专利名称：Pcb软硬结合板的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种PCB板，尤其涉及一种由刚性PCB板和柔性FPC板连接组成的PCB软硬结合板。
背景技术：
随着电子技术和信息科技的不断发展，电子设备特别是通信产品朝着更高信号传输速率发展，同时也朝着小型化、轻薄化发展。因此，以前电子产品的平坦式装配慢慢被现在的堆栈式立体化装配所取代。软硬板(Rigid-Flex Printed Board或称F/R PWB、软硬合板)是将 FPC (Flex Printed Circuits,柔性印刷电路板)与 PCB (Printed CircuitsBoard,印刷电路板)组合一种兼具刚性PCB的耐久力和柔性PCB的适应力的新型印刷电路板。目前电子产品的堆栈式立体化装配都是通过固定的连接器(包括:直插、弯插、金手指等)、或是可弯曲的排线进行PCB板间的信号连接。如，2011年6月15日公开的申请公布号为CN102098875A的中国发明专利申请说明书，公开了 “一种软硬板中FPC和PCB的拼板连接结构”，该结构设置在FPC和PCB的连接处，包括在PCB与FPC连接处设置的外突部，外突部向FPC方向延伸。该发明通过在PCB中增加外突部的结构，保证足够的刚性强度方便机器分板操作，并能够有效保证分板质量。但是，由于固定连接器属于接插件的形式，不但会限制电子产品的体积与形状，从而限制着电子产品的进一步小型化；而且还对电子产品的维修与检测带来很多不便。在进行维修与检测时，需要把两个或更多个通过固定连接器相连的PCB板拆开，在拆分与接插的时候，一不小心就会损坏或弄掉PCB板上的电子元件。采用针脚连接时，由于连接器的针脚都会比较细长，也很容易碰弯或是在接插不正确时弄弯连接器的针脚，给装配带来难度，甚至损坏连接器。用可弯曲的排线进行PCB板间的信号连接可解决上面所说的问题，但是排线并不能支持上百Mbps速率的高速信号通过，并且用排线连接也需要在排线所连接的两个PCB板上焊贴排线的插座，插座与焊贴时的不理想性更进一步影响高速信号的信号质量。目前市场上的高速连接器可以支持上Gbps级速率的高速信号，但是这些高速连接器都比较贵，给电子产品增加了成本压力，并且这些高速连接器的阻抗很难与PCB上的走线阻抗达到百分之五以内的阻抗匹配；对于超过
1.25Gbps的高速信号，只要出现百分之五以上的阻抗不匹配就会给信号带来严重的反射并影响信号的质量。图1、2、3是在阻抗失配系数分别为2.5%、10%、20%，信号在链路上有两次阻抗失配，并且信号速率都为2Gbps的信号反射波形图(由ADS仿真软件仿真所得)。由图1可知，理想信号的高电平是IV，低电平是0V，虽然有阻抗失配，但因失配小，信号反射也小，信号的质量基本没有问题。图2因反射系数变大，反射信号引起了信号的上冲和下冲，使得有效的高电平是0.8V，低电平变成-0.1V，这个电平不但会弓丨起信号的误触发，还有可以因过冲太大而损坏器件。图3的信号质量就更差，基本不能用。可见，为了保证高速信号在传输过程中保持较好的信号质量，必须确保信号在整个传输链路上的阻抗匹配。
实用新型内容本实用新型要解决的技术问题是提供一种PCB软硬结合板，它能够实现刚性PCB板间互连信号的连续传输，保证Gbps级速率的板间高速互连信号的信号质量。为了解决上述技术问题，本实用新型PCB软硬结合板，包括至少两块需要相互连接的刚性PCB板、用来连接刚性PCB板的柔性FPC板，所述柔性FPC板在所述刚性PCB板之间将两个刚性PCB板需要互连的信号直接无缝连接。作为本实用新型的一种优选实施方式，所述柔性FPC板在所述两个刚性PCB板的外层通过层压将两个刚性PCB板需要互连的信号直接无缝连接。设置于第一刚性PCB板上的第一电子器件和设置于第二刚性PCB板上的第二电子器件分别与第一表层导线的两端相连通，所述第一表层导线由所述第一刚性PCB板、所述第二刚性PCB板和所述柔性FPC板表层铜箔蚀刻而成。