剛柔電路Rigid-Flex能夠輕松地彎曲、折疊和扭曲。

折疊和扭曲也是特殊的彎曲。

如果彎曲半徑很小，并且彎曲180度，就如同電路折疊在一起，謂之折疊；如果彎曲軸向并非垂直于基板邊沿，多個彎曲組合在一起，電路如同扭曲一般，謂之扭曲。

下面的解釋來自ChatGPT:

彎曲（Bending）是指在平面內使物體彎曲的形變。在桿件或梁上施加力使其發生彎曲時，通常會在桿件的頂部和底部出現壓縮和拉伸區域，而在中心則會出現彎曲區域。

折疊（Folding）是指將物體沿著折痕或折線彎曲或疊疊起來。它通常涉及將物體的一個部分壓在另一個部分上，使其沿著一個明顯的線條彎曲，通常是沿著一個折痕線或者是沿著一個平面上的折線。

扭曲（Twisting）是指物體沿其長度軸線旋轉，從而發生扭曲變形。當物體沿其長度軸線受到扭矩時，它會沿著它的軸線旋轉，并且不同的區域會扭曲到不同的程度。如果扭曲太強，物體可能會折斷或斷裂。

感覺如何? ChatGPT是不是解釋的還比較到位！

01

Bending Parameters

彎 曲 參 數

首先，我們了解一下，定義彎曲需要哪些參數。

一般定義一個彎曲需要7個參數，我們逐一闡述。

1. Bend line，彎曲軸線，定義了彎曲的位置和方位，由Start point (x,y)和End point (x,y)確定，兩點確定一條直線。

2. Inner side，彎曲內側，對于基板來說，分為頂層Top和底層Bottom，內側為頂層則向上彎曲，內側為底層則向下彎曲。

3. Radius，彎曲半徑，這個需要著重注意的是以基板的那一層作為基準來測量半徑，例如向上彎曲，頂層測量的為內徑，底層測量的為外徑。一般定義為inner side，即內徑，但從筆者的實踐經驗來看，多數EDA軟件實際遵循的并非內徑或者外徑，而是中心徑，即以基板的截面的物理中心線Central line為基準進行測量。

4. Angle，彎曲角度，一般可從0到180度，但基于前文提到的空間不干涉原則，角度的范圍其實會更小一些。

5. Order，彎曲順序，因為是Multi-bending，因此需要定義彎曲的先后順序。

6. Via keepout，過孔避讓，彎曲的區域一般是禁止放置過孔，此外為了保險起見，可以設置在彎曲區域之外的額外空間也不放置過孔。

7. Component keepout，器件避讓，彎曲的區域一般是禁止放置器件，此外為了保險起見，可以設置在彎曲區域之外的額外空間也不放置器件。

下圖所示①② 為彎曲軸線，a為彎曲區域，由彎曲角度和半徑確定，b為過孔避讓區域，c為器件避讓區。

下圖顯示為彎曲后的3D視圖，兩個彎曲都是向上彎曲，彎曲軸線、方位和2D一致，2D視圖實際是3D在平面上的投影。

02

Bending Radius

彎 曲 半 徑

前面我們提到，Radius彎曲半徑，需要著重注意的是以基板的那一層作為基準來測量半徑。

從筆者的實踐經驗來看，多數EDA軟件雖然名義上定義為inner side，而實際卻是Central line 中心半徑，即以基板的截面的物理中心線為基準進行測量。

下面我們做一下分析。

如果以inner side為基準來測量內徑，那么以哪一層作為內層呢？因為金屬層之上還有Mask層，對于剛柔電路，這些Mask層種類很多，并且都有一定的厚度，因此內層實際上很難確定。

而選用Central line 中心半徑則要穩定的多，因為大多數基板的板層都是對稱的，表面層的變化并不太影響中心線的位置。

以下圖為例，R1為內徑，R2為外徑，R為中心半徑，T為彎曲所在區域的基板厚度，我們可以得出：R=R1+T/2。

R1的最小極限為0，此時R=T/2，實際中，這種極限不太可能出現，因為在此之前材料已經永久變形或者損壞。R>T/2則是彎曲的最最基本的前提條件。

實際情況中，R >>T/2，彎曲多呈現薄壁狀態，R1≈ R2 ≈ R，如果在3D預覽中發現彎曲非薄壁狀態，則需要多加小心，確認參數是否有誤，以及材料是否有永久變形和損壞的可能。

03

Bending rules

彎 曲 規 則

Rigid-Flex能夠輕松地彎曲、折疊和扭曲，并且通常都是Multi-bending（多彎曲）復雜的Multi-bending可以多達數十個彎曲，彎曲的半徑、角度、方位、順序等等都需要合理的設計。

無論彎曲如何復雜多變，有一個原則不可違背，電路的各個部分在空間不能出現干涉。此外，基板斷裂和焊接開裂的問題，在彎曲的區域一般是禁止放置過孔和元器件的，我們稱之為Via keepout（過孔避讓）和Component keepout（器件避讓），保險起見，這些區域通常需要在彎曲區域外擴一定的空間。

最后，我們再請ChatGPT給出彎曲設計規則：

在Rigid-Flex剛柔電路的彎曲設計中，需要遵循以下要求：

彎曲半徑：在Rigid-Flex電路板的彎曲部分，需要考慮彎曲半徑。一般情況下，彎曲半徑不應小于電路板的厚度的5倍，以避免線路受到過度彎曲而導致斷裂或損壞。

彎曲方向：電路板的彎曲方向應該盡量保持一致，以保證線路的連續性和信號的穩定性。如果需要改變彎曲方向，應該采用漸進式彎曲，即逐漸將線路彎曲到新的方向，避免直接轉彎。

彎曲角度：電路板的彎曲角度應該盡量小，以避免線路受到過度拉伸和彎曲而導致損壞。一般來說，彎曲角度不應超過180度。

彎曲部分長度：Rigid-Flex電路板的彎曲部分長度應該盡量短，以避免線路受到過度彎曲和拉伸。在設計時應該盡量縮短彎曲部分的長度，避免過度彎曲。

彎曲區域與剛性部分過渡：在彎曲區域和剛性部分的過渡處，需要采用逐漸變細的方式過渡，以避免線路受到過度拉伸和彎曲而導致斷裂或損壞。

彎曲區域與柔性部分過渡：在彎曲區域和柔性部分的過渡處，需要采用逐漸變寬的方式過渡，以避免線路受到過度彎曲和拉伸而導致損壞。

彎曲區域的覆銅：在Rigid-Flex電路板的彎曲區域，需要對覆銅進行特殊處理，以避免覆銅被過度彎曲而導致斷裂或損壞。

總的來說，在Rigid-Flex剛柔電路的彎曲設計中，需要遵循上述規則，確保線路的連續性和信號的穩定性。同時，在具體設計中還需要考慮彎曲區域的實際情況，根據具體情況進行細化和具體化。

審核編輯：劉清