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PCB是連接電子電路的剛性板，而人體最常見的基本特征是它的柔韌性。在可穿戴醫(yī)療設(shè)備中將兩者混合將需要剛?cè)峤Y(jié)合的PCB設(shè)計 。

大多數(shù)電子產(chǎn)品中使用的印刷電路板(PCB) 基本上是用于連接電路的剛性板。但對柔性 PCB（或柔性電路）的需求正在迅速增長，這在很大程度上要歸功于新興的可穿戴設(shè)備市場。

也許該市場的最大部分是醫(yī)療保健行業(yè)，可穿戴設(shè)備將用于收集各種生理數(shù)據(jù)以進行診斷和研究以及個人健康用途。

可穿戴設(shè)備已經(jīng)可用于監(jiān)測心率、血壓、血糖、心電圖、肌肉運動等。

 

 

 

這些可穿戴設(shè)備給PCB設(shè)計人員帶來了許多剛性電路板沒有的困難。以下是其中一些問題以及設(shè)計師可以采取哪些措施來緩解這些問題。

對3D設(shè)計的需求

雖然每個PCB實際上都是3D的，但柔性電路允許整個組件彎曲和折疊以符合產(chǎn)品所占據(jù)的封裝。 上圖顯示了一個典型的組件。柔性電路被折疊起來，以便剛性PCB適合產(chǎn)品封裝，占用最小的空間。

除了連接剛性板之外，設(shè)計還有很多其他的挑戰(zhàn)，因此還有更多的挑戰(zhàn)。彎曲必須精確設(shè)計，以便電路板在它們要安裝的位置對齊，同時不會對連接點施加壓力。直到最近，工程師還使用“紙娃娃” 模型來模擬 PCB 組裝。現(xiàn)在，可以使用設(shè)計工具提供剛?cè)峤Y(jié)合組件的 3D 建模，從而實現(xiàn)更快的設(shè)計和更高的精度。

根據(jù)定義，可穿戴產(chǎn)品必須小巧且不顯眼。過去，諸如 心電監(jiān)視器之類的醫(yī)療“可穿戴設(shè)備 ” 包括一個相當(dāng)大的帶有頸帶或腰帶支架的外部設(shè)備。新的可穿戴設(shè)備很小，無需或幾乎沒有外部電線即可直接連接到患者身上。他們收集各種數(shù)據(jù)，甚至可以處理一些分析。

一個不顯眼的設(shè)備直接連接到患者身上，需要靈活的電路和非常密集的布局。此外，電路板形狀往往是圓形甚至更不尋常的形狀，需要巧妙的布局和布線。對于如此小而密集的電路板，針對剛?cè)峤Y(jié)合設(shè)計優(yōu)化的 PCB 工具可以更輕松地處理奇怪的形狀。

使用柔性電路的重點是能夠通過彎曲柔性來塑造最終組件。這提出了剛性板上沒有遇到的許多問題。彎曲會產(chǎn)生剛性板不會產(chǎn)生的應(yīng)力。大多數(shù) PCB 工具都有可讓您優(yōu)化柔性電路的工具。為避免彎曲力問題，設(shè)計彎曲時有以下四個技巧：

不要在走線上使用90°彎曲：走線的拐角比直線路徑承受更多的彎曲應(yīng)力。為避免隨著時間的推移出現(xiàn)分層問題，請使用直線路徑，或者如果軌跡必須改變方向，請使用曲線或分段線性曲線，而不是任何接近90° 的曲線。

雙面柔性線路上的交錯走線：當(dāng)走線在雙面柔性電路上相互重疊時，會導(dǎo)致張力分布不均勻。相反，痕跡應(yīng)該交錯。這也提高了靈活性。

使用淚珠來提高強度和產(chǎn)量：如果不加以控制，基材的柔韌性會隨著時間的推移而導(dǎo)致分層。可以使用淚滴墊代替圓形墊來添加額外的材料，為墊提供更大的強度以防止分層。淚珠還為鉆孔提供了更大的耐受性。

支撐焊盤：由于彎曲，柔性基板上的銅比剛性板上的銅更容易脫落。此外，銅對基板的附著力不如在FR4 PCB上。建議為SMT 安裝焊盤使用通孔電鍍和錨固樁，盡可能減少覆蓋層開口。

在使用剛?cè)峤Y(jié)合技術(shù)時，PCB層的映射或疊層是至關(guān)重要的。理想情況下，PCB設(shè)計軟件能夠設(shè)計您的疊層，包括組件的剛性和柔性部分。

  上圖顯示了具有剛性和柔性部分的疊層圖。使用的層數(shù)和不同的材料增加了設(shè)計的復(fù)雜性。因此，仔細設(shè)計疊層很重要。

制造過程
  剛?cè)峤Y(jié)合設(shè)計的最大挑戰(zhàn)之一是讓多家制造商獲得資格。設(shè)計完成后，設(shè)計的所有方面都必須傳達給電路板制造商，以便正確制造。但是，最佳做法是在設(shè)計初期選擇一個或多個制造商并與他們合作，以確保您的設(shè)計在設(shè)計過程中符合他們的制造要求。通過使用標(biāo)準簡化了與制造商的合作。當(dāng)今世界上絕大多數(shù)的 PCB 基本上都是用于連接電路的剛性板。人體最常見的基本特征是它的靈活性和可移動性。將兩者混合產(chǎn)生的挑戰(zhàn)只能通過剛?cè)峤Y(jié)合PCB設(shè)計來解決。