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PCB柔性電路

出處:sureone 發(fā)布于:2008-09-01 16:00:46

  一、PCB柔性電路的優(yōu)點(diǎn)

 ?。校茫氯嵝噪娐肥菫樘岣呖臻g利用率和產(chǎn)品設(shè)計(jì)靈活性而設(shè)計(jì)的,能滿足更小型和更高密度安裝的設(shè)計(jì)需要,也有助于減少組裝工序和增強(qiáng)可靠性。是滿足電子產(chǎn)品小型化和移動(dòng)要求的惟一解決方法。柔性電路是在聚合物的基材上蝕刻出銅電路,或印制聚合物厚膜電路。對(duì)于既薄又輕、結(jié)構(gòu)緊湊復(fù)雜的器件而言,其設(shè)計(jì)解決方案包括從單面的導(dǎo)電線路到復(fù)雜的多層三維封裝。柔性封裝的總質(zhì)量和體積比傳統(tǒng)的元導(dǎo)線線束方法要減少70%。柔性電路還可以通過(guò)使用增強(qiáng)材料或襯板的方法增加其強(qiáng)度,以取得附加的機(jī)械穩(wěn)定性。

 ?。校茫氯嵝噪娐房梢砸苿?dòng)、彎曲、扭轉(zhuǎn),而不損壞導(dǎo)線,可以有不同形狀和特別的封裝尺寸。其僅有的限制是體積空間問(wèn)題。由于可以承受數(shù)百萬(wàn)次的動(dòng)態(tài)彎曲,柔性電路可以很好地適用于連續(xù)運(yùn)動(dòng)或定期運(yùn)動(dòng)的內(nèi)部連接系統(tǒng)中,成為終產(chǎn)品功能的一部分。要求電信號(hào)/電源移動(dòng)而形狀系數(shù)/封裝尺寸較小的一些產(chǎn)品都獲益于柔性電路。

 ?。校茫氯嵝噪娐诽峁┝藘?yōu)良的電性能。較低的介電常數(shù)允許電信號(hào)快速傳輸;良好的熱性能使組件易于降溫;較高的玻璃轉(zhuǎn)化溫度或熔點(diǎn)使得組件在更高的溫度下良好運(yùn)行。

  由于減少了內(nèi)連所需的硬件,如傳統(tǒng)的電子封裝上常用的焊點(diǎn)、中繼線、底板線路和線纜,柔性電路可以提供更高的裝配可靠性和產(chǎn)量。因?yàn)閺?fù)雜的多個(gè)系統(tǒng)所組成的傳統(tǒng)內(nèi)連硬件在裝配時(shí),易出現(xiàn)較高的組件錯(cuò)位率。隨著質(zhì)量工程的出現(xiàn),一個(gè)厚度很薄的柔性系統(tǒng)被設(shè)計(jì)成僅以一種方式組裝,從而消除了通常與獨(dú)立布線工程有關(guān)的人為錯(cuò)誤。早期柔性電路主要應(yīng)用在小型或薄形電子產(chǎn)品及剛性印制板之間的連接等領(lǐng)域?!。玻笆兰o(jì)70年代末期則逐漸應(yīng)用到計(jì)算機(jī)、數(shù)碼照相機(jī)、噴墨打印機(jī)、汽車音響、光盤驅(qū)動(dòng)器(見圖13-1)及硬盤驅(qū)動(dòng)器等電子產(chǎn)品中。打開一臺(tái)35mm 的照相機(jī),里面有9-14處不同的柔性電路。減小體積的惟一方法是組件更小、線條更精密、節(jié)距更緊密,以及物件可彎曲。心臟起搏器、醫(yī)療設(shè)備、視頻攝像機(jī)、助聽器、筆記本電腦———今天幾乎所有使用的東西里面都有柔性電路。

 ?。病‰p面柔性板是在絕緣基膜的兩面各有一層蝕刻制成的導(dǎo)電圖形。金屬化孔將絕緣材料兩面的圖形連接形成導(dǎo)電通路,以滿足撓曲性的設(shè)計(jì)和使用功能。而覆蓋膜可以保護(hù)單、雙面導(dǎo)線并指示元件安放的位置。

