PCB柔性電路的有點(diǎn)及功能詳解

一、PCB柔性電路的優(yōu)點(diǎn)

PCB柔性電路是為提高空間利用率和產(chǎn)品設計靈活性而設計的，能滿(mǎn)足更小型和更高密度安裝的設計需要，也有助于減少組裝工序和增強可靠性。是滿(mǎn)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。對于既薄又輕、結構緊湊復雜的器件而言，其設計解決方案包括從單面的導電線(xiàn)路到復雜的多層三維封裝。柔性封裝的總質(zhì)量和體積比傳統的元導線(xiàn)線(xiàn)束方法要減少70%。柔性電路還可以通過(guò)使用增強材料或襯板的方法增加其強度，以取得附加的機械穩定性。

PCB柔性電路可以移動(dòng)、彎曲、扭轉，而不損壞導線(xiàn)，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運動(dòng)或定期運動(dòng)的內部連接系統中，成為最終產(chǎn)品功能的一部分。要求電信號/電源移動(dòng)而形狀系數/封裝尺寸較小的一些產(chǎn)品都獲益于柔性電路。

PCB柔性電路提供了優(yōu)良的電性能。較低的介電常數允許電信號快速傳輸;良好的熱性能使組件易于降溫;較高的玻璃轉化溫度或熔點(diǎn)使得組件在更高的溫度下良好運行。

由于減少了內連所需的硬件，如傳統的電子封裝上常用的焊點(diǎn)、中繼線(xiàn)、底板線(xiàn)路和線(xiàn)纜，柔性電路可以提供更高的裝配可靠性和產(chǎn)量。因為復雜的多個(gè)系統所組成的傳統內連硬件在裝配時(shí)，易出現較高的組件錯位率。隨著(zhù)質(zhì)量工程的出現，一個(gè)厚度很薄的柔性系統被設計成僅以一種方式組裝，從而消除了通常與獨立布線(xiàn)工程有關(guān)的人為錯誤。早期柔性電路主要應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。20世紀70年代末期則逐漸應用到計算機、數碼照相機、噴墨打印機、汽車(chē)音響、光盤(pán)驅動(dòng)器(見(jiàn)圖13-1)及硬盤(pán)驅動(dòng)器等電子產(chǎn)品中。打開(kāi)一臺35mm的照相機，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(xiàn)條更精密、節距更緊密，以及物件可彎曲。心臟起搏器、醫療設備、視頻攝像機、助聽(tīng)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。

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電圖形。金屬化孔將絕緣材料兩面的圖形連接形成導電通路，以滿(mǎn)足撓曲性的設計和使用功能。而覆蓋膜可以保護單、雙面導線(xiàn)并指示元件安放的位置。

二、PCB柔性電路的功能

1.PCB柔性電路的撓曲性和可靠性

目前PCB柔性電路有：?jiǎn)蚊?、雙面、多層柔性板和剛柔性板四種。各類(lèi)柔性板如圖13-2所示。

1單面柔性板是成本最低，當對電性能要求不高的印制板。在單面布線(xiàn)時(shí)，應當選用單面柔性板。其具有一層化學(xué)蝕刻出的導電圖形，在柔性絕緣基材面上的導電圖形層為壓延銅箔。絕緣基材可以是聚酰亞胺，聚對苯二甲酸乙二醇酯，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電圖形。金屬化孔將絕緣材料兩面的圖形連接形成導電通路，以滿(mǎn)足撓曲性的設計和使用功能。而覆蓋膜可以保護單、雙面導線(xiàn)并指示元件安放的位置。

3多層柔性板是將層或更多層的單面或雙面柔性電路層壓在一起，通過(guò)鉆孔、電鍍形成金屬化孔，在不同層間形成導電通路。這樣，不需采用復雜的焊接工藝。多層電路在更高可靠性，更好的熱傳導性和更方便的裝配性能方面具有巨大的功能差異。在設計布局時(shí)，應當考慮到裝配尺寸、層數與撓性的相互影響。

4傳統的剛柔性板是由剛性和柔性基板有選擇地層壓在一起組成的。結構緊密，以金屬化孔形成導電連接。如果一個(gè)印制板正、反面都有元件，剛柔性板是一種很好的選擇。但如果所有的元件都在一面的話(huà)，選用雙面柔性板，并在其背面層壓上一層FR-4增強材料，會(huì )更經(jīng)濟。

PCB柔性電路產(chǎn)業(yè)正處于規模小但迅猛發(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)印導電聚合物油墨。其代表性的柔性基材PET.聚合物厚膜法導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備的控制面板。在移動(dòng)電話(huà)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(kāi)關(guān)和照明器件轉變成聚合物厚膜法電路。既節省成本，又減少能源消耗。

5混合結構的PCB柔性電路是一種多層板，導電層由不同金屬構成。一個(gè)8層板使用FR-4作為內層的介質(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(xiàn)，每根引線(xiàn)由不同的金屬制成?？点~合金、銅和金分別作獨立的引線(xiàn)。這種混合結構大多用在電信號轉換與熱量轉換的關(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)內連設計的方便程度和總成本進(jìn)行評價(jià)，以達到最佳的性能價(jià)格比。

2.PCB柔性電路的經(jīng)濟性

如果電路設計相對簡(jiǎn)單，總體積不大，而且空間適宜，傳統的內連方式大多要便宜很多。如果線(xiàn)路復雜，處理許多信號或者有特殊的電學(xué)或力學(xué)性能要求，柔性電路是一種較好的設計選擇。當應用的尺寸和性能超出剛性電路的能力時(shí)，柔性組裝方式是最經(jīng)濟的。在一張薄膜上可制成內帶5mil通孔的12mil焊盤(pán)及3mil線(xiàn)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。因為不含可能是離子鉆污源的阻燃劑。這些薄膜可能具有防護性，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，成本最低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，從而導致產(chǎn)量下降;在最后的裝配過(guò)程中易出現缺陷，這些缺陷包括剝下?lián)闲愿郊?、線(xiàn)條斷裂。當設計不適合應用時(shí)，這類(lèi)情況更容易發(fā)生。在彎曲或成型引起的高應力下，常常需選擇增強材料或加固材料。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大，成本較高。柔性板在制造時(shí)，許多情況下不得不面對這樣一個(gè)事實(shí)，許多的參數超出了公差范圍。制造柔性電路的難處就在于材料的撓性。

3.PCB柔性電路的成本

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)工藝以及變更了結構?，F在的結構使得產(chǎn)品的熱穩定性更高，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(xiàn)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)可以得到數微米厚的銅層，得到3mil甚至寬度更窄的精密線(xiàn)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認證過(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)數年中，更小、更復雜和組裝造價(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。對于柔性電路工業(yè)的挑戰是利用其技術(shù)優(yōu)勢，保持與計算機、遠程通信、消費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。