柔性印制电路板的构造培训教材

柔性印制电路板的构造培训教材图1为柔性印制电路板的结构件。它们由在绝缘基板(薄膜)上用胶粘上铜箔形成的导线构成，使用覆盖层或特殊的图层保护铜箔使其不接触腐蚀性的物质。1薄膜的类型及性能柔性印制电路板使用了柔性层压板。层压板的性能不但对其生产过程是重要的，而且对完成电路的性能也是重要的。柔性层压板由导电福和绝缘基板组成，柔性印制电路中应用的绝缘基板有两种类型:1)热固性塑料:有聚酰亚胺、聚丙烯酸钠等。2)热塑性塑料:包括经过加工以后，遇热会软化的材料，例如一些聚醋酰薄膜类型、氟化氢、聚合体等。当几乎所有的柔性印制电路都以聚酰亚胺或聚酰薄膜为基板时，铜层是最普遍应用的箔。需要特殊用途时，使用芳香族聚酸胺和碳氟化合物薄膜。特殊的薄膜选择依靠许多因素，以下列举了这些特殊的薄膜:1)高性能柔性印制电路，特别是在军事上的应用，采用聚酰亚胺薄膜制造，因为它们提供了最好的全部工作性能。2)在商业上，对电路的造价比较敏感，采用聚酰薄膜，这种薄膜以一个较低的戚本提供了聚酰亚胺性能，且同时又减少了热阻。3)芳香族聚酸胺非织纤维是很便宜的，并且有极好的机械和电子性能，但是有较强的吸湿性。4)碳氟化合物薄膜，尽管价格昂贵并且处理困难，但是具有较高的绝缘性能，最适合应用于可控阻抗的电路中。一，聚酰亚胺薄膜在柔性印制电路中，最普遍使用的薄膜是聚酰亚胺薄膜，这是因为它有很好的电、热和化学性能。在焊接操作中，这种薄膜能承受焊接操作的温度。这种薄膜也被应用在导线绝缘以及变压器和发动机的绝缘中。应用在柔性印制电路中的聚酰亚胺薄膜是Kaplon，这是美国杜邦公司的商标。Kaplon/改良的丙烯酸薄膜的温度范围为一65-150℃，但长期暴露在150℃时电路将会变色。Kaplon类型的H薄膜是适用于工作温度范围为-269-400℃的所有用途的薄膜。有一些专门类型的Kaplon薄膜应用于有特殊性能的要求中，KaplonXT是其中之一，它的热传导性是Kaplon类型H薄膜散热能力的两倍，能使印制电路具有更高的热传递速度。聚酷亚胶薄膜可使用的标准厚度为0.0005in、0.001in、0.002in、0.003in和0.005in(0.0125mm、0.025mm、0.050mm、0.075mm和0.125mm)。聚酰亚胺薄膜大量应用的主要原因是它能够承受手工的和自动焊料焊接的热量。聚酰亚胺薄膜有极好的热阻，可在接近300℃的温度下连续使用飞在这些温度下，由于氧化和内部金属增生，铜箱和焊锡点会很快被破坏。层压板的性能由粘结剂和支撑薄膜的结合性能决定。因此，选择层压板时，了解粘结剂和薄膜性能的影响是很重要的。聚酰亚胺薄膜大量应用的主要原因是它能够承受手工的和自动焊料焊接的热量。聚酰亚胺薄膜有极好的热阻，可在接近300℃的温度下连续使用飞在这些温度下，由于氧化和内部金属增生，铜箱和焊锡点会很快被破坏。层压板的性能由粘结剂和支撑薄膜的结合性能决定。因此，选择层压板时，了解粘结剂和薄膜性能的影响是很重要的。聚酰亚胺薄膜具有阻燃性，当与特殊的复合耐火粘结剂粘接时，层压板产品能够承受高温。然而，许多柔性印制电路粘结剂有更低的阻抗，虽然它们能够承受焊接温度，但是在聚酷亚胶薄膜层压板中，这些粘结剂的连接性能较差。表1列出了聚酰亚胺薄膜的性能。一些聚酰亚胺薄膜吸收了大量的湿气。先前暴露于温度升高中的层压板，例如在焊接温度下，必须被烘干。对于单层电路，应保持在100℃或更高的温度中至少1h，而对于多层结构电路，需要的时间则更长一些。因为重新摄取湿气是非常快的，如果处理不能在1h以内完成，则层压板应该被贮存在干燥的条件下。1.空间稳定性柔性印制电路的一个重要性能是它们的空间稳定性。暴露在各种各样的加工环境中，柔性层压板且有的膨胀和收缩系数比以玻璃增强的刚性系统更大。柔性层压极的稳定性取决于薄膜的性能，构成层压板的粘结剂性能和加工条件使柔性层压板的稳定性退化(Stearns,1992)。精细的层压板制造使用了低网张力、抽真空层压和热稳定薄膜，可以将收缩减到最小。蚀刻以后，具有高抗拉强度的高性能薄膜可达到0.1%的收缩率，而用传统的聚酰亚胺薄膜制作的层压板的收缩率通常可以达到0.15%。如果没有其他错误的出现，这些收缩值可能看起来是微不足道的、可容忍的、可预计的，但是许多时候，它们是不符合要求的，需要花很高的成本去抑制它。2.抗拉强度柔性印制电路通常是有多个应力集中点的复杂几何学，这就使抗拉强度成为了其重要的性能。例如，一个被撕裂的电路不能被修复。