设置于第一刚性PCB板上的第三电子器件与第一过孔电连接，所述第一过孔在第一刚性PCB板上通过电镀的方式形成导线，设置于第二刚性PCB板上的第四电子器件与第二过孔电连接，所述第二过孔在第二刚性PCB板上通过电镀的方式形成导线，所述第一过孔和所述第二过孔分别与内层导线的两端电连接。所述内层导线由第一刚性PCB板的内层铜箔、第二刚性PCB板的内层铜箔和柔性FPC板的内层铜箔经过蚀刻而成。作为本实用新型的另一种优选实施方式，所述柔性FPC板在所述两个刚性PCB板的内层通过层压将两个刚性PCB板需要互连的信号直接无缝连接。设置于第一刚性PCB板上的第三电子器件与第一过孔电连接，所述第一过孔在第一刚性PCB板上通过电镀的方式形成导线，设置于第二刚性PCB板上的第四电子器件与第二过孔电连接，所述第二过孔在第二刚性PCB板上通过电镀的方式形成导线，所述第一过孔和所述第二过孔分别与内层导线的两端电连接。所述内层导线由第一刚性PCB板的内层铜箔、第二刚性PCB板的内层铜箔和柔性FPC板的外层铜箔经过蚀刻而成。作为本实用新型的再一种优选实施方式，还包括由所述第一刚性PCB板表层铜箔蚀刻而成的第二表层导线和由所述第二刚性PCB板表层铜箔蚀刻而成的第三表层导线，所述第三电子器件与第二表层导线电连接，所述第四电子器件与第三表层导线电连接，所述第二表层导线电连接于所述第一过孔，所述第三表层导线电连接于所述第二过孔。上述一体成型的PCB软硬结合板，不使用连接器进行信号连接，在信号链路上没有重叠或接合处，使得信号在链路上连续地传输。不但解决了上Gbps级速率的板间高速互连信号的信号质量问题，同时还能够使电子产品进一步小型化、维修与检测时更为方便，并且降低了电子产品的成本。
图1为2Gbps速率信号在阻抗失配系数为2.5%时的信号波形图；图2为2Gbps速率信号在阻抗失配系数为10%时的信号波形图；图3为2Gbps速率信号在阻抗失配系数为20%时的信号波形图；图4为本实用新型PCB软硬结合板的物理连接截面示意图；图5为本实用新型PCB软硬结合板的信号连接分解图；[0017]图6为本实用新型PCB软硬结合板的内层连接方式设计示意图；图7为本实用新型PCB软硬结合板的外层连接方式设计示意图；图8为本实用新型PCB软硬结合板的生产工序流程图；图9为本实用新型PCB软硬结合板堆栈式应用装配截面示意图。
具体实施方式
如图4为本实用新型PCB软硬结合板的物理连接截面示意图。如图所示，包括刚性PCB板01、刚性PCB板03和刚性PCB板05，柔性FPC板02、柔性FPC板04。其中柔性FPC板02在刚性PCB板01和刚性PCB板03的外层把刚性PCB板01与刚性PCB板03需要互连的信号直接无缝地连接起来，而柔性FPC板04在刚性PCB板03和刚性PCB板05的内层把刚性PCB板03与刚性PCB板05需要互连的信号直接无缝地连接起来。这种一体成型的PCB软硬结合板不使用连接器进行信号连接，在信号链路上没有重叠或接合处，使得信号在链路上连续地传输。图5所示为本实用新型PCB软硬结合板的信号连接分解图。图中只给出了内层信号连接中的一层和外层信号连接的示意图。如图所示，刚性板01的外层101、刚性板03的外层301、柔性板02的外层201、刚性板01的内层102、刚性板03的内层302、柔性板02的内层202通过层压的方式形成一个整体。电子器件1001、电子器件1002焊接在刚性板01外层101上，电子器件3001、电子器件3002焊接在刚性板03的外层301上，表层导线由刚性板或柔性板的表层铜箔经过蚀刻而成，表层导线2001穿过中间的柔性板材外层区域，直接把两块刚性板上的电子器件连接上。电子器件1002与表层导线1003相连，电子器件3002与表层导线3003相连。表层导线1003、表层导线3003在刚性板01的外层101、刚性板03的外层301与贯穿刚性板01的过孔1005和贯穿刚性板03的过孔3005相连通，过孔1005和3005是通过电镀(孔金属化)的方式形成导线。