PCB 加強板：柔性電路的必要需求
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印刷電路板加強板在為 PCB 提供機械支撐方面扮演重要角色。它們對柔性電路板特別有幫助，顧名思義，柔性板具有可撓性，需要在某些區域增加剛性。當元件放置在可撓區域且這些元件的重量對柔性材料造成壓力時，就特別需要使用加強板。這些加強板為柔性部分與剛性板之間提供了堅固的連接，這種剛性使焊接互連或元件變得更容易，並完成通過柔性部分的電路走線。
它們也可用於需要創建剛性印刷電路板表面以放置 SMT 焊盤元件的情況。此外，需要多次插拔的連接器也需要加強板，以減少焊盤的應力。讓我們更詳細地了解加強板的用途。柔性 PCB 在以下情況需要加強板：
- 柔性部分需要連接到另一塊板或電源。
- 需要將元件安裝到 PCB 的柔性材料上。
- 安裝的元件會對柔性 PCB 造成過大重量。
- 需要多次插拔的連接器可能會對連接焊盤造成應力。
柔性 PCB 設計中加強板的作用
柔性印刷電路（FPC）中的加強板是一種剛性層，通常由聚醯亞胺或 FR4 等材料製成，添加到柔性 PCB 的特定區域。它提供機械支撐和加固，防止連接器區域或安裝點等敏感區域彎曲或變形。加強板可提高耐用性，增強高應力區的可靠性，並有助於在關鍵部分保持 FPC 的整體外形。
PCB 加強板材料有哪些不同用途？
您的 PCB 需要哪種類型的加強板取決於多種因素。加強板有三種類型，每種都有其優缺點。每種加強板都有典型的厚度範圍。所需的加強板越厚，對 PCB 和電路的整體設計影響就越大。讓我們逐一了解。
1. FR4 加強板
FR4 是您通常用於製造 PCB 的相同基材。它是一種由環氧樹脂、玻璃纖維和銅製成的堅固材料。因此，它也是加強板最常用的材料。FR4 的厚度範圍在 0.003" 到 0.125" 之間。FR4 加強板的主要優點是：
- 在貼片和回流焊組裝過程中提供堅固平整的支撐。
- 由於其堅固的導電材料，便於電鍍通孔（PTH）連接器的應用。
- 提供經濟高效的解決方案，使柔性 PCB 能夠與類似材料的剛性 PCB 無縫整合。
2. 聚醯亞胺（PI）
聚醯亞胺加強板是通過使用高溫聚合物（如 Kapton）製成薄而堅固的層。這些聚合物層可以堆疊以創建更厚、更堅固的加強板，具體取決於最終產品的需求。聚醯亞胺加強板通常有 0.001"、0.002"、0.003" 和 0.005" 的厚度。使用 PI 加強板的主要原因是：
- 優異的耐焊性和高黏合強度。
- 更高的層數限制了 PCB 彎曲，使組裝更容易。
- 增加孔位位置的耐磨性，減少長期損壞。
- 易於適應 ZIF 連接器或插座的進一步插拔。
3. 鋁/不鏽鋼
儘管比 PI 或 FR4 昂貴得多，但不鏽鋼和鋁提供了許多優點，使其成為具有挑戰性電路的理想選擇。鋁/不鏽鋼的厚度在 0.1mm 到 0.45mm 之間變化。其中一些優點包括：
- 連接器更堅固耐用
- 耐腐蝕
- 更高的元件成型性
- 加強板厚度
PCB 加強板的設計考量
在將加強板連接到電路時，會使用熱和壓力。也可以使用壓敏膠來連接 PCB 加強板。在將加強板納入 PCB 設計時，必須考慮幾個因素：
板尺寸和厚度： 較大和較薄的板通常需要更堅固的加強。
元件佈局： PCB 上元件的分佈和重量會影響所需加強板的位置和設計。
環境條件： 必須考慮預期操作環境中的溫度波動、濕度和振動水準。
電氣性能： 加強板不應干擾 PCB 的電氣特性，如信號完整性或 EMI 屏蔽。
製造工藝： 加強板設計必須與 PCB 製造和組裝工藝相容。
成本考量： 加強板材料的選擇和設計複雜性會影響 PCB 的整體成本。
與 PCB 設計的整合
將加強板整合到 PCB 設計過程中涉及幾個步驟：
1- 早期規劃： 在初始 PCB 佈局階段考慮加強板需求。
2- 材料選擇： 選擇與 PCB 基材和預期應用相容的加強板材料。
3- 熱分析： 評估加強板對 PCB 熱特性的影響。
4- 機械模擬： 使用有限元分析（FEA）優化加強板設計和放置。
5- 製造考量： 確保加強板設計與 PCB 製造和組裝工藝相容。
6- 測試和驗證： 進行原型製作和測試以驗證加強板設計的有效性。
如何連接加強板
當使用電鍍通孔組裝元件時，加強板連接到柔性 PCB 的元件同一側。這允許在不拆卸的情況下接觸連接器下方的焊盤，如有必要，也更容易在另一側連接第二個加強板。
然後使用熱壓或壓敏膠將加強板固定到位。
熱壓： 加強板使用熱和壓力有效地熔化到位，不會損壞任何元件。這提供了更強的黏合力，使用時更安全。然而，這種方法更昂貴且耗時。您無法在不對 PCB 及其元件造成重大損壞的情況下移除加強板。
壓敏膠： 此方法僅使用壓力固定加強板，更便宜且更快，但持久性較差。因此，此選項非常適合消費電子產品，如果出現問題，可以相對容易地移除。
加強板放置和配置
加強板的有效放置對於最佳性能至關重要。常見配置包括：
全板加強板： 覆蓋整個 PCB 區域，提供最大支撐，但可能增加重量和成本。
局部加強板： 應用於 PCB 需要額外支撐的特定區域，例如有重型元件或容易彎曲的區域。
邊緣加強板： 加固 PCB 邊緣以防止彎曲並改善組裝過程中的處理。
局部加強板： 用於支撐特定元件或關注區域的小型、針對性加強板。
剛撓結合印刷電路板設計技巧
1. 在使用不同厚度的 FPC 時，請記住最大彎曲半徑。
2. 在基材或覆蓋層彎曲的區域，避免不連續性。
3. 可以添加淚滴以使通孔更穩定和剛性。要了解如何為您的設計添加淚滴，請查看此 EasyEDA 教程頁面。
4. 在 PCB 的主要電子電路下方使用加強板。
5. 將角落做成圓角並稍大一些，以避免 PCB 角落撕裂。
6. 加強板周圍允許蝕刻標記，而另一方面，不允許絲網印刷標記。
有關更多設計相關信息，請參閱 Arduino 板全柔性 PCB 的完整文章。
剛撓結合與剛化柔性 PCB 的區別
您如何使用加強板將影響您獲得的 PCB 類型。這些被稱為剛撓結合或剛化柔性 PCB。提高 PCB 剛性需要根據組件的功能和支撐需求進行仔細規劃，確保為任務使用合適的加強板。它們之間的區別是：
- 剛撓結合： 具有通孔連接的剛性部分；加強板提供電氣連接並成為 PCB 的功能部分。
- 剛化柔性： 加強板僅提供機械支撐，不影響 PCB 功能，有助於組裝並增加強度。
結論：
當我們需要在電路中設置剛性區域以保護元件或連接器時，使用 PCB 加強板的優勢不容小覷。這樣可以確保電路不會彎曲，並保護焊點的完整性。通常使用 FR4 作為加強板材料來剛化電路的特定區域。
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