穿戴式裝置的 PCB 組裝：技巧、材料與更多資訊
1 分鐘
穿戴式電子產品——包括健康監測器、智慧手錶、AR/VR 頭戴裝置與生物感測器——是消費與醫療科技中最具變革性的創新之一。這些精巧的系統必須同時實現高效能、佩戴舒適與長效運作。這樣的組合對其核心印刷電路板組裝（PCBA）提出了獨特要求。
與傳統硬板不同，穿戴式裝置使用的 PCB 必須極薄、極輕且可撓。它們得承受持續彎曲、體溫與濕氣。
為滿足這些需求，工程師採用柔性印刷電路板（FPCB）或稱柔性印刷電路（FPC），以高效能聚醯亞胺（PI）薄膜製成，使電路在彎曲扭轉時仍保持電氣完整性與可靠度。
穿戴式電子裝置
JLCPCB 專精於製造單雙層柔性 PCB，並提供高精度的SMT 組裝服務，以迎接現代穿戴裝置的挑戰。
本文概述穿戴裝置 PCB 組裝的工程流程——從材料選擇到可靠度測試。
穿戴式 PCB 組裝的關鍵設計挑戰
為穿戴式裝置設計 PCB 是多面向的工程挑戰。空間、功耗與機械應力彼此競爭，從一開始就需要專門的設計對策。
穿戴式 PCB 必須同時具備機械適應性與電氣可靠度，因此設計優化從初始就至關重要。
| 設計挑戰 | 說明 | 工程對策 |
|---|---|---|
| 微型化 | IC、感測器與射頻模組可用面積有限。 | 高密度互連（HDI）設計、微盲孔、0201 SMT 元件。 |
| 可撓性 | 須承受連續彎曲與扭轉循環。 | 聚醯亞胺基材柔性 PCB（FPC）。 |
| 功耗效率 | 小電池嚴格限制續航與熱預算。 | 低功耗 MCU、最佳化電源層與高效走線。 |
| 防潮性 | 長期接觸皮膚與汗水。 | 共形塗層與封裝。 |
| RF 穩定性 | 人體會影響天線性能（失諧）。 | 控制阻抗走線與淨空隔離區。 |
硬質 FR-4 PCB 與柔性聚醯亞胺 FPC 的比較，顯示厚度、材料與可撓性的差異。
延伸閱讀：
3. PCB 技術中的共形塗層
穿戴式裝置的柔性 PCB 材料與疊構設計
雖然部分複雜穿戴產品仍採用剛撓結合 PCB方案，但多數應用主要圍繞柔性 PCB，其典型結構為聚醯亞胺（PI）薄膜與銅箔及覆蓋膜壓合而成。
穿戴式柔性 PCB 常用關鍵材料：
● 聚醯亞胺（PI）： 作為基底基材，具備優異的可撓性、耐化學性與高熱穩定性（耐溫超過 260 °F / 130 °C）。
● 銅箔（12–70 µm）： 導電層，提供穩定電氣性能並將電阻損耗降至最低。
● 膠黏劑： 具耐熱等級的接合層，將銅箔固定於聚醯亞胺基材。
● 覆蓋膜： 通常為聚醯亞胺材質，提供絕緣與機械保護，覆蓋銅走線並開窗露出焊墊與導通孔。
JLCPCB 支援以高效能聚醯亞胺薄膜為基材的單雙層柔性 PCB，具備優異可靠度與耐熱性，可彎折、可折疊的電路設計適用於穿戴式電子、IoT 模組與感測應用。
單層與雙層柔性 PCB 的 3D 截面，顯示銅、膠黏劑與聚醯亞胺薄膜。
穿戴式柔性 PCB 組裝的元件擺放與訊號走線
柔性 PCB 的佈局直接影響電氣性能與機械可靠度，尤其對於需反覆彎曲、扭轉的應用。
正確的元件擺放與訊號走線是確保穿戴式電子長期功能與耐用度的關鍵。
柔性 PCB 擺放準則
● 較大或較重元件置於彎曲時仍機械穩定的區域，以減少焊點應力。
● 避免將 IC 或連接器置於主動彎折區，防止應力損害焊點可靠度。
● 於彎折區走線時保持在中性軸，降低銅箔應力。
● RF 元件（如天線）與數位電路實體隔離，減少干擾，對緊湊的穿戴裝置尤為重要。
柔性 PCB 走線準則
● 使用圓弧走線與淚滴焊墊，降低應力集中並防止撓區裂紋。
● 維持至少 10 倍 FPC 總厚度的最小彎曲半徑，確保機械壽命。
● 採用適當屏蔽與接地，降低 EMI 與訊號耦合，對依賴精準訊號的感測器至關重要。
● 謹慎規劃感測器互連，避免干擾並維持多感測器裝置的資料可靠度。
了解更多柔性 PCB 設計實用技巧
柔性 PCB 設計，顯示強化元件區與周圍可彎折區域。
穿戴式 PCB 的 SMT 組裝與銲接技術
柔性 PCB 組裝需謹慎的熱與機械控制，以維持電氣完整性與機械可靠度。因聚醯亞胺（PI）薄膜薄，製程中易翹曲，故穿戴電子用的 FPC 在整個 SMT 流程（尤其迴銲）皆固定於硬質載具（治具）上。
