柔性印制電路板的構(gòu)造

圖1為柔性印制電路板的結(jié)構(gòu)件。它們由在絕緣基板(薄膜)上用膠粘上銅箔形成的導(dǎo)線構(gòu)成，使用覆蓋層或特殊的圖層保護(hù)銅箔使其不接觸腐蝕性的物質(zhì)。

1 薄膜的類型及性能

柔性印制電路板使用了柔性層壓板。層壓板的性能不但對(duì)其生產(chǎn)過程是重要的，而且對(duì)完成電路的性能也是重要的。柔性層壓板由導(dǎo)電福和絕緣基板組成，柔性印制電路中應(yīng)用的絕緣基板有兩種類型:

1 )熱固性塑料:有聚酰亞胺、聚丙烯酸鈉等。

2) 熱塑性塑料:包括經(jīng)過加工以后，遇熱會(huì)軟化的材料，例如一些聚醋酰薄膜類型、氟化氫、聚合體等。

當(dāng)幾乎所有的柔性印制電路都以聚酰亞胺或聚酰薄膜為基板時(shí)，銅層是最普遍應(yīng)用的箔。需要特殊用途時(shí)，使用芳香族聚酸胺和碳氟化合物薄膜。

特殊的薄膜選擇依靠許多因素，以下列舉了這些特殊的薄膜:

1 )高性能柔性印制電路，特別是在軍事上的應(yīng)用，采用聚酰亞胺薄膜制造，因?yàn)樗鼈兲峁┝俗詈玫娜抗ぷ餍阅堋?/P>

2) 在商業(yè)上，對(duì)電路的造價(jià)比較敏感，采用聚酰薄膜，這種薄膜以一個(gè)較低的戚本提供了聚酰亞胺性能，且同時(shí)又減少了熱阻。

3) 芳香族聚酸胺非織纖維是很便宜的，并且有極好的機(jī)械和電子性能，但是有較強(qiáng)的吸濕性。

4) 碳氟化合物薄膜，盡管價(jià)格昂貴并且處理困難，但是具有較高的絕緣性能，最適合應(yīng)用于可控阻抗的電路中。

一，聚酰亞胺薄膜

在柔性印制電路中，最普遍使用的薄膜是聚酰亞胺薄膜，這是因?yàn)樗泻芎玫碾?、熱和化學(xué)性能。在焊接操作中，這種薄膜能承受焊接操作的溫度。這種薄膜也被應(yīng)用在導(dǎo)線絕緣以及變壓器和發(fā)動(dòng)機(jī)的絕緣中。

應(yīng)用在柔性印制電路中的聚酰亞胺薄膜是Kaplon ，這是美國杜邦公司的商標(biāo)。Kaplon/改良的丙烯酸薄膜的溫度范圍為一65 - 150℃ ，但長期暴露在150℃時(shí)電路將會(huì)變色。Kaplon 類型的H薄膜是適用于工作溫度范圍為- 269 - 400℃的所有用途的薄膜。有一些專門類型的Kaplon 薄膜應(yīng)用于有特殊性能的要求中，Kaplon "XT" 是其中之一，它的熱傳導(dǎo)性是Kaplon 類型H 薄膜散熱能力的兩倍，能使印制電路具有更高的熱傳遞速度。聚酷亞膠薄膜可使用的標(biāo)準(zhǔn)厚度為0.0005in 、0.001 in 、0.002in 、0.003in 和0.005in (0. 0125mm 、0.025mm 、0.050mm、0.075mm 和0.125mm) 。

聚酰亞胺薄膜大量應(yīng)用的主要原因是它能夠承受手工的和自動(dòng)焊料焊接的熱量。聚酰亞胺薄膜有極好的熱阻，可在接近300℃的溫度下連續(xù)使用飛在這些溫度下，由于氧化和內(nèi)部金屬增生，銅箱和焊錫點(diǎn)會(huì)很快被破壞。層壓板的性能由粘結(jié)劑和支撐薄膜的結(jié)合性能決定。因此，選擇層壓板時(shí)，了解粘結(jié)劑和薄膜性能的影響是很重要的。

聚酰亞胺薄膜具有阻燃性，當(dāng)與特殊的復(fù)合耐火粘結(jié)劑粘接時(shí)，層壓板產(chǎn)品能夠承受高溫。然而，許多柔性印制電路粘結(jié)劑有更低的阻抗，雖然它們能夠承受焊接溫度，但是在聚酷亞膠薄膜層壓板中，這些粘結(jié)劑的連接性能較差。表1列出了聚酰亞胺薄膜的性能。

