柔性印制电路基础

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1、柔性印制电路基础1.柔性印制电路基础1.1分类及结构（1）柔性单面印制板：包含一个导电层，可以有或无增强层。特点是结构简 单，制作方便，其质量也最容易控制；保护膜铜箔基材（2）柔性双面印制板：指包含两层具有镀通孔的导电层，可以有或无增强层。结构比单面板要复杂，需经过镀覆孔的处理，控制难度较高；保护膜铜箔基材保护膜PI胶铜箔胶PI胶铜箔胶PI（3）柔性多层印制板：指包含三层或更多层具有镀通孔的导电层，可以有或 无增强层。其结构形式就更复杂，工艺质量更难控制。保护膜铜箔基材纯胶保护膜铜箔基材纯胶铜箔基材保护膜1.2柔性电路的特性柔性电路能够得到广泛的应用，有以下特点：1）柔性电路体积小 重量轻：柔

2、性电路板最初的设计是用于替代体积较大的线束导线。在目前的接插（cutting-edge）电子器件装配板上，柔性电路通常是满足小型化和移动要求的唯 一解决方法。对于既薄又轻、其结构紧凑复杂的器件而言，其设计解决方案包括 从单面导电线路到复杂的多层三维组装。柔性组装的总重量和体积比传统的圆导 线线束方法要减少70%。柔性电路还可以通过使用增强材料或衬板的方法增加其 强度，以取得附加的机械稳定性。2）柔性电路可移动、弯曲、扭转：柔性电路可移动、弯曲、扭转而不会损坏导线，可以遵从不同形状和特殊 的封装尺寸。其仅有的限制是体积空间问题。由于可以承受数万次的动态弯曲， 柔性电路可很好地适用于连续运动或定期

3、运动的内连系统中，成为最终产品功能 的一部分。3）柔性电路具有优良的电性能、介电性能及耐热性：柔性电路提供了优良的电性能。较低的介电常数允许电信号快速传输；良好 的热性能使组件易于降温；较高的玻璃转化温度或熔点使得组件在更高的温度下 良好运行。4）柔性电路具有更高的装配可靠性和产量：柔性电路减少了内连所需的硬件，如传统的电子封装上常用的焊点、中继线、 底板线路及线缆，使柔性电路可以提供更高的装配可靠性和产量。5）柔性电路可以进行三维（3-D）互连安装：许多电子设备有很多的输入和输出阵列，常常需要占据不止设备的一个面， 这样就需要三维的互连结构进行互连。柔性电路在二维上进行设计和制作，但可 以进

4、行三维的安装。6）柔性电路有利于热扩散：平面导体比圆形导线有更大的面积/体积比率，这样就有利于导体中热的扩 散，另外，柔性电路结构中短的热通道进一步提高了热的扩散。7）低成本：用柔性PCB装连，能使总的成本有所降低。这是由于柔性PCB的导线各种 参数的一致性，实行整体端接，消除了电缆导线装连时经常发生的错误和返工， 且柔性PCB的更换比较方便；柔性PCB的应用使结构设计简化，它可直接粘附 到构件上，减少线夹和其固定件；对于需要有屏蔽的导线，用柔性PCB价格较 低；由于柔性覆箔板可连续成卷状供应，因此可实现柔性PCB的连续生产，这 也有利于降低制作成本。柔性印制电路除了有上述优点之外，还存在一些

5、局限之处。如一次性初始成 本高，由于柔性PCB是为特殊应用而设计、制造的，所以开始的电路设计、布线 和照相底版所需的费用较高。除非有特殊需要应用柔性PCB夕卜，通常少量应用 时，最好不采用；柔性PCB的更改和修补比较困难，柔性PCB 一旦制成后， 要更改必须从底图或编制的光绘程序开始，因此不易更改。其表面覆盖一层保护 膜，修补前要去除，修补后又要复原，这是比较困难的工作；尺寸受限制，柔 性PCB在目前还不是很普遍的情况下，通常用间歇法工艺制造，因此受到生产 设备尺寸的限制，不能做得很长，很宽；装连人员操作不当易引起柔性电路的 损坏，其锡焊和返工需要经过训练的人员操作。1.3柔性印制电路技术的应

6、用柔性电路有二大类别的使用：柔性安装(flex-to-fit or flex-to-install)和动态 挠曲(dynamic flexing)。到目前为止，柔性安装的应用占目前柔性电路的绝大多 数，该类产品设计成仅一次挠曲，当它们在安装应用时而进行的挠曲，这类产品 最常见的例子是在喷墨打印机中的应用，墨盒有一个柔性电路连接到机架来控制 油墨，该柔性电路提供系列的连接盘来与打印机电缆连接，与喷嘴互连就可以打 印出图形来。用于动态挠曲的柔性电路的设计常常是希望能够在其使用寿命内可以进行 很多次的挠曲，要么是间歇式的，如在电子产品或牵引中用作枢纽的柔性电路， 要么是连续的，如用于磁盘驱动读写头的