為保護柔性材料，通常採用低溫迴銲曲線，降低對聚醯亞胺基材與膠層的熱應力，確保感測器、IC 等元件在智慧手錶、健康監測器、健身追蹤器等緊湊裝置中保持功能。
適當的處理與最佳化迴銲曲線是可靠穿戴 PCB 組裝的關鍵，使柔性電子在反覆彎曲與日常使用中仍保持耐用。
| 參數 | 範圍 | 目的 |
|---|---|---|
| 升溫斜率 | 1.0–1.5 °C/s | 防止熱衝擊與板彎。 |
| 浸潤區 | 150–180 °C，60–120 s | 活化助銲劑並使溫度均勻。 |
| 峰值溫度 | 220–230 °C | 適用低溫銲料（如 Sn42Bi58）。 |
| 液相時間 | 50–70 s | 確保銲料潤濕與焊點成型。 |
JLCPCB 的 SMT 流程包含：
● 自動取放，支援小至 0201 封裝。
● 氮氣迴銲銲接，降低氧化並提升銲點品質。
● AOI 與 X-ray 檢測，全面品質管控。
JLCPCB 先進 PCB 組裝選項
穿戴式 PCB 的防護塗層、封裝與防潮
穿戴裝置長期暴露於汗水與環境濕氣，需防潮以避免腐蝕、氧化或短路。
常見防護法為共形塗層（Parylene、壓克力、矽膠），薄型高分子膜，防潮同時保持柔性。
JLCPCB 提供選擇性共形塗層與測試選項，提升穿戴裝置長期可靠度。
柔性 PCB 截面，顯示聚醯亞胺基材、銅走線與透明共形塗層。
穿戴式 PCB 的電源管理與 RF 最佳化
功耗效率與無線性能是穿戴 IoT 裝置的關鍵設計重點。
IoT 穿戴電源最佳化
● 加寬電源走線與完整接地層，降低 I²R 損耗。
● 採用低壓差線性穩壓器（LDO）與切換式穩壓器，因應功耗敏感設計。
● 將去耦電容盡量靠近元件負載擺放。
IoT 穿戴 RF 設計
● 天線周圍 5–10 mm 內避開接地層與元件。
● 調整走線阻抗（通常 50 Ω）以匹配無線模組（如 BLE 或 Wi-Fi），可使用 JLCPCB阻抗計算器。
● 以接地屏蔽與導孔隔離 RF 區域與雜訊數位電路。
穿戴式 PCB 組裝的 DFM 指南
在穿戴裝置 PCB 設計階段遵循 DFM 指南，是減少重工、提升良率與降低成本最有效的方法。
最佳 DFM 實踐：
● 彎曲半徑應為 FPC 總厚度的 10 倍。
● 避免在柔性板邊緣附近擺放元件、導通孔等。
● 加入基準點（fiducial）協助 SMT 光學對位，必要時增設定位孔。
JLCPCB 提供免費 DFM 工具檢查可製造性錯誤。
穿戴式 PCB 組裝常見失效與預防
了解潛在失效是打造穩健穿戴電子的關鍵。
| 問題 | 原因 | 解決方案 |
|---|---|---|
| 銲裂 | 元件焊點承受過大彎曲應力。 | 使用底部填充膠，將元件置於非彎曲軸。 |
| 分層 | 迴銲溫度過高或 FPC 含濕。 | 預烘 FPC；採用低溫銲料與良好膠著。 |
| 腐蝕 | 汗水或濕氣入侵。 | 施加共形塗層並確實密封。 |
| RF 漂移 | 天線靠近人體或接地層。 | 保持接地淨空；實地調整天線。 |
結論
穿戴式電子持續透過柔性、效能與微型化的推進，改變現代工程設計。柔性印刷電路板（FPC）實現輕量、耐用且可適形的設計，驅動下一代醫療、健身與 IoT 裝置。
透過 SMT 組裝與嚴格測試，達成高品質組裝與規格一致性，是確保穿戴裝置在動態環境中可靠的必要條件。
JLCPCB 以先進製程控制與對設計製造各環節的嚴謹把關，為工程師提供穩固基礎，設計既可靠又可量產的穿戴產品。
常見問題
Q：柔性 PCB 能同時有訊號層與電源層嗎？
可以。多層柔性 PCB 可整合訊號與電源走線，但須仔細控制阻抗並保持銅箔平衡，以確保機械可靠度與彎曲性能。
Q：穿戴式 PCB 推薦哪種表面處理？
ENIG（化鎳浸金）與 OSP（有機保焊膜）最常用，兩者皆具優異抗腐蝕性與長期銲錫性，對維持可靠度至關重要。
Q：感測器能整合進柔性 PCB 嗎？
可以。現今柔性 PCB 可直接整合溫度、壓力或生物感測元件，縮小佔位並提升訊號精準度，支援緊湊多功能穿戴設計。
Q：線寬與間距如何影響穿戴 PCB 的可撓性？
採用窄線寬（≤0.1 mm）與較大間距可提升彎曲能力。避免銳角與銅箔分布不均，否則應力集中將導致彎折時機械失效。
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