在刚性板01的内层102和刚性板03的内层302上，过孔1005和3005与内层导线2002的两端连通，内层导线2002由刚性板01、03内层的铜箔经过蚀刻而成，并且贯穿于柔性板02的内层202 (在柔性FPC板04于刚性PCB板03和刚性PCB板05的内层把两刚性PCB板无缝连接的实体连接中，内层导线也可以贯穿于柔性板的外层区域)。这样经过表层导线1003和3003、过孔1005和3005、内层导线2002，将电子器件1002和电子器件3002连通起来。在本实施例中，通过表层导线1003和3003将电子器件1002、电子器件3002与贯穿刚性板01的过孔1005和贯穿刚性板03的过孔3005相连通。在其他实施例中，电子器件1002、电子器件3002也可以不通过表层导线直接与过孔1005和过孔3005相连通。通过不同层的导线及过孔把两个刚性板上的电子器件连接上，实现了信号的连通。这种连接方式省掉了连接器，并且容易控制好整个信号链路的阻抗。从而减少了不理想连接器及阻抗不连续对信号质量的影响。如图6所示为本实用新型PCB软硬结合板的内层连接方式设计示意图，柔性FPC板02中柔性板材16为聚酰亚胺(PI)等柔性材料，此种材料具有挠曲性好，耐高温、介电强度高的特性。压延铜箔15采用压力碾制而成，压延铜箔15的铜微粒呈水平轴向结构，其挠曲性能好，适用于挠曲要求高的场合，经过成形蚀刻后成为一条条的导线，起到信号导通作用。覆盖膜(CoverLay) 14相当于刚性板的阻焊油墨，起阻焊绝缘作用，覆盖膜14由PI和纯胶组成，纯胶相当于刚性板中的半固化片，主要起层间粘结作用，具有不流动性，纯胶的作用是填充被蚀刻掉的区域并与柔性板材粘合在一起。柔性FPC板02中的柔性板材16、压延铜箔15和覆盖膜14先进行第一次层压，层压好后再一起与刚性板PCB进行第二次层压。这样分次层压定位准，报废率低，工艺参数容易控制。半固化片(prepreg胶)13在一定的温度下会从固体成为胶状,胶状时流动性不是很强，层压时才不会出现流胶现象，并可以起到填充被蚀刻掉的区域以及层间粘结作用。常用的材板12，耐温值比较高，强度比较好；对整个PCB板起到加强固化以及绝缘的作用。一般的铜箔11，经过蚀刻后成为一条条的导线，起信号导通的作用。一层比较薄的阻焊绿油10，在焊接器件时，起阻焊绝缘的作用。如图7所示为本实用新型PCB软硬结合板的外层连接方式设计示意图，此种连接方式只是把柔性板层压在外层，可以通过外层的走线把信号直接连接起来，减少两个过孔的换层连接。而内层连接方式，只能通过贯穿整个板的过孔把两个层的走线连接起来，通过信号换层的方式把信号连接起来。外层连接方式所用的材料与上面所说的相同，这里不再述说。在PCB设计阶段时也是把刚性PCB板01、柔性FPC板02、刚性PCB板03、柔性FPC板04和刚性PCB板05 —起作为一个整体的PCB设计出来，这种设计用常用的PCB设计软件就可以把它们作为一个整体设计出来，比如Protel99SE、PADS等软件。在进行PCB生产加工时，也是一起作为一个大块的PCB —起生产出来，生产出来后柔性FPC板02已经把刚性PCB板01与刚性PCB板03相连接好，柔性FPC板04也已经把刚性PCB板03与刚性PCB板05相连接起来，不能再进行拆分，这样确保了整个信号链路上的阻抗连续性。如图8所示为本实用新型PCB软硬结合板的生产工序流程图，这个生产工序和制程与刚性板或是柔性板都有不同之处，也不能简单的把两种工序制程叠加。这样一起生产加工出来并连接好的PCB，就完全不像目前使用连接器来连接的那样，要把刚性PCB板01、柔性FPC板02、刚性PCB板03、柔性FPC板04和刚性PCB板05五个部分分开设计并且是分开加工生产出来。这就避免了因机器在不同的生产过程中可能造成不同的偏差，从而导致这五个部分也会出现不同的阻抗偏差；也避免了使用不理想的连接器而带来更多的信号质量问题。如图9是本实用新型PCB软硬结合板堆栈式应用装配截面示意图。