軟板基礎(chǔ)知識

時間：2018-07-04 18:00:07

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[導讀]隨著軟性PCB產(chǎn)量比的不斷增加及剛撓性PCB的應用與推廣，現(xiàn)在比較常見在說PCB時加上軟性、剛性或剛撓性再說它是幾層的PCB。通常，用軟性絕緣基材制成的PCB稱為軟性PCB或撓性PCB，剛撓復合型的PCB稱剛撓性PCB。它適應了

隨著軟性PCB產(chǎn)量比的不斷增加及剛撓性PCB的應用與推廣，現(xiàn)在比較常見在說PCB時加上軟性、剛性或剛撓性再說它是幾層的PCB。通常，用軟性絕緣基材制成的PCB稱為軟性PCB或撓性PCB，剛撓復合型的PCB稱剛撓性PCB。它適應了當今電子產(chǎn)品向高密度及高可靠性、小型化、輕量化方向發(fā)展的需要，還滿足了嚴格的經(jīng)濟要求及市場與技術(shù)競爭的需要。

在國外，軟性PCB在六十年代初已廣泛使用。我國，則在六十年代中才開始生產(chǎn)應用。近年來，隨著全球經(jīng)濟一體化與開放市嘗引進技術(shù)的促進其使用量不斷地在增長，有些中小型剛性PCB廠瞄準這一機會采用軟性硬做工藝，利用現(xiàn)有設(shè)備對工裝工具及工藝進行改良，轉(zhuǎn)型生產(chǎn)軟性PCB與適應軟性PCB用量不斷增長的需要。為進一步認識PCB，這里對軟性PCB工藝作一探討性介紹。

一、軟性PCB分類及其優(yōu)缺點

1．軟性PCB分類

軟性PCB通常根據(jù)導體的層數(shù)和結(jié)構(gòu)進行如下分類：

1.1單面軟性PCB

單面軟性PCB，只有一層導體，表面可以有覆蓋層或沒有覆蓋層。所用的絕緣基底材料，隨產(chǎn)品的應用的不同而不同。一般常用的絕緣材料有聚酯、聚酰亞胺、聚四氟乙烯、軟性環(huán)氧-玻璃布等。

單面軟性PCB又可進一步分為如下四類：

1）無覆蓋層單面連接的

這類軟性PCB的導線圖形在絕緣基材上，導線表面無覆蓋層。像通常的單面剛性PCB一樣。這類產(chǎn)品是最廉價的一種，通常用在非要害且有環(huán)境保護的應用場合。其互連是用錫焊、熔焊或壓焊來實現(xiàn)。它常用在早期的電話機中。

2）有覆蓋層單面連接的

這類和前類相比，只是根據(jù)客戶要求在導線表面多了一層覆蓋層。覆蓋時需把焊盤露出來，簡單的可在端部區(qū)域不覆蓋。要求精密的則可采用余隙孔形式。它是單面軟性PCB中應用最多、最廣泛的一種，在汽車儀表、電子儀器中廣泛使用。

3）無覆蓋層雙面連接的

這類的連接盤接口在導線的正面和背面均可連接。為了做到這一點，在焊盤處的絕緣基材上開一個通路孔，這個通路孔可在絕緣基材的所需位置上先沖制、蝕刻或其它機械方法制成。它用于兩面安裝元、器件和需要錫焊的場合，通路處焊盤區(qū)無絕緣基材，此類焊盤區(qū)通常用化學方法去除。

4）有覆蓋層雙面連接的

這類與前類不同處是表面有一層覆蓋層。但覆蓋層有通路孔，也允許其兩面都能端接，且仍保持覆蓋層。這類軟性PCB是由兩層絕緣材料和一層金屬導體制成。被用在需要覆蓋層與周圍裝置相互絕緣，并自身又要相互絕緣，末端又需要正、反面都連接的場合。

1.2雙面軟性PCB

雙面軟性PCB，有兩層導體。這類雙面軟性PCB的應用和優(yōu)點與單面軟性PCB相同，其主要優(yōu)點是增加了單位面積的布線密度。它可按有、無金屬化孔和有、無覆蓋層分為：a無金屬化孔、無覆蓋層的；b無金屬化孔、有覆蓋層的；c有金屬化孔、無覆蓋層的；d有金屬化孔、有覆蓋層的。無覆蓋層的雙面軟性PCB較少應用。

