的最小半徑

柔性基材（如聚酰亞胺）的彎曲性能由其厚度與銅箔結構共同決定。單層柔性板的最小彎曲半徑通常為材料總厚度的3-6倍。例如：

采用0.1mm厚PI基材+0.035mm膠層+0.035mm銅箔的雙面覆蓋層結構，總厚度0.21mm，建議靜態(tài)彎曲半徑≥1.0mm。

若增加銅箔厚度至0.1mm，最小彎曲半徑需擴大至1.5mm以上，以避免銅層斷裂。

2. 動態(tài)彎曲場景的半徑放大

對于需反復彎曲的應用（如折疊屏鉸鏈），需在靜態(tài)半徑基礎上增加安全裕量。行業(yè)經驗表明：

預期彎曲次數達10萬次時，半徑需擴大至靜態(tài)值的2-3倍。

某消費電子品牌通過將彎曲半徑從1.2mm增至3.0mm，使產品壽命從5萬次提升至20萬次。

3. 多層結構的補償設計

當柔性區(qū)層數超過2層時，層間應力會顯著增加。此時建議：

每增加2層，彎曲半徑增加0.5-1.0mm。

采用交錯層壓結構（如PI-銅-PI-銅），比常規(guī)堆疊可降低20%的應力集中。

二、覆蓋層切割工藝控制要點

覆蓋層（Coverlay）作為柔性電路的保護層，其切割質量直接影響彎曲可靠性。工藝控制需聚焦精度、邊緣質量與材料兼容性。

1. 激光切割的參數優(yōu)化

UV激光切割因其熱影響區(qū)?。?lt;15μm），成為覆蓋層加工的主流方案。關鍵參數控制：

功率：根據覆蓋層厚度調整，0.1mm PI基材建議3-4W，過大會導致邊緣碳化。

頻率：20-30kHz為佳，高頻可減少熔融殘留。

速度：與功率匹配，厚材料（>0.15mm）需降低至150mm/s以下。

光斑補償：切割路徑需向外偏移激光光斑半徑（通常25μm），確保尺寸精度。

案例：某醫(yī)療探頭設計通過優(yōu)化激光參數，將覆蓋層切割邊緣的毛刺高度控制在5μm以內，顯著提升了彎曲壽命。

2. 機械模切的替代方案

對于大批量生產，機械模切具有成本優(yōu)勢，但需解決以下問題：

刀具磨損：采用硬質合金刀具，每加工500次需刃磨，否則邊緣會出現(xiàn)擠壓變形。

脫料設計：在模具中增加0.05mm的彈性脫料板，避免覆蓋層粘連。

粉塵控制：搭配真空吸塵系統(tǒng)，防止切割碎屑污染柔性電路。

3. 切割后的邊緣處理

為消除切割應力，建議增加后處理工序：

等離子清洗：去除邊緣殘留的有機物，提升覆蓋層與基材的粘結力。

圓角處理：對彎曲區(qū)的覆蓋層邊緣進行0.2-0.5mm的倒角，降低應力集中風險。

視覺檢測：采用AOI設備檢查切割尺寸偏差，確保公差控制在±0.05mm以內。

三、設計驗證與迭代優(yōu)化

剛柔結合板的設計需通過“仿真-試制-測試”閉環(huán)驗證：

彎曲仿真：使用ANSYS或ABAQUS軟件模擬不同半徑下的應力分布，識別高風險區(qū)域。

加速老化測試：在彎曲半徑為設計值80%的條件下進行10萬次循環(huán)測試，驗證可靠性。

工藝窗口優(yōu)化：根據試制結果調整切割參數，例如某項目通過降低激光頻率10%，使邊緣毛刺減少30%。

結語

剛柔結合板的設計是材料科學、機械工程與電子技術的交叉領域。通過科學確定彎曲半徑、精細化控制覆蓋層切割工藝，并結合嚴格的驗證流程，可顯著提升產品的可靠性與良率。隨著折疊屏、可穿戴設備等市場的持續(xù)增長，相關工藝技術的持續(xù)優(yōu)化將成為行業(yè)競爭的關鍵。