  二、PCB柔性電路的功能

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  目前PCB柔性電路有:?jiǎn)蚊?、雙面、多層柔性板和剛?cè)嵝园逅姆N。各類柔性板如圖13-2所示。

 ?。薄蚊嫒嵝园迨浅杀荆?dāng)對(duì)電性能要求不高的印制板。在單面布線時(shí),應(yīng)當(dāng)選用單面柔性板。其具有一層化學(xué)蝕刻出的導(dǎo)電圖形,在柔性絕緣基材面上的導(dǎo)電圖形層為壓延銅箔。絕緣基材可以是聚酰亞胺,聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯,芳酰胺纖維酯和聚氯乙烯。

  2 雙面柔性板是在絕緣基膜的兩面各有一層蝕刻制成的導(dǎo)電圖形。金屬化孔將絕緣材料兩面的圖形連接形成導(dǎo)電通路,以滿足撓曲性的設(shè)計(jì)和使用功能。而覆蓋膜可以保護(hù)單、雙面導(dǎo)線并指示元件安放的位置。

 ?。场《鄬尤嵝园迨菍ⅲⅰ踊蚋鄬拥膯蚊婊螂p面柔性電路層壓在一起,通過(guò)鉆孔、電鍍形成金屬化孔,在不同層間形成導(dǎo)電通路。這樣,不需采用復(fù)雜的焊接工藝。多層電路在更高可靠性,更好的熱傳導(dǎo)性和更方便的裝配性能方面具有巨大的功能差異。在設(shè)計(jì)布局時(shí),應(yīng)當(dāng)考慮到裝配尺寸、層數(shù)與撓性的相互影響。

 ?。础鹘y(tǒng)的剛?cè)嵝园迨怯蓜傂院腿嵝曰逵羞x擇地層壓在一起組成的。結(jié)構(gòu)緊密,以金屬化孔形成導(dǎo)電連接。如果一個(gè)印制板正、反面都有元件,剛?cè)嵝园迨且环N很好的選擇。但如果所有的元件都在一面的話,選用雙面柔性板,并在其背面層壓上一層FR-4增強(qiáng)材料,會(huì)更經(jīng)濟(jì)。

 ?。校茫氯嵝噪娐樊a(chǎn)業(yè)正處于規(guī)模小但迅猛發(fā)展之中。聚合物厚膜法是一種高效、低成本的生產(chǎn)工藝。該工藝在廉價(jià)的柔性基材上,選擇性地網(wǎng)印導(dǎo)電聚合物油墨。其代表性的柔性基材PET。聚合物厚膜法導(dǎo)體包括絲印金屬填料或碳粉填料。聚合物厚膜法本身很清潔,使用無(wú)鉛的SMT膠黏劑,不必蝕刻。因其使用加成工藝且基材成本低,聚合物厚膜法電路是銅聚酰亞胺薄膜電路價(jià)格的1/10;是剛性電路板價(jià)格的1/2 ̄1/3。聚合物厚膜法尤其適用于設(shè)備的控制面板。在移動(dòng)電話和其他的便攜產(chǎn)品上,聚合物厚膜法適合將印制電路主板上的元件、開關(guān)和照明器件轉(zhuǎn)變成聚合物厚膜法電路。既節(jié)省成本,又減少能源消耗。

 ?。怠』旌辖Y(jié)構(gòu)的PCB柔性電路是一種多層板,導(dǎo)電層由不同金屬構(gòu)成。一個(gè)8層板使用FR-4作為內(nèi)層的介質(zhì),使用聚酰亞胺作為外層的介質(zhì),從主板的三個(gè)不同方向伸出引線,每根引線由不同的金屬制成??点~合金、銅和金分別作獨(dú)立的引線。這種混合結(jié)構(gòu)大多用在電信號(hào)轉(zhuǎn)換與熱量轉(zhuǎn)換的關(guān)系及電性能比較苛刻的低溫情況下,是惟一可行的解決方法。