因为多数的柔性粘结剂比聚酰亚胺薄膜具有更好的抗拉强度，所以粘结剂能提高层压板性能。薄膜的性能是具有好的空间稳定性的根本，它可以降低撕裂度，因为柔软的薄膜在被扯坏之前具有较大的伸长量。在柔性层压板中，粘结剂是主要的绝缘物质，它本身具有绝缘阻抗和一定的绝缘强度。因而，当在印制电路板布局中设计导线分布图时，柔性印制电路设计者一定要仔细了解层压板的性能，而不是薄膜的性能。由于聚酰亚胺薄膜和粘结剂具有高的介电常数(3.7或更大)和耗散因数(大于0.03)，因此它们在可控阻抗的应用中有相对较差的电性能。受该局限性的限制，在这样的应用中应采用一些其他类型的层压板。二，聚酯薄膜绝缘基板薄膜一一聚酯薄膜的力学性能类似于聚酰亚胺薄膜，且它的导电能力很强，吸湿性极小。然而，多数的聚酯薄膜可以在不低于125℃下使用，但它们在耐热性方面的一些至关重要的参数(如最高温度)上比不上聚酰亚胺薄膜。它们的熔点也低于焊接温度。虽然如此，通过使用专门的技术，像压接或加压的方法，聚酯薄膜能减少柔性印制电路的戚本，且不降低电路的性能和质量。在汽车和通信电路中，聚酯薄膜是应用最普遍的。与聚酰亚胺薄膜相比，聚酯薄膜有很低的介电常数，更高的绝缘阻抗，更大的抗拉强度和较低的价格。聚酯薄膜的吸湿性是良好的，在极好的空间稳定性下，其值小于1%。聚酯薄膜仅在热敏电阻区域内有局限性，但是它具有很大的价格优势。聚酯对溶剂和其他化学药品有高的抗腐蚀能力，它还有高抗拉强度(25000psi)和高绝缘强度(每0.001in厚薄膜的绝缘强度为7.5kVx10-3in)Θ。聚酯薄膜是一种聚合体。最常用的聚酯薄膜之一是MylarΘ，Mylar是商品名，是由美国Mis杜邦公司生产的产品。聚酯薄膜使用的温度范围为75150℃，这使它不适合超过230℃的焊接温度。这个问题可通过使用大的焊盘、宽导线和0.00275in(0.07mm)厚度的铜箔来解决，并利用适当的罩具或夹具使热量远离除被焊接电路以外的所有的元器件。三，芳香族聚酸胺薄膜通常被用于电动机和发电机绝缘的非织芳香族聚酸胺纤维价格便宜，并且有突出的绝缘强度和热性能。它们可在220℃的温度下连续使用，当与合适的层压粘结剂配合使用时，可制成很好的柔性层压板。这种产品有很好的张力和抗拉强度，也有较高的空间稳定性，然而它非常容易吸湿。与使用聚酰亚胺的层压板一样，在焊接组装之前，使用芳香族聚酸胺的层压板也必须进行彻底的干燥，并且在整个组装过程中保持干燥。芳香族聚酸胺薄膜的缺点表现在其污染性上。当层压板暴露于液体中进行加工处理时，化学物质可能浸入到纤维结构中，留下永久的污点，这会引起潜在的绝缘阻抗问题。芳香族聚酸胺薄膜有许多优良的性能，并且价格便宜，但是它们的缺点使它们很难在大量柔性印制电路中得到应用。常用的芳香族聚酸胶材料之一是NomexΘ，Nomex是Mis杜邦公司的一个商标。Nomex是一种能够极好的可承受焊接温度的高温纸，它很难撕裂且延伸极慢。四，碳氟化合物薄膜在Kapton出现以前，最初的柔性印制电路板使用高性能的碳氟化合物薄膜。不可比拟的化学惰性、极高的热阻、突出的绝缘性能和坚硬的力学性能使碳氟化合物薄膜成为柔性印制电路的理想选择。用熔解合成法制成的碳氟化合物电介质空间稳定性差。层压板在其要求的温度(接近300℃)下对半熔解的电介质所造成的应力可以破坏纤细和精密的印制导线。对于柔性印制电路，碳氟化合物薄膜具有极好的性能，特别是它们的抗扯值非常好。鉴于这个性能，碳氟化合物碎片有时被用于加强聚酰亚胺电路的不耐用的区域。碳氟化合物层压板本身对于一般的化学物质呈惰性，且它固有不燃性，所以在生产过程和使用中不会引起任何问题。由于碳氟化合物薄膜极好的抗化学性，所以在镀通孔过程中，不容易被镀铜。使用水浴槽的方法对于增强孔壁上的元电镀铜的附着几乎没有任何作用，需要使用额外的处理步骤。现在，电路和层压、板的制造已变得较容易，碳氟化合物薄膜的组装可以用粘结剂代替熔接过程，虽然空间稳定性没有达到聚酰亚胺的水平，但是已有很大的提高。如果粘结剂保持尽可能的薄，电路将以较低的成本实现熔接电路的极好的电性能。五，电介质的选择柔性层压板绝缘基板对制造的成本和成品电路的性能有重要的影响。聚酰亚胺薄膜对此提供了最好的性价比。聚酯薄膜居其次，只是在热阻方面稍逊一筹。芳香族聚酸胺非织纤维有独特的性能，建议使用于成本有限而性能要求不是很高的场合中。碳氟化合物有极好的绝缘性能，适合于要求可控阻抗的应用中。表2给出了聚酯薄膜、碳氟化合物薄膜和芳香族聚酸胺薄膜的性能。