芯耀
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在PCB设计领域，软硬结合板(Rigid-flex PCB)以其多样化的形状和尺寸，为现代电子设备提供了独特的解决方案。一些软硬结合板(例如用于助听器设备的PCB)，由于尺寸较小，对制造极具挑战。然而，无论尺寸大小如何，软板与硬板间的过渡区怎么设计，都影响着后续制造及使用时的可靠性。过渡区域承受机械和热应力，这些应力既来源于制造和组装过程，也来源于生活中的各种使用场景。
因此，在进行设计时，必须充分意识到不良设计所带来的潜在风险。根据IPC-6013标准，软硬结合PCB的过渡区，被定义为以硬板边缘轴线为中心，宽度为3mm的区域(见下图)。
本文将深入探讨这一关键区域的设计要点和制造注意事项，帮助您避免潜在风险。
软硬结合PCB过渡区域(来源：NCAB软硬结合板设计指南)
制造过程中的独特挑战软硬结合板的生产流程，与常规硬板有所不同。在软板区层压完成后，所有材料会再进行最终的压合，将软板和硬板区粘合到一起。第二次压合之前，制造商会在叠层中放入垫片，防止树脂流入软板区域，随后通过铣削工艺将软板区的垫片移除。上图中还列出了一些过渡区域内的可接受缺陷。如果在过渡区域内布设了任何功能特征，可能会由于这些缺陷对软硬结合板的最终性能造成不利影响。
以下是一些常见缺陷及其影响：
开裂与晕圈(Crazing and Haloing)：在硬板与软板交界处，出现材料分层、树脂裂缝或铜箔断裂，主要是由于硬板厚、软板薄，层压后形成台阶结构，弯折或热循环时应力全部集中在过渡线附近。
层压空隙(Lamination Voids)：过渡区域内的层压空隙是可接受的。软硬结合板通常由FR4材料和聚酰亚胺组成。普通硬板的预浸料(Prepreg)是用来流动并粘合铜层的，且防止出现层间空隙。而软硬结合板的FR4预浸料具有“低流”或“无流”特性，防止树脂流入软板区域，因此过渡区域可能会出现层压空隙。
树脂溢出(Squeezout)：尽管PCB工厂使用不流胶PP来制造软硬结合PCB，但有时粘合材料的树脂仍会溢出硬板边缘进入过渡区域。对于一次性弯折安装(Flex to Install)需求，这可能不是问题；但对于动态弯折(Dynamic-Flex)应用，固化树脂的尖锐边缘可能会损坏软板。
硬板介电材料突出(Protruding Rigid Dielectric)：在对软板区域进行铣削时，由于层压空隙或树脂溢出，可能会导致硬板介电层略微突出。这种缺陷不影响性能，根据IPC-6013标准，是可接受的。
铜形变(Copper Deformation)：由于过渡区域的材料不稳定性，铜特征容易形变，甚至可能出现裂纹或分层。这是因为铜可能会阻碍树脂填充，导致树脂不足。此外，层间对位精度也可能受到影响。
覆盖膜突出(Coverlay Protruding)：将覆盖膜材料放置在过渡区域也可能引发问题。覆盖膜的设计并不适合与FR4材料粘合，如果其延伸至过渡区域，可能会因粘合性能差而导致分层。
过渡区域内的特征设计：风险与考量一个关键问题是：在不影响产品性能或导致材料过度应力的前提下，功能特征能够延伸至过渡区域多远？答案是：几乎不可能延伸。正如图2所示，虽然在过渡区域内甚至软板区设计和制造特征在技术上是可行的，但这并非成熟做法。因此，与您的PCB供应商密切沟通至关重要。PCB供应商的技术团队，了解每个制程能力的极限值，他们会根据工厂能力和规格，告知您在过渡区域内可使用的空间范围。
图2：先进制造能力(来源：NCAB软硬结合板设计指南)
图2中，左侧列出的推荐值风险最低，如果使用右侧“先进”列中的规格，则需格外小心，确保所有相关方都充分了解潜在风险。小型化趋势与制造能力的提升随着电路技术的不断更新迭代，新的解决方案和制造工艺不断涌现，来满足当今产品不断增长的需求，小型化趋势迫使软硬结合板工艺不断突破制程极限。
