弯曲和成型具有动态弯曲动作的电路将需要理解一些基本原理,而不管所使用的电路材料如何。当然,所使用的电路材料可以在成型电路的成功上产生巨大的差异,而不会导致导体或材料断裂。用于弯曲,成型和弯曲的电路材料不能具有玻璃纤维增强材料。因此,建议不要使用具有编织玻璃的典型FR-4材料。高频刚性板中使用的几种材料不具有玻璃增强材料,并已成功应用。
供应商ROGERS公司推出的LCP电路材料非常适合弯曲应用,并且它们还具有非常好的高频电气性能。这些材料制成相对较薄的层压板,通常小于5mils。这种薄度有助于电路的成功弯曲。RO4534和RO4535具有更低的导体损耗的同时提升了热处理的能力,因此有更低的插入损耗和更好的信号一致性。低的介质损耗使得RO4534和RO4535可以适用于很多传统的线路板材不能满足要求的高频应用。
然而,Rogers公司另一套高频材料已经上市多年并用于成型应用: PTFE基层压板,它不含玻璃增强材料。 这些材料通常在PTFE基材上使用填料来帮助降低PTFE的高CTE,并且不会损害材料的弯曲能力。RT/duroid5880可应用于PTFE陶瓷层压板,可兼容自动化贴装,满足无铅制程能力,通过增加硬度提升在多层板结构中的可加工性,同时降低材料和加工的成本,且有助于缩小电路尺寸。
弯曲电路的基本思想是基于机械梁复合理论。举个例子,双面电路被视为一种带有信号导体的微带传输线,该信号导体位于PCB上的顶部导体层和接地层上,电路由不同层材料制成。理解弯曲很重要的一个性质是模量;模量是电路有多硬的度量。高模量是刚性的,低模量是柔软的。 弯曲电路时,较软的材料会在电路内产生较小的应力,而当应力较小时,不同层不易断裂。
弯曲半径是另一个非常重要的参数。如果需要弯曲1/8“厚的金属板而不使金属破裂,那么具有大的弯曲半径将是有利的,当然,小的,紧密的弯曲半径更容易造成金属压裂。小的弯曲半径会在金属上产生更多的内部应力,并容易断裂。
另一个要考虑的概念是组合梁(或电路)的中性轴。中性轴是电路内没有应力的平面。 考虑弯曲1/8“金属板内不同厚度的应力。首先,弯曲半径内侧含有金属和金属片的层会试图压缩,并因此会因压缩而产生应力。金属片的外层会因张力而承受压力。在弯曲区域的某个地方,金属会有一个过渡,那个没有应力的小过渡区域被称为中性轴。理想情况下,当电路成型时,如果中性轴上存在导体,即使考虑到弯曲半径非常小的电路,也不会断裂,因为导体内没有应力。
中性轴通常在建模弯曲,成型和弯曲电路时考虑; 我们的想法是尽可能使临界铜层尽可能接近中性轴。图1所示的微带电路的情况下,中性轴将位于地平面和信号平面之间的某处。这意味着在地平面上会有应力压缩,而在信号平面上会产生应力。如果考虑不同的结构,那么中性轴可以非常靠近信号导体层。顶部和底部分别具有作为拉伸和压缩的应力,但是横截面的几何中心中的信号层可能具有非常小的应力或没有应力。因此,可以有效地成型带状线电路而不损坏内部信号导体。