一些聚酰亞胺薄膜吸收了大量的濕氣。先前暴露于溫度升高中的層壓板，例如在焊接溫度下，必須被烘干。對(duì)于單層電路，應(yīng)保持在100℃或更高的溫度中至少1h ，而對(duì)于多層結(jié)構(gòu)電路，需要的時(shí)間則更長一些。因?yàn)橹匦聰z取濕氣是非?？斓模绻幚聿荒茉?h 以內(nèi)完成，則層壓板應(yīng)該被貯存在干燥的條件下。

1.空間穩(wěn)定性

柔性印制電路的一個(gè)重要性能是它們的空間穩(wěn)定性。暴露在各種各樣的加工環(huán)境中，柔性層壓板且有的膨脹和收縮系數(shù)比以玻璃增強(qiáng)的剛性系統(tǒng)更大。柔性層壓極的穩(wěn)定性取決于薄膜的性能，構(gòu)成層壓板的粘結(jié)劑性能和加工條件使柔性層壓板的穩(wěn)定性退化(Stearns , 1992) 。精細(xì)的層壓板制造使用了低網(wǎng)張力、抽真空層壓和熱穩(wěn)定薄膜，可以將收縮減到最小。蝕刻以后，具有高抗拉強(qiáng)度的高性能薄膜可達(dá)到0.1% 的收縮率，而用傳統(tǒng)的聚酰亞胺薄膜制作的層壓板的收縮率通常可以達(dá)到0.15% 。如果沒有其他錯(cuò)誤的出現(xiàn)，這些收縮值可能看起來是微不足道的、可容忍的、可預(yù)計(jì)的，但是許多時(shí)候，它們是不符合要求的，需要花很高的成本去抑制它。

2. 抗拉強(qiáng)度

柔性印制電路通常是有多個(gè)應(yīng)力集中點(diǎn)的復(fù)雜幾何學(xué)，這就使抗拉強(qiáng)度成為了其重要的性能。例如，一個(gè)被撕裂的電路不能被修復(fù)。因?yàn)槎鄶?shù)的柔性粘結(jié)劑比聚酰亞胺薄膜具有更好的抗拉強(qiáng)度，所以粘結(jié)劑能提高層壓板性能。薄膜的性能是具有好的空間穩(wěn)定性的根本，它可以降低撕裂度，因?yàn)槿彳浀谋∧ぴ诒怀秹闹熬哂休^大的伸長量。

在柔性層壓板中，粘結(jié)劑是主要的絕緣物質(zhì)，它本身具有絕緣阻抗和一定的絕緣強(qiáng)度。因而，當(dāng)在印制電路板布局中設(shè)計(jì)導(dǎo)線分布圖時(shí)，柔性印制電路設(shè)計(jì)者一定要仔細(xì)了解層壓板的性能，而不是薄膜的性能。

由于聚酰亞胺薄膜和粘結(jié)劑具有高的介電常數(shù)(3.7 或更大)和耗散因數(shù)(大于0.03) ，因此它們?cè)诳煽刈杩沟膽?yīng)用中有相對(duì)較差的電性能。受該局限性的限制，在這樣的應(yīng)用中應(yīng)采用一些其他類型的層壓板。

二，聚酯薄膜

絕緣基板薄膜一一聚酯薄膜的力學(xué)性能類似于聚酰亞胺薄膜，且它的導(dǎo)電能力很強(qiáng)，吸濕性極小。然而，多數(shù)的聚酯薄膜可以在不低于125 ℃下使用，但它們?cè)谀蜔嵝苑矫娴囊恍┲陵P(guān)重要的參數(shù)(如最高溫度)上比不上聚酰亞胺薄膜。它們的熔點(diǎn)也低于焊接溫度。雖然如此，通過使用專門的技術(shù)，像壓接或加壓的方法，聚酯薄膜能減少柔性印制電路的戚本，且不降低電路的性能和質(zhì)量。在汽車和通信電路中，聚酯薄膜是應(yīng)用最普遍的。與聚酰亞胺薄膜相比，聚酯薄膜有很低的介電常數(shù)，更高的絕緣阻抗，更大的抗拉強(qiáng)度和較低的價(jià)格。聚酯薄膜的吸濕性是良好的，在極好的空間穩(wěn)定性下，其值小于1% 。聚酯薄膜僅在熱敏電阻區(qū)域內(nèi)有局限性，但是它具有很大的價(jià)格優(yōu)勢。聚酯對(duì)溶劑和其他化學(xué)藥品有高的抗腐蝕能力，它還有高抗拉強(qiáng)度(25000psi) 和高絕緣強(qiáng)度(每0.001 in 厚薄膜的絕緣強(qiáng)度為7.5kVx10-3in)Θ。