NCAB始终鼓励在PCB设计中追求创新和前沿技术，但前提是必须符合应用需求，并且所有相关方都清楚潜在风险。一些PCB工厂能够支持生产具有较小过渡区域的软硬结合板，但我们还是持谨慎态度，建议您对其进行严格的质量检测。同时，在设计时，注意：
- 避免在过渡区域放置关键功能特征；与供应商沟通，了解其制造能力和可接受的风险范围；根据应用需求平衡创新与可靠性，确保设计既前沿又实用
软硬结合板过渡区设计的工程实践
1. 设计阶段的风险评估与沟通
尽早与供应商协作：在设计初期就应与供应商的工程团队建立沟通。过渡区域的规格(如宽度、材料选择)会因供应商的制造能力而异，某些供应商能支持更小的过渡区域(例如低于IPC-6013标准的3mm)，但这需要明确的风险分担协议。
仿真与应力分析：在设计中引入FEA(有限元分析)工具，模拟过渡区域在机械弯折和热循环下的应力分布，这可以帮助识别潜在的薄弱点，尤其是在动态弯折应用中。例如，走线在过渡区域的布局方向应尽量避免与弯折轴线垂直，以降低断裂风险。
2. 材料选择与过渡区优化
低流/无流PP的特性权衡：在关键项目中，建议与供应商讨论是否可以采用混合材料方案，例如在过渡区域使用特定粘合剂，以平衡树脂流动控制与层间粘合强度。覆盖膜与硬板区的边界处理：覆盖膜(Coverlay)延伸至过渡区域可能导致分层问题。在实际案例中，可能出现因覆盖膜设计不当而出现软板区剥离的情况。建议在设计时确保覆盖膜边缘与硬板区边界至少保持0.5mm的安全距离，并在制造前确认供应商的加工精度。
3. 制造过程中的质量管控要点
过渡区域缺陷的可接受标准：虽然IPC-6013标准允许过渡区域存在一定程度的缺陷(如层压空隙、树脂溢出)，但建议客户在验收时要求供应商提供详细的切片分析报告，特别是对于高可靠产品(如医疗或航空应用)，这可以帮助识别潜在的长期失效风险。铣削工艺的精度控制：铣削软板区域时，加工精度直接影响过渡区域的介电突出或树脂尖锐边缘问题。在我们的实践中，曾遇到过因铣削偏差导致的软板区域损伤问题，最终通过与供应商调整铣削参数(如转速和进给率)得以解决。建议在制造初期先小批量试产，验证工艺稳定性。
4. 应用场景与过渡区域设计的匹配区分
一次性弯折与动态弯折：实践中，我们发现很多客户未明确区分这两种应用场景，导致设计过于保守或激进。例如，一次性弯折区域可以适当接受树脂溢出，而动态弯折则需严格控制过渡区域的任何尖锐边缘。小型化趋势下的挑战：随着设备小型化(如可穿戴设备、助听器)对软硬结合板的需求增加，过渡区域的设计空间进一步压缩。建议客户优先考虑叠层(Stackup)优化，例如减少硬板区域厚度或调整软板位置，来释放更多的过渡区域空间，同时通过可靠性测试(如弯折循环测试)验证设计。
5. 过渡区域常见的失效模式
例如铜迹线断裂、层间分层或介电强度下降。这些问题通常与设计阶段未充分考虑环境因素(如温湿度循环)有关。建议客户在产品开发后期进行加速老化测试(Accelerated Aging Test)，模拟实际使用条件下的应力。从设计到制造的闭环协作软硬结合板过渡区的设计不仅是技术问题，更是设计、制造和应用场景之间协作的体现。我们始终建议：
- 前瞻性设计：在设计阶段充分考虑过渡区的机械和热应力，借助仿真工具和供应商反馈优化方案。制造管控：与供应商紧密合作，确保制造工艺(如铣削、层压)符合设计预期，并在关键节点进行质量验证。应用场景适配：根据产品应用需求(一次性弯折或动态弯折)调整设计策略，确保性能与可靠性的平衡。
如您有软硬结合板相关问题，欢迎致电 0755-26890428，我们非常乐意为您提供技术支持。您也可点击【阅读原文】，下载NCAB软硬结合板设计指南，作为您的设计参考！
