剛柔結合 PCB 是一種混合電路板，結合了剛性和柔性 PCB 的特點。它由多層柔性電路基板與剛性電路板層壓在一起組成。柔性部分允許彎曲和折疊，而剛性區域為安裝元件提供結構支撐。
剛柔結合板 (Rigid Flex PCB) 與傳統剛性 PCB 相比具有多項優勢：
- 節省空間：透過消除剛性板之間對連接器和電纜的需求，軟硬結合板 (Rigid Flex PCB) 減少了電子組件的整體尺寸和重量。
- 提高可靠性：軟硬結合板中的柔性互連最大限度地降低了因振動、衝擊或熱應力導致連接故障的風險。
- 增強訊號完整性：軟硬結合板 (Rigid Flex PCB) 中較短的互連和減少的連接器數量可改善訊號完整性並減少電磁干擾 (EMI)。
- 設計靈活性：軟硬結合板允許創意的 3D 封裝設計，使電子產品能夠整合到複雜的形狀和狹小的空間中。
軟硬結合板 (Rigid Flex PCB) 由多層軟性電路基板連接到一個或多個硬性電路板組成。軟性層通常由聚醯亞胺或其他軟性材料製成，而硬性部分則由傳統的 PCB 材料（如 FR4）製成。這些材料的結合使得設計能夠彎曲和撓曲，同時保持硬性部分的結構完整性。
- 柔性層：這些層由聚醯亞胺等柔性材料製成。它們提供 PCB 彎曲和扭轉所需的靈活性。
- 剛性層：這些層由 FR4 等材料製成。它們提供結構支撐並容納需要穩定平台的元件。
- 黏合層：這些層將柔性和剛性部分黏合在一起。它們對於維持 PCB 的完整性至關重要。
- 銅層：這些層用於電氣連接和訊號路由。它們存在於柔性和剛性部分中。
軟硬結合板 (Rigid Flex PCB) 應用於各種產業，在這些產業中，空間限制、可靠性和設計靈活性是關鍵因素。一些常見的應用包括：
- 航空航太和國防：剛柔結合 PCB 用於航空電子設備、衛星和軍事設備，因為它們能夠承受惡劣環境並減輕重量。
- 醫療設備：穿戴式醫療設備、植入式電子產品和手術器械通常利用軟硬結合板 (Rigid Flex PCB) 的精巧尺寸和可靠性。
- 汽車電子：剛柔結合 PCB 用於汽車控制模組、感測器和資訊娛樂系統，這些地方空間有限且可靠性至關重要。
- 消費電子產品：智慧型手機、平板電腦和可穿戴設備採用軟硬結合板 (Rigid Flex PCB) 來實現纖薄緊湊的設計，同時保持性能。
- 工業自動化：軟硬結合板用於機器人、機器視覺系統和製程控制設備，其中靈活性和耐用性至關重要。
剛柔結合 PCB 的製造過程涉及多個步驟，結合了剛性和軟性 PCB 的製造技術。一般流程如下：
- 設計和佈局：使用電子設計自動化 (EDA) 工具建立電路設計，考慮剛性和柔性區域的放置、層堆疊和材料選擇。
- 軟性電路製造：軟性電路層使用軟性基板材料（如聚醯亞胺或聚酯）製造。銅跡線通過層壓、光刻和蝕刻過程在基板上形成。
- 剛性電路製造：剛性電路層使用標準 PCB 製造技術製造，例如鑽孔、電鍍和阻焊層應用。
- 層壓：柔性和剛性電路層透過熱和壓力的組合層壓在一起。使用黏合材料（如丙烯酸或環氧樹脂）來黏合各層。
- 鑽孔和電鍍：在層壓板上鑽通孔，並對孔進行電鍍以建立層與層之間的電氣連接。
- 元件組裝：使用表面貼裝技術 (SMT) 或通孔組裝技術將電子元件安裝在軟硬結合板的剛性區域上。