聚酯薄膜是一種聚合體。最常用的聚酯薄膜之一是"Mylar"Θ， Mylar 是商品名，是由美國Mis 杜邦公司生產(chǎn)的產(chǎn)品。聚酯薄膜使用的溫度范圍為75 150℃ ，這使它不適合超過230℃的焊接溫度。這個(gè)問題可通過使用大的焊盤、寬導(dǎo)線和0.00275in (0.07mm) 厚度的銅箔來解決，并利用適當(dāng)?shù)恼志呋驃A具使熱量遠(yuǎn)離除被焊接電路以外的所有的元器件。

三，芳香族聚酸胺薄膜

通常被用于電動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)絕緣的非織芳香族聚酸胺纖維價(jià)格便宜，并且有突出的絕緣強(qiáng)度和熱性能。它們可在220℃的溫度下連續(xù)使用，當(dāng)與合適的層壓粘結(jié)劑配合使用時(shí)，可制成很好的柔性層壓板。

這種產(chǎn)品有很好的張力和抗拉強(qiáng)度，也有較高的空間穩(wěn)定性，然而它非常容易吸濕。與使用聚酰亞胺的層壓板一樣，在焊接組裝之前，使用芳香族聚酸胺的層壓板也必須進(jìn)行徹底的干燥，并且在整個(gè)組裝過程中保持干燥。

芳香族聚酸胺薄膜的缺點(diǎn)表現(xiàn)在其污染性上。當(dāng)層壓板暴露于液體中進(jìn)行加工處理時(shí)，化學(xué)物質(zhì)可能浸入到纖維結(jié)構(gòu)中，留下永久的污點(diǎn)，這會(huì)引起潛在的絕緣阻抗問題。芳香族聚酸胺薄膜有許多優(yōu)良的性能，并且價(jià)格便宜，但是它們的缺點(diǎn)使它們很難在大量柔性印制電路中得到應(yīng)用。

常用的芳香族聚酸膠材料之一是"Nomex"Θ ， Nomex 是Mis 杜邦公司的一個(gè)商標(biāo)。Nomex 是一種能夠極好的可承受焊接溫度的高溫紙，它很難撕裂且延伸極慢。

四，碳氟化合物薄膜

在Kapton 出現(xiàn)以前，最初的柔性印制電路板使用高性能的碳氟化合物薄膜。不可比擬的化學(xué)惰性、極高的熱阻、突出的絕緣性能和堅(jiān)硬的力學(xué)性能使碳氟化合物薄膜成為柔性印制電路的理想選擇。

用熔解合成法制成的碳氟化合物電介質(zhì)空間穩(wěn)定性差。層壓板在其要求的溫度(接近300℃)下對(duì)半熔解的電介質(zhì)所造成的應(yīng)力可以破壞纖細(xì)和精密的印制導(dǎo) 線。

對(duì)于柔性印制電路，碳氟化合物薄膜具有極好的性能，特別是它們的抗扯值非常好。鑒于這個(gè)性能，碳氟化合物碎片有時(shí)被用于加強(qiáng)聚酰亞胺電路的不耐用的區(qū)域。碳氟化合物層壓板本身對(duì)于一般的化學(xué)物質(zhì)呈惰性，且它固有不燃性，所以在生產(chǎn)過程和使用中不會(huì)引起任何問題。

由于碳氟化合物薄膜極好的抗化學(xué)性，所以在鍍通孔過程中，不容易被鍍銅。使用水浴槽的方法對(duì)于增強(qiáng)孔壁上的元電鍍銅的附著幾乎沒有任何作用，需要使用額外的處理步驟。

現(xiàn)在，電路和層壓、板的制造已變得較容易，碳氟化合物薄膜的組裝可以用粘結(jié)劑代替熔接過程，雖然空間穩(wěn)定性沒有達(dá)到聚酰亞胺的水平，但是已有很大的提高。如果粘結(jié)劑保持盡可能的薄，電路將以較低的成本實(shí)現(xiàn)熔接電路的極好的電性能。

五，電介質(zhì)的選擇

柔性層壓板絕緣基板對(duì)制造的成本和成品電路的性能有重要的影響。聚酰亞胺薄膜對(duì)此提供了最好的性價(jià)比。

聚酯薄膜居其次，只是在熱阻方面稍遜一籌。芳香族聚酸胺非織纖維有獨(dú)特的性能，建議使用于成本有限而性能要求不是很高的場合中。碳氟化合物有極好的絕緣性能，適合于要求可控阻抗的應(yīng)用中。

表2給出了聚酯薄膜、碳氟化合物薄膜和芳香族聚酸胺薄膜的性能。