7、柔性电路。柔性印制电路板下游应用极为广泛，信息产品包括有笔记本电脑(NB)、硬 盘驱动器(HDD)、PDA，通讯产品有手机、无线通讯，视讯产品有摄像机，消费 性电子产品有照相机，监视器有LCD、PDP等。其中应用于NB、手机及LCD监视 器的柔性印刷电路板是市场成长最快速的领域。手机使用柔性印制电路板的部分，包括LCD面板、按键、Voice弹片等。2.柔性印制板的材料从柔性印制电路板的结构分析，构成柔性印制电路板的材料有绝缘基材、胶 粘剂、金属导体层(铜箔)、覆盖层以及增强材料。2.1导体层用于柔性覆箔的金属导体有：铜箔、铝箔和铜-铍合金箔等，在选择金属箔 导体时，应综合考虑其电载荷容量、最终

8、组件的挠曲能力、连接的形式、工作温 度、耐化学性能以及在组装和加工过程中的性能，同时还应考虑金属在最终使用 时的物理和化学性能。2.1.1铜箔的分类及性质柔性印制板最常用的导体层是铜箔，分为压延铜箔(RA)和电解铜箔(ED)， 它是覆盖粘结在绝缘基材上的导体层，经过最后选择性蚀刻成为所需要的图形。选择何种类型的铜箔作为柔性板的导体，要根据图形的精度要求和应用范围 所决定。但从两种铜箔性能上的比较，各有优点，压延铜箔的延展性、抗弯曲性 能要优越于电解铜箔，它的延伸率达2045%，电解铜箔为440%。2.1.2铜箔的规格铜箔的厚度规格有：1）18微米或单位面积重0.5 OZ/ft2；2）35微米或

9、单位面积重1 OZ/ft2；3）70微米或单位面积重2 OZ/ft2。2.2绝缘基材柔性板的绝缘基材，必须是可挠曲的绝缘薄膜，作为载体它应具有良好的物 理和化学性能。应用比较多的柔性板的载体是聚酰亚胺薄膜系列，其次是聚酯薄 膜系列。2.2.1.聚酯薄膜聚酯薄膜是最为广泛使用的一种薄膜，用于柔性覆铜板中的聚酯应具有以下 基本特征：1）良好的介电性能；2）较好的耐化学性和较低的吸湿性；3）较好的尺寸稳定性和热稳定性，并要求可在105r以下连续使用。与聚酰亚胺相比，聚酯材料具有价格低廉的优点，较佳的耐湿性能，有类似 的电气和物理性能。聚酯基材的厚度通常为1-5mil，适用于-40C55C的工作 环境

10、，广泛应用于汽车仪表盘、照相机、打印机等。聚酯的耐高温性能较差，不 能采用常规的锡铅焊料焊接，通常采用特殊的焊接技术如：冷压接技术或低温焊 料合金或使用导电粘结剂。2.2.2 .聚酰亚胺薄膜该类材料具有独特的化学、物理、力学和电学性能。聚酰亚胺薄膜由如下特 点：1）具高度曲柔性，可立体配线，依空间限制改变形状；2）耐高低温，耐燃；3）可折叠而不影响讯号传递功能，可防止静电干扰；4）化学变化稳定，安定性、可信赖度高；5）利于相关产品的设计，可减少装配工时及错误，并提高有关产品的使用寿命；6）良好的绝缘性能，体积电阻率可达1015Q.cm；7）优良的介电性能，介电常数3.03.4，介电损耗0.01

11、0.002；8）对常用基体、金属和介电材料的粘结性优良；9）根据需要，可形成薄膜，也可形成厚膜。FPC中常用的PI膜是Dupont公司的Kapton，目前已有的厚度为，7.5，12.5， 25，50，75 和 125 微米。表2-1聚酰亚胺、聚酯薄膜性能对照表性能聚酰亚胺 （Kapton）聚酯极限张力N/mm 2172172极限延伸率70%120%因蚀刻引起的尺寸变 化 mm/m2.55.0介电常数（103Hz）3.53.2损耗角正切（9Hz）0.00250.005体积电阻率M Q.cm10121012燃烧，性自熄易燃介电强度MV/m275300吸潮2.7%0.8%耐热性能400C150C浮焊

