PCB柔性电路的优点及功能详解

muzitongxue · 发表于 2021-12-27 14:22

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一、PCB柔性电路的优点
　　PCB柔性电路是为提高空间利用率和产品设计灵活性而设计的，能满足更小型和更高密度安装的设计需要，也有助于减少组装工序和增强可靠性。是满足电子产品小型化和移动要求的惟一解决方法。柔性电路是在聚合物的基材上蚀刻出铜电路，或印制聚合物厚膜电路。对于既薄又轻、结构紧凑复杂的器件而言，其设计解决方案包括从单面的导电线路到复杂的多层三维封装。柔性封装的总质量和体积比传统的元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。
　　PCB柔性电路可以移动、弯曲、扭转，而不损坏导线，可以有不同形状和特别的封装尺寸。其仅有的限制是体积空间问题。由于可以承受数百万次的动态弯曲，柔性电路可以很好地适用于连续运动或定期运动的内部连接系统中，成为最终产品功能的一部分。要求电信号/电源移动而形状系数/封装尺寸较小的一些产品都获益于柔性电路。
　　PCB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。
　　由于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、底板线路和线缆，柔性电路可以提供更高的装配可靠性和产量。因为复杂的多个系统所组成的传统内连硬件在装配时，易出现较高的组件错位率。随着质量工程的出现，一个厚度很薄的柔性系统被设计成仅以一种方式组装，从而消除了通常与独立布线工程有关的人为错误。早期柔性电路主要应用在小型或薄形电子产品及刚性印制板之间的连接等领域。20世纪70年代末期则逐渐应用到计算机、数码照相机、喷墨打印机、汽车音响、光盘驱动器(见图13-1)及硬盘驱动器等电子产品中。打开一台35mm的照相机，里面有9-14处不同的柔性电路。减小体积的惟一方法是组件更小、线条更精密、节距更紧密，以及物件可弯曲。心脏起搏器、医疗设备、视频摄像机、助听器、笔记本电脑———今天几乎所有使用的东西里面都有柔性电路。
　　2双面柔性板是在绝缘基膜的两面各有一层蚀刻制成的导电图形。金属化孔将绝缘材料两面的图形连接形成导电通路，以满足挠曲性的设计和使用功能。而覆盖膜可以保护单、双面导线并指示元件安放的位置。
　　二、PCB柔性电路的功能
　　1.PCB柔性电路的挠曲性和可靠性
　　目前PCB柔性电路有：单面、双面、多层柔性板和刚柔性板四种。各类柔性板如图13-2所示。
　　1单面柔性板是成本最低，当对电性能要求不高的印制板。在单面布线时，应当选用单面柔性板。其具有一层化学蚀刻出的导电图形，在柔性绝缘基材面上的导电图形层为压延铜箔。绝缘基材可以是聚酰亚胺，聚对苯二甲酸乙二醇酯，芳酰胺纤维酯和聚氯乙烯。
　　2双面柔性板是在绝缘基膜的两面各有一层蚀刻制成的导电图形。金属化孔将绝缘材料两面的图形连接形成导电通路，以满足挠曲性的设计和使用功能。而覆盖膜可以保护单、双面导线并指示元件安放的位置。
　　3多层柔性板是将"层或更多层的单面或双面柔性电路层压在一起，通过钻孔、电镀形成金属化孔，在不同层间形成导电通路。这样，不需采用复杂的焊接工艺。多层电路在更高可靠性，更好的热传导性和更方便的装配性能方面具有巨大的功能差异。在设计布局时，应当考虑到装配尺寸、层数与挠性的相互影响。
　　4传统的刚柔性板是由刚性和柔性基板有选择地层压在一起组成的。结构紧密，以金属化孔形成导电连接。如果一个印制板正、反面都有元件，刚柔性板是一种很好的选择。但如果所有的元件都在一面的话，选用双面柔性板，并在其背面层压上一层FR-4增强材料，会更经济。