1.3多層軟性PCB

軟性多層PCB如剛性多層PCB那樣，采用多層層壓技術(shù)，可制成多層軟性PCB。最簡單的多層軟性PCB是在單面PCB兩面覆有兩層銅屏蔽層而形成的三層軟性PCB。這種三層軟性PCB在電特性上相當于同軸導線或屏蔽導線。最常用的多層軟性PCB結(jié)構(gòu)是四層結(jié)構(gòu)，用金屬化孔實現(xiàn)層間互連，中間二層一般是電源層和接地層。

多層軟性PCB的優(yōu)點是基材薄膜重量輕并有優(yōu)良的電氣特性，如低的介電常數(shù)。用聚酰亞胺薄膜為基材制成的多層軟性pcb板，比剛性環(huán)氧玻璃布多層PCB板的重量約輕1/3，但它失去了單面、雙面軟性PCB優(yōu)良的可撓性，大多數(shù)此類產(chǎn)品是不要求可撓性的。

多層軟性PCB可進一步分成如下類型：

1）撓性絕緣基材上構(gòu)成多層PCB，其成品規(guī)定為可以撓曲：這種結(jié)構(gòu)通常是把許多單面或雙面微帶可撓性PCB的兩面端粘結(jié)在一起，但其中心部分并末粘結(jié)在一起，從而具有高度可撓性。為了具有所希望的電氣特性，如特性阻抗性能和它所互連的剛性PCB相匹配，多層軟性PCB部件的每個線路層，必須在接地面上設(shè)計信號線。為了具有高度的可撓性，導線層上可用一層薄的、適合的涂層，如聚酰亞胺，代替一層較厚的層壓覆蓋層。金屬化孔使可撓性線路層之間的z面實現(xiàn)所需的互連。這種多層軟性PCB最適合用于要求可撓性、高可靠性和高密度的設(shè)計中。

2）在軟性絕緣基材上構(gòu)成多層PCB，其成品末規(guī)定可以撓曲：這類多層軟性PCB是用軟性絕緣材料，如聚酰亞胺薄膜，層壓制成多層板。在層壓后失去了固有的可撓性。當設(shè)計要求最大限度地利用薄膜的絕緣特性，如低的介電常數(shù)、厚度均勻介質(zhì)、較輕的重量和能連續(xù)加工等特性時，就采用這類軟性PCB。例如，用聚酰亞胺薄膜絕緣材料制造的多層PCB比環(huán)氧玻璃布剛性PCB的重量大約輕三分之一。

3）在軟性絕緣基材上構(gòu)成多層PCB，其成品必須可以成形，而不是可連續(xù)撓曲的：這類多層軟性PCB是由軟性絕緣材料制成的。雖然它用軟性材料制造，但因受電氣設(shè)計的限制，如為了所需的導體電阻，要求用厚的導體，或為了所需的阻抗或電容，要求在信號層和接地層之間有厚的絕緣隔離，因此，在成品應用時它已成形。術(shù)語“可成型的”定義為：多層軟性PCB部件具有做成所要求的形狀的能力，并在應用中不能再撓曲。在航空電子設(shè)備單元內(nèi)部布線中應用。這時，要求帶狀線或三維空間設(shè)計的導體電阻低、電容耦合或電路噪聲極小以及在互連端部能平滑地彎曲成90°。用聚酰亞胺薄膜材料制成的多層軟性PCB實現(xiàn)了這種布線任務。因為聚酰亞胺薄膜耐高溫、有可撓性、而且總的電氣和機械特性良好。為了實現(xiàn)這個部件截面的所有互連，其中走線部分進一步可分成多個多層撓性線路部件，并用膠粘帶合在一起，形成一條印制電路束。

1.4剛性-軟性多層PCB

該類型通常是在一塊或二塊剛性PCB上，包含有構(gòu)成整體所必不可少的軟性PCB。軟性PCB層被層壓在剛性多層PCB內(nèi)，這是為了具有特殊電氣要求或為了要延伸到剛性電路外面，以朝代Z平面電路裝連能力。這類產(chǎn)品在那些把壓縮重量和體積作為關(guān)鍵，且要保證高可靠性、高密度組裝和優(yōu)良電氣特性的電子設(shè)備中得到了廣泛的應用。

剛性－軟性多層PCB也可把許多單面或雙面軟性PCB的末端粘合壓制在一起成為剛性部分，而中間不粘合成為軟性部分，剛性部分的Z面用金屬化孔互連?？砂芽蓳闲跃€路層壓到剛性多層板內(nèi)。這類PCB越來越多地用在那些要求超高封裝密度、優(yōu)良電氣特性、高可靠性和嚴格限制體積的場合。