12、试验通过通过2.3粘结层有粘结层的柔性基材中，粘结层是将金属箔与绝缘层结合在一起的中间层， 其性能直接影响到柔性基材的性能，如介质薄膜与金属箔之间的剥离强度、抗挠 曲性能、化学性能、耐湿性能、抗电迁移性能、工作温度等。由于粘结剂与介质 基片之间在柔性板的制造过程中还有一定的化学反应，因此对于不同的介质基片 还应选择相对应的粘结剂体系，粘结剂的性能必须与介质基片相适应。柔性板使 用的粘结剂必须能够承受各种工艺条件和在印制线路板的制造中所使用的化学 药品的侵蚀，并没有分层或降解的现象。表2-2柔性板常用粘结剂性能比较粘结剂类 型耐热 性耐化学 性介电性 能结合 力弯曲能 力吸湿 性成本聚酯中等好极

13、好极好极好好低环氧树脂好好极好极好中等好中等丙烯酸极好好好极好好中等中等PI极好好好中等中等差高酚醛好中等好中等中等好低粘结剂比较常用的是丙烯酸树脂类和环氧树脂类，但由于制造厂不同有很大 差异，不能一概而论。2.4覆盖层覆盖层是柔性板和刚性板最大不同之处，其作用超出了刚性板的阻焊膜，它 不仅是起阻焊作用，而且使柔性电路不受尘埃、潮气、化学药品的侵蚀以及减小 弯曲过程中应力的影响，它要求能忍耐长期的挠曲。由于覆盖层是覆盖于蚀刻后 的电路之上，这就要求它有良好的敷形性，才能满足无气泡层压的要求。覆盖层材料根据其形态可分为干膜型和油墨型，根据是否感光性而分为非感 光覆盖层和感光覆盖层。如图2.5所示

14、图2.5覆盖层工艺的选择覆盖膜材料结构如图所示。图2.5覆盖膜材料结构2.5增强板柔性印制板由于需要弯曲，不希望机械强度和硬度太大，而需要装配元件或 接插件的部位就要粘贴适当材料的增强板，一般常用和基材相同材质的薄膜或刚 性印制板所使用的原材料，如纸酚醛板、环氧玻璃布、PET、PI、金属板等。如果插装焊接大量的有引线的元件与大型接插件时，应使用较厚的环氧玻璃 布层压板，即使厚薄相同，环氧玻璃布层压板的机械强度要比纸酚醛层压板大得 多。最近，使用铝板和不锈钢板作为增强板的情况也不断增加，由于金属板还可 兼作散热板，不仅机械强度大，而且成型加工容易，许多方面都能使用。金属板 和其它材料的增强板在加

15、工方面有些不同，特别是不锈钢板粘结强度差，粘结前 必须进行适当的表面处理。2.6无粘结层的柔性基材传统柔性板基材，主要是以聚酰亚胺膜/粘结剂/铜箔之三层结构为主，粘 结剂是以B阶改性环氧(Epoxy)或丙稀酸(Acrylic)为主，但粘结剂的耐热性 与尺寸稳定性不佳，长期使用温度限制在100C-120C，使得三层有胶柔板基 材(3-Layer FCCL)的应用领域受限。新发展的无胶柔板基材(2-Layer FCCL)仅由 聚酰亚胺膜/铜箔之二层结构所组成，因为不需使用粘结剂而具有长时间可靠 性、尺寸稳定性、耐热性、耐化学腐蚀性等优异性，符合现今高档电子产品朝向 轻巧化、人性化、高功能、细线化、

16、高密度之趋势，所以无胶柔板基材势必成为 市场的主流，而且未来铜厚度在5m以下的需求将大大增加。铜箔聚酰亚胺铜箔粘结层聚酰亚胺(a)三层结构材料(b)二层结构材料图2.10 (a) (b)为三层与二层(无粘接剂型)柔板结构比较目前无粘结剂柔性基板的主要应用于高密度的IC元件组装，包括LCD驱动 IC组装的COF及CSP的Flex Type构装柔性板。另外一项很热门的应用是行动 通讯显示器的组装，自1998年开始量产使用COF技术，所使用的柔性载板即是 无粘结剂型，目前仅有少数日本大厂进入量产，但相信它将是未来行动通讯显示 器组装的主流。在COF技术发展出来之前，行动通讯显示模组已经历三代演进，

17、第一代为打线封装(wire bonding)，第二代为 TAB (Tape automated bonding)，第 三代为COG (Chip on glass)，第一代打线封装使用传统PCB，产品体积大，TAB 技术其挠曲性差且可靠度不佳，COG技术虽然技术有重大突破，但此技术仍然 受限于体积无法缩小，玻璃阻抗高及无法附加被动元件等缺点。在COF技术问 世后立即克服上述构装技术的缺失，成为市场主流技术。目前大尺寸LCD构装 还是以TAB技术为主流，但在1-4寸行动通讯显示模组，在强调轻量及高可靠 性的产品导向之下将以COF为主流技术，而COF中所用的柔性板材料就将以无 粘结剂材料为主要选择。