　　PCB柔性电路产业正处于规模小但迅猛发展之中。聚合物厚膜法是一种高效、低成本的生产工艺。该工艺在廉价的柔性基材上，选择性地网印导电聚合物油墨。其代表性的柔性基材PET.聚合物厚膜法导体包括丝印金属填料或碳粉填料。聚合物厚膜法本身很清洁，使用无铅的SMT胶黏剂，不必蚀刻。因其使用加成工艺且基材成本低，聚合物厚膜法电路是铜聚酰亚胺薄膜电路价格的1/10;是刚性电路板价格的1/2￣1/3.聚合物厚膜法尤其适用于设备的控制面板。在移动电话和其他的便携产品上，聚合物厚膜法适合将印制电路主板上的元件、开关和照明器件转变成聚合物厚膜法电路。既节省成本，又减少能源消耗。
　　5混合结构的PCB柔性电路是一种多层板，导电层由不同金属构成。一个8层板使用FR-4作为内层的介质，使用聚酰亚胺作为外层的介质，从主板的三个不同方向伸出引线，每根引线由不同的金属制成。康铜合金、铜和金分别作独立的引线。这种混合结构大多用在电信号转换与热量转换的关系及电性能比较苛刻的低温情况下，是惟一可行的解决方法。
　　可通过内连设计的方便程度和总成本进行评价，以达到最佳的性能价格比。
　　2.PCB柔性电路的经济性
　　如果电路设计相对简单，总体积不大，而且空间适宜，传统的内连方式大多要便宜很多。如果线路复杂，处理许多信号或者有特殊的电学或力学性能要求，柔性电路是一种较好的设计选择。当应用的尺寸和性能超出刚性电路的能力时，柔性组装方式是最经济的。在一张薄膜上可制成内带5mil通孔的12mil焊盘及3mil线条和间距的柔性电路。因此，在薄膜上直接贴装芯片更为可靠。因为不含可能是离子钻污源的阻燃剂。这些薄膜可能具有防护性，并在较高的温度下固化，得到较高的玻璃化温度。柔性材料比起刚性材料节省成本的原因是免除了接插件。
　　高成本的原材料是柔性电路价格居高的主要原因。原材料的价格差别较大，成本最低的聚酯柔性电路所用原材料的成本是刚性电路所用原材料的1.5倍;高性能的聚酰亚胺柔性电路则高达4倍或更高。同时，材料的挠性使其在制造过程中不易进行自动化加工处理，从而导致产量下降;在最后的装配过程中易出现缺陷，这些缺陷包括剥下挠性附件、线条断裂。当设计不适合应用时，这类情况更容易发生。在弯曲或成型引起的高应力下，常常需选择增强材料或加固材料。尽管其原料成本高，制造麻烦，但是可折叠、可弯曲以及多层拼板功能，会使整体组件尺寸减小，所用材料随之减少，使总的组装成本降低。
　　一般说来，PCB柔性电路的确比刚性电路的花费大，成本较高。柔性板在制造时，许多情况下不得不面对这样一个事实，许多的参数超出了公差范围。制造柔性电路的难处就在于材料的挠性。
　　3.PCB柔性电路的成本
　　尽管有上述的成本方面的因素，但柔性装配的价格正在下降，变得和传统的刚性电路相接近。其主要原因是引入了更新的材料，改进了生产工艺以及变更了结构。现在的结构使得产品的热稳定性更高，很少有材料不匹配。一些更新的材料因铜层更薄而可以制出更精密线条，使组件更轻巧，更加适合装入小的空间。过去，采用辊压工艺将铜箔黏附在涂有胶黏剂的介质上，如今，可以不使用胶黏剂直接在介质上生成铜箔。这些技术可以得到数微米厚的铜层，得到3mil甚至宽度更窄的精密线条。除去了某些胶黏剂以后的柔性电路具有阻燃性能。这样既可速UL认证过程又可进一步降低成本。柔性电路板焊料掩膜和其他的表面涂料使柔性组装成本进一步地降低。
　　在未来数年中，更小、更复杂和组装造价更高的柔性电路将要求更新颖的方法组装，并需增加混合柔性电路。对于柔性电路工业的挑战是利用其技术优势，保持与计算机、远程通信、消费需求以及活跃的市场同步。另外，柔性电路将在无铅化行动中起到重要的作用。