通过层叠式螺钉固定支柱06、层叠式螺钉固定支柱07将刚性PCB板01、刚性PCB板03和刚性PCB板05固定在电子产品的机箱08上。可见，通过使用柔性FPC板直接无缝连接到刚性PCB板，可以利用FPC可弯曲的特性，做到小型化电子产品的立体化装配，而不再受限于使用固定连接器时的连接器高度和形状；并且在硬件调试与维修过程中不用拆分相连接的PCB板，直接把层叠式的固定支柱螺钉扭开就可以对刚性PCB进行360度的旋转。以上所述的本实用新型实施方式，并不构成对本实用新型保护范围的限定。任何在本实用新型的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的权利要求保护范围之内。
权利要求1.一种PCB软硬结合板，包括至少两块需要相互连接的刚性PCB板、用来连接刚性PCB板的柔性FPC板，其特征在于:所述柔性FPC板在所述刚性PCB板之间将两个刚性PCB板需要互连的信号直接无缝连接。
2.根据权利要求1所述的PCB软硬结合板，其特征在于:所述柔性FPC板在所述两个刚性PCB板的外层通过层压将两个刚性PCB板需要互连的信号直接无缝连接。
3.根据权利要求1所述的PCB软硬结合板，其特征在于:所述柔性FPC板在所述两个刚性PCB板的内层通过层压将两个刚性PCB板需要互连的信号直接无缝连接。
4.根据权利要求2所述的PCB软硬结合板，其特征在于:设置于第一刚性PCB板上的第一电子器件和设置于第二刚性PCB板上的第二电子器件分别与第一表层导线的两端相连通，所述第一表层导线由所述第一刚性PCB板、所述第二刚性PCB板和所述柔性FPC板表层铜箔蚀刻而成。
5.根据权利要求2所述的PCB软硬结合板，其特征在于:还包括内层导线，所述内层导线由第一刚性PCB板的内层铜箔、第二刚性PCB板的内层铜箔和柔性FPC板的内层铜箔经过蚀刻而成。
6.根据权利要求3所述的PCB软硬结合板，其特征在于:还包括内层导线，所述内层导线由第一刚性PCB板的内层铜箔、第二刚性PCB板的内层铜箔和柔性FPC板的外层铜箔经过蚀刻而成。
7.根据权利要求5或6所述的PCB软硬结合板，其特征在于:设置于第一刚性PCB板上的第三电子器件与第一过孔电连接，所述第一过孔在第一刚性PCB板上通过电镀的方式形成导线，设置于第二刚性PCB板上的第四电子器件与第二过孔电连接，所述第二过孔在第二刚性PCB板上通过电镀的方式形成导线，所述第一过孔和所述第二过孔分别与所述内层导线的两端电连接。
8.根据权利要求7所述的PCB软硬结合板，其特征在于:还包括由所述第一刚性PCB板表层铜箔蚀刻而成的第二表层导线和由所述第二刚性PCB板表层铜箔蚀刻而成的第三表层导线，所述第三电子器件与第二表层导线电连接，所述第四电子器件与第三表层导线电连接，所述第二表层导线电连接于所述第一过孔，所述第三表层导线电连接于所述第二过孔。
9.根据权利要求1所述的PCB软硬结合板，其特征在于:设计阶段把刚性PCB板、柔性FPC板及其连接方式作为一个整体的PCB进行设计。
10.根据权利要求1所述的PCB软硬结合板，其特征在于:生产加工时刚性PCB板、柔性FPC板及其连接方式作为一个整体的PCB进行加工。
专利摘要本实用新型公开了一种由刚性PCB板和柔性FPC板一体成型的PCB软硬结合板，包括至少两块需要相互连接的刚性PCB板、用来连接刚性PCB板的柔性FPC板，所述柔性FPC板在所述刚性PCB板之间将两个刚性PCB板需要互连的信号直接无缝连接。这种一体成型的PCB软硬结合板不使用连接器进行信号连接，在信号链路上没有重叠或接合处，使得信号在链路上连续地传输。不但解决了上Gbps级速率的板间高速互连信号的信号质量问题，同时还能够使电子产品进一步小型化、维修与检测时更为方便，并且降低了电子产品的成本。
文档编号H05K1/14GK203015290SQ201220614109
公开日2013年6月19日 申请日期2012年11月19日 优先权日2012年11月19日
发明者李池兰, 许其吉 申请人:京信通信系统(中国)有限公司