- 測試和檢查：組裝好的軟硬結合板 (Rigid Flex PCB) 經過各種測試，例如電氣連續性、絕緣電阻和功能測試，以確保其效能和可靠性。
設計軟硬結合板 (Rigid Flex PCB) 需要仔細考慮幾個因素，以確保最佳性能和可製造性。一些關鍵的設計考量包括：
- 層疊結構：剛性和柔性層在層疊結構中的排列應針對特定應用進行優化，考慮彎曲半徑、訊號完整性和機械強度等因素。
- 材料選擇：軟性基板、黏合劑和覆蓋層的材料選擇應基於應用的環境和機械要求。
- 彎曲半徑：柔性區域的最小彎曲半徑應根據柔性基板的厚度和材料特性確定，以避免過度應力和損壞。
- 銅重：應仔細選擇柔性區域中走線的銅重，以平衡柔韌性和載流能力。
- 加強板和支撐：可以在剛性區域添加加強板和支撐結構，以增強機械穩定性並防止翹曲。
- 拼板：軟硬結合板設計應有效地進行拼板，以最大化製造良率並最小化材料浪費。
剛柔結合板 (Rigid Flex PCB) 相較於傳統剛性 PCB 和獨立柔性電路具有多項優勢：
- 減少組裝時間：透過消除剛性板之間對連接器和電纜的需求，軟硬結合板簡化了組裝過程並減少了互連所需的時間。
- 改善訊號完整性：軟硬結合板中較短的互連和減少的連接器數量可最大限度地減少訊號損失、串擾和電磁干擾 (EMI)。
- 提高可靠性：剛柔結合 PCB 中的柔性互連可吸收應力和振動，降低連接故障的風險並提高整體系統可靠性。
- 節省空間和重量：軟硬結合板透過消除對單獨連接器和電纜的需求，實現更緊湊和輕便的電子組件。
- 設計靈活性：彎曲和折疊軟硬結合板 (Rigid Flex PCB) 柔性區域的能力允許創意的 3D 封裝設計，並將電子設備整合到複雜形狀和狹小空間中。
雖然軟硬結合板 (Rigid Flex PCB) 提供了許多好處，但也需要考慮一些挑戰和限制：
- 成本較高：軟硬結合板的製造過程更複雜，需要專門的設備和材料，導致生產成本高於傳統硬性 PCB。
- 設計複雜性：設計軟硬結合板 (Rigid Flex PCB) 需要軟板和硬板電路設計方面的專業知識，以及對所用材料的機械和熱性能的了解。
- 受限的元件放置：軟硬結合板 (Rigid Flex PCB) 的柔性區域對元件的放置和尺寸有限制，因為大型或重型元件可能會對柔性基板造成應力和損壞。
- 製造挑戰：剛柔結合 PCB 的層壓過程需要精確控制溫度、壓力和對齊，以確保層與層之間的正確黏合並避免缺陷。
- 測試和檢查：由於同時存在剛性和柔性區域，測試和檢查軟硬結合板 (Rigid Flex PCB) 可能更具挑戰性，需要專門的設備和技術。
- 可用性有限：並非所有 PCB 製造商都有能力生產軟硬結合板 (Rigid Flex PCB)。這可能會限制這些 PCB 的可用性並增加交貨時間。
軟硬結合板提供了剛性和柔性的獨特組合，能夠設計緊湊、可靠和高效能的電子組件。然而，它們也帶來了挑戰，包括較高的初始成本和更複雜的製造過程。透過了解軟硬結合板的優勢、應用和製造過程，工程師和設計師可以利用其優勢來創造創新和高效的電子產品。
隨著對更小、更輕、更可靠電子產品的需求持續增長，剛柔結合 PCB 將在未來的電子製造中發揮越來越重要的作用。隨著材料、製造工藝和設計工具的進步，剛柔結合 PCB 的可能性不斷擴大，為創新和技術進步開闢了新的機會。