  可通過(guò)內(nèi)連設(shè)計(jì)的方便程度和總成本進(jìn)行評(píng)價(jià),以達(dá)到的性能價(jià)格比。

 ?。玻。校茫氯嵝噪娐返慕?jīng)濟(jì)性

  如果電路設(shè)計(jì)相對(duì)簡(jiǎn)單,總體積不大,而且空間適宜,傳統(tǒng)的內(nèi)連方式大多要便宜很多。如果線路復(fù)雜,處理許多信號(hào)或者有特殊的電學(xué)或力學(xué)性能要求,柔性電路是一種較好的設(shè)計(jì)選擇。當(dāng)應(yīng)用的尺寸和性能超出剛性電路的能力時(shí),柔性組裝方式是經(jīng)濟(jì)的。在一張薄膜上可制成內(nèi)帶5mil通孔的12mil焊盤及3mil線條和間距的柔性電路。因此,在薄膜上直接貼裝芯片更為可靠。因?yàn)椴缓赡苁请x子鉆污源的阻燃劑。這些薄膜可能具有防護(hù)性,并在較高的溫度下固化,得到較高的玻璃化溫度。柔性材料比起剛性材料節(jié)省成本的原因是免除了接插件。

  高成本的原材料是柔性電路價(jià)格居高的主要原因。原材料的價(jià)格差別較大,成本的聚酯柔性電路所用原材料的成本是剛性電路所用原材料的1.5倍;高性能的聚酰亞胺柔性電路則高達(dá)4倍或更高。同時(shí),材料的撓性使其在制造過(guò)程中不易進(jìn)行自動(dòng)化加工處理,從而導(dǎo)致產(chǎn)量下降;在的裝配過(guò)程中易出現(xiàn)缺陷,這些缺陷包括剝下?lián)闲愿郊?、線條斷裂。當(dāng)設(shè)計(jì)不適合應(yīng)用時(shí),這類情況更容易發(fā)生。在彎曲或成型引起的高應(yīng)力下,常常需選擇增強(qiáng)材料或加固材料。盡管其原料成本高,制造麻煩,但是可折疊、可彎曲以及多層拼板功能,會(huì)使整體組件尺寸減小,所用材料隨之減少,使總的組裝成本降低。

  一般說(shuō)來(lái),PCB柔性電路的確比剛性電路的花費(fèi)大,成本較高。柔性板在制造時(shí),許多情況下不得不面對(duì)這樣一個(gè)事實(shí),許多的參數(shù)超出了公差范圍。制造柔性電路的難處就在于材料的撓性。

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  盡管有上述的成本方面的因素,但柔性裝配的價(jià)格正在下降,變得和傳統(tǒng)的剛性電路相接近。其主要原因是引入了更新的材料,改進(jìn)了生產(chǎn)工藝以及變更了結(jié)構(gòu)?,F(xiàn)在的結(jié)構(gòu)使得產(chǎn)品的熱穩(wěn)定性更高,很少有材料不匹配。一些更新的材料因銅層更薄而可以制出更精密線條,使組件更輕巧,更加適合裝入小的空間。過(guò)去,采用輥壓工藝將銅箔黏附在涂有膠黏劑的介質(zhì)上,如今,可以不使用膠黏劑直接在介質(zhì)上生成銅箔。這些技術(shù)可以得到數(shù)微米厚的銅層,得到3mil甚至寬度更窄的精密線條。除去了某些膠黏劑以后的柔性電路具有阻燃性能。這樣既可速UL過(guò)程又可進(jìn)一步降低成本。柔性電路板焊料掩膜和其他的表面涂料使柔性組裝成本進(jìn)一步地降低。

  在未來(lái)數(shù)年中,更小、更復(fù)雜和組裝造價(jià)更高的柔性電路將要求更新穎的方法組裝,并需增加混合柔性電路。對(duì)于柔性電路工業(yè)的挑戰(zhàn)是利用其技術(shù)優(yōu)勢(shì),保持與計(jì)算機(jī)、遠(yuǎn)程通信、消費(fèi)需求以及活躍的市場(chǎng)同步。另外,柔性電路將在無(wú)鉛化行動(dòng)中起到重要的作用。

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