FPC（柔性电路板）的叠构设计是其性能和可靠性的基石。与刚性PCB不同，FPC叠构需要充分考虑柔韧性、动态弯曲、重量、厚度、阻抗控制以及成本等多个因素。
以下是FPC叠构设计的核心原则、常见结构和关键考量因素。
一、核心设计原则
1. 中性轴原则
· 概念
在多层FPC中，理想状态下应将电路层放置在叠构的中央（即中性轴上），使得在弯曲时，电路层既不受拉伸也不受压缩。
· 目的
最大限度地减少铜箔在反复弯曲时所承受的应力，防止铜箔疲劳断裂。这是动态弯曲应用（如铰链、持续摆动的连接线）的黄金法则。
· 实现方法
通过调整覆盖层、基材和胶层的厚度，使铜导体层尽可能位于厚度的几何中心。
2. 对称性原则
· 概念：叠构关于中心线对称。例如，如果是双面板，那么上下层的材料类型和厚度应该尽可能一致。
· 目的
防止翘曲
非对称结构在热压合后或受热时，因不同材料的热膨胀系数（CTE）不同，容易发生翘曲。
提高弯曲稳定性
对称结构在弯曲时应力分布更均匀。
· 应用
对于静态弯曲或不常弯曲的应用，此原则非常重要。
3. 简约性原则
· 概念
在满足电气和机械性能的前提下，层数越少越好。
· 目的
提高柔韧性：层数越多，板子越硬。
降低成本：每增加一层，材料和加工成本都会显著上升。
提高可靠性：更少的层间结合点，意味着更低的失效风险。
· 应用
优先考虑单面板或双面板，仅在必要（如需要屏蔽、大量走线）时才增加层数。
4. 可靠性优先原则
· 概念
在弯曲区域，采取特殊设计以提升寿命。
· 具体措施
在弯曲区域，避免放置过孔（Via），因为孔洞是应力的集中点。
在弯曲区域，铜走线应垂直于弯曲方向。如果必须平行，则应采用蛇形走线以分散应力。
避免在弯曲区域设计急转弯（90°）的线路，使用平滑的圆弧过渡。
对于多层板，采用“错层”设计，即不同层的导体在弯曲区域错开位置，避免在同一位置形成硬点。
二、常见FPC叠构类型
以下是一些典型的叠构示例，从简单到复杂：
1. 单面板
· 结构：
覆盖膜 – 铜箔-胶- 基材（PI）
覆盖膜 – 铜箔 – 基材（PI）
· 特点：
最柔软，成本最低，工艺最简单。适用于简单的静态线路连接。
· 衍生：
也可以用阻焊油墨 代替覆盖膜，成本更低，但柔韧性和保护性稍差。
2. 双面板 – 对称结构
· 结构：
覆盖膜 – 胶 – 铜箔 – 基材（PI） – 铜箔 – 胶 – 覆盖膜
· 特点：
这是最经典、应用最广的双面FPC结构。完美体现了对称性原则，具有良好的平整性和弯曲性能。
3. 多层板
· 结构：
由多个双面板结构压合而成，层间通过预浸胶粘结。
· 示例：
4层板 – [覆盖膜/胶/L1铜/基材/L2铜/胶片/L3铜/基材/L4铜/胶/覆盖膜]
· 关键：
必须严格遵循中性轴原则进行设计。例如，在4层板中，应将L2和L3层作为主要信号层，因为它们更靠近中性轴。
4. 刚性-柔性结合板
· 结构：
将FPC与刚性PCB（通常是FR-4）集成在一起。
· 特点：
刚性区：
提供支撑，用于安装 connectors（连接器）、IC和其他重型元件。
柔性区：用于三维空间的弯曲和连接。
· 设计关键：
刚柔结合过渡区是设计和制造的难点，需要特别注意应力释放设计，通常通过“开窗”、加强板补强等方式实现平稳过渡。
叠构设计举例图示，如下:
三、关键材料与厚度考量
叠构设计本质上是材料的选择和组合。
· 基材：
· PI（聚酰亚胺）：最常用，耐高温，柔韧性好，电气性能优异。常见厚度：12.5µm, 25µm, 50µm。
· PET（聚酯）：成本低，但不耐高温（焊接困难），用于低端消费电子产品。
· 铜箔：
♞ ED铜（电解铜）：成本低，但延展性较差，适用于非动态弯曲。
♞ RA铜（压延铜）：延展性更好，更适合动态弯曲应用。常见厚度：1/3 oz (12µm)，1/2 oz (18µm)，1 oz (35µm)。动态弯曲应用应优先选择更薄的RA铜。
· 覆盖层
· 覆盖膜：由PI基材和胶构成，保护性最好，柔韧性佳。
· 阻焊油墨：成本低，但厚度不均，柔韧性较差。
· 胶粘剂：
· 常用的是环氧树脂或丙烯酸胶，厚度通常为15-25µm。它是叠构中吸湿性和耐热性的薄弱环节之一。
· 加强板：
材料：
PI, PET, FR-4，不锈钢，铝板等。
作用：
在特定区域（如连接器焊盘下方）提供局部硬度和支撑。不属于电路叠构的一部分，但是机械设计的重要组成部分。
四、叠构设计流程总结
1. 明确需求：
确定是静态弯曲、动态弯曲还是仅用于三维组装？弯曲半径是多少？需要多少根走线？阻抗要求？工作环境？
2. 确定层数：
基于走线密度和信号完整性要求，选择最简单的层数（单面->双面->多层）。
3. 选择材料：
根据电气性能、弯曲要求、耐温性和成本，选择基材、铜箔类型和厚度。
4. 应用核心原则：
· 对于动态弯曲：首要应用中性轴原则，精细计算各层厚度，将电路层置于中心。
· 对于静态应用：首要应用对称性原则，防止翘曲。
5. 细节优化：
· 在弯曲区域优化走线方式（垂直弯曲方向、圆弧过渡）。
· 避免在弯曲区域放置过孔。
· 规划刚柔结合板的过渡区。
6. 与制造商沟通
将初步叠构方案发给有经验的FPC厂家进行评审。他们能根据自身的工艺能力和材料库存，提供最优化、最经济可行的建议。
FPC叠构设计没有“万能公式”，一个优秀的叠构设计，永远是电气需求、机械性能、可靠性和制造成本之间精密权衡的结果。 与你的FPC供应商紧密合作是成功的关键。