已經(jīng)有一系列的混合多層軟性PCB部件設(shè)計用于軍用航空電子設(shè)備中，在這些應用場合，重量和體積是至關(guān)重要的。為了符合規(guī)定的重量和體積限度，內(nèi)部封裝密度必須極高。除了電路密度高以外，為了使串擾和噪聲最小，所有信號傳輸線必須屏蔽。若要使用屏蔽的分離導線，則實際上不可能經(jīng)濟地封裝到系統(tǒng)中。這樣，就使用了混合的多層

軟性PCB來實現(xiàn)其互連。這種部件將屏蔽的信號線包含在扁平帶狀線軟性PCB中，而后者又是剛性PCB的一個必要組成部分。在比較高水平的操作場合，制造完成后，PCB形成一個90°的S形彎曲，從而提供了z平面互連的途徑，并且在x、y和z平面振動應力作用下，可在錫焊點上消除應力-應變。

2．優(yōu)點剛性區(qū)域剛性區(qū)域

2.1可撓性

應用軟性PCB的一個顯著優(yōu)點是它能更方便地在三維空間走線和裝連，也可卷曲或折疊起來使用。只要在容許的曲率半徑范圍內(nèi)卷曲，可經(jīng)受幾千至幾萬次使用而不至損壞。

2.2減小體積

在組件裝連中，同使用導線纜比，軟性PCB的導體截面薄而扁平，減少了導線尺寸，并可沿著機殼成形，使設(shè)備的結(jié)構(gòu)更加緊湊、合理，減小了裝連體積。與剛性PCB比，空間可節(jié)省60~90%。

2.3減輕重量

在同樣體積內(nèi)，軟性PCB與導線電纜比，在相同載流量下，其重量可減輕約70%，與剛性PCB比，重量減輕約90%。

2.4裝連的一致性

用軟性PCB裝連，消除了用導線電纜接線時的差錯。只要加工圖紙經(jīng)過校對通過后，所有以后生產(chǎn)出來的繞性電路都是相同。裝連接線時不會發(fā)生錯接。

2.5增加了可靠性

當采用軟性PCB裝連時，由于可在X、Y、Z三個平面上布線，減少了轉(zhuǎn)接互連，使整系統(tǒng)的可靠性增加，且對故障的檢查，提供了方便。

2.6電氣參數(shù)設(shè)計可控性

根據(jù)使用要求，設(shè)計師在進行軟性PCB設(shè)計時，可控制電容、電感、特性阻抗、延遲和衰減等。能設(shè)計成具有傳輸線的特性。因為這些參數(shù)與導線寬度、厚度、間距、絕緣層厚度、介電常數(shù)、損耗角正切等有關(guān)，這在采用導線電纜時是難于辦到的。

2.7末端可整體錫焊

軟性PCB象剛性PCB一樣，具有終端焊盤，可消除導線的剝頭和搪錫，從而節(jié)約了成本。終端焊盤與元、器件、插頭連接，可用浸焊或波峰焊來代替每根導線的手工錫焊。

2.8材料使用可選擇

軟性PCB可根據(jù)不同的使用要求，選用不同的基底材料來制造。例如，在要求成本低的裝連應用中，可使用聚酯薄膜。在要求高的應用中，需要具有優(yōu)良的性能，可使用聚酰亞薄膜。

2.9低成本

用軟性PCB裝連，能使總的成本有所降低。這是因為：

1）由于軟性PCB的導線各種參數(shù)的一致性；實行整體端接，消除了電纜導線裝連時經(jīng)常發(fā)生的錯誤和返工,且軟性PCB的更換比較方便。

2）軟性PCB的應用使結(jié)構(gòu)設(shè)計簡化，它可直接粘附到構(gòu)件上，減少線夾和其固定件。

3）對于需要有屏蔽的導線，用軟性PCB價格較低。

2.10加工的連續(xù)性

由于軟性覆箔板可連續(xù)成卷狀供應，因此可實現(xiàn)軟性PCB的連續(xù)生產(chǎn)。這也有利于降低成本。

3．缺點

3.1一次性初始成本高

由于軟性PCB是為特殊應用而設(shè)計、制造的，所以開始的電路設(shè)計、布線和照相底版所需的費用較高。除非有特殊需要應用軟性PCB外，通常少量應用時，最好不采用。

3.2軟性PCB的更改和修補比較困難