柔性电路的特色和资料的选用
跟着电子产品一日千里的迅猛开展,对电子拼装技能提出了一个又一个严峻的应战。为了能够投合电子技能的开展,人们在电子拼装技能上进行了斗胆的立异,在此布景下一种含有精美导线、选用薄薄的、和婉的聚合物薄膜制作的柔性电路应运而生,它能够适用外表安装技能并能够被曲折成无数种所需的形状。
选用SMT技能的柔性电路能够制作的很薄、很精巧,绝缘厚度小于25μm,这种柔性电路能够被恣意曲折而且能够曲折后放入圆柱体中,以充分使用三维体积。它打破了传统固有运用面积的思想定势,然后构成充分使用体积形状的才能,这能够在现在惯例选用的每单位面积所运用的导体长度上,显著地增强有用运用密度,构成高密度的拼装办法。
近年来柔性电路的运用现已扩展到了无线电通信、计算机和轿车电子设备等范畴。从前柔性电路专门作为刚性线缆的代替物来运用,它己经能够很成熟地作为刚性电路和印刷电路板的代替品运用在要求选用薄型电路或许三维电路的场合。为了能够满意刚柔相济的运用要求,刚柔技能在刚性电路板上结合了柔性电路。
柔性电路的前期运用
尽管选用SMT技能的柔性电路是一项现代高科技技能,可是它选用了最早的印刷电路线的基本原理,其本源能够一向追溯到20世纪70年代。或许最早运用SMT柔性电路技能的景象发生在20世纪70年代的初期。美国德州仪器公司在开发计算器时,将双列直插式集成电路放入欧翼型器材,然后经过热条焊接在柔性电路上面。柔性电路的底层薄膜是对热灵敏的涤纶薄膜,其工艺制作办法为依据电路制作的办法接连滚压。别的一个前期SMT柔性电路技能的运用比如是宝丽来 (Polaroid)照相机中选用的电路。宝丽来照相机是一种在摄影后当即能够进行冲刷的照相机,宝丽来公司转向选用SMT柔性电路技能是在20世纪80年代初期,柔性电路的底层薄膜是涤纶薄膜,选用波峰焊接技能进行焊接。自从20世纪80年代初期以来,柔性电路与SMT技能相结合已取得了很大的成功。当理解了关于薄膜基片而言,SMT是一种抱负的拼装技能今后,适当一部分柔性电路制作商便迅速地进入了SMT技能范畴。
柔性电路的首要资料
在柔性电路中运用的首要资料是绝缘簿膜、胶黏剂和导线。绝缘簿膜构成了电路的根底。胶黏剂将铜箔黏接到绝缘簿膜上,在多层结构规划中,内部有许多层被黏合在了一同。运用外保护层将电与砂尘和潮气相阻隔,与此一同还能够下降在挠曲时所受的应力。导电层是由铜箔供给的。
在一些柔性电路中,选用铝或许不锈钢作为加强肋,以保证几许尺度的安稳性。一同还能够供给在元器材和衔接器插入时的机械支撑力,以及消除去应力。加强肋选用胶黏剂黏接在柔性电路上面。有时在柔性电路中选用的别的一种资料是黏接片(bond ply),它是由双面涂覆有胶黏剂的绝缘簿膜构成。黏接片能够供给环境保护和电气绝缘,它能够起到撤销簿膜层和在层数较少的多层电路中起到黏接的效果。
许多绝缘簿膜能够从市场上收购到,最常用的是聚酰亚胺和涤纶资料(如表1所示)。在美国的一切柔性电路制作厂商中,挨近80%的厂商是选用聚酰亚胺簿膜作为柔性电路的资料,大约20%的制作厂商结合选用涤纶簿膜。聚酰亚胺资料具有不易燃、几许尺度安稳的特色,具有较高的抗撕裂强度,而且能够忍耐焊接时的高温。涤纶也称为聚对苯二甲酸乙二醇脂(polyethylene terephthalate 简称PET),物理功能与聚酰亚胺相相似,具有较低的介电常数和能够吸附少数的潮气,可是耐高温的才能较差。
涤纶的熔化点在250℃,它的玻璃化转变温度(Tg)为80℃,这些参数约束了它们在需求进行很多焊接的场合的运用。在低温状态下,它们较硬,可是它们仍适用于在电话以及其他不暴露在恶劣环境下作业的电子产品中运用。
聚酰亚胺绝缘簿膜一般与聚酰亚胺或许丙烯酸胶黏剂一同运用,绦纶绝缘簿膜一般与绦纶胶黏剂一同运用。在焊接或许在整个多层层压周期操作今后,黏接好的资料具有令人满意的特性长处,即安稳的几许尺度。在胶黏剂中的其他重要特性是较低的介电常数、较高的绝缘阻抗、较高的玻璃化转变温度和较低的吸湿性。
在柔性电路中除了选用绝缘簿膜与导电资料彼此黏接以外,胶黏剂也被用作防护涂覆来运用,它能够构成掩盖层(也称为coverlays)和外表涂层。这两者之间的首要差异在于所选用的运用办法不同。掩盖层是将胶黏剂掩盖在层压有电路的绝缘簿膜上面,而外表涂层是经过外表印刷的办法涂布胶黏剂。
不是一切的层压结构都要与胶黏剂相接合,不选用胶黏剂的层压结构与选用胶黏剂的层压结构相比较,能够供给更簿的电路、更佳的柔软性和更好的导热率。簿型结构的导热率和不选用耐热胶黏剂的结构,答应不选用胶黏剂的电路在不宜选用胶黏剂为根底的层压簿片的作业场合中运用。
在柔性电路中所运用的铜箔能够选用电堆积或许选用锻制的办法取得。选用电堆积制作的箔片一面是有光泽的,而别的一面是没有光泽的,它构成了能够曲折的资料,能够构成不同的厚度尺度和宽度尺度。由电堆积制成的箔片的无光泽一面常常需求选用特别处理,以求改进其黏接功能。选用锻制办法构成的铜箔除了能够曲折以外,具有必定的硬度和外表润滑度,能够习惯要求动态柔性活动的场合运用。
柔性电路的层压结构和特色
美国杜邦(DuPont)公司、ICI Americas公司、Rogers公司和Sheldahl公司等资料供给厂商还供给合适特别运用的特定层压结构。杜邦公司除了能够供给聚酰亚胺—丙烯酸结构以外,还能供给各种聚酰亚胺层压簿膜资料。杜邦公司的Kapton 聚酰亚胺簿膜资料是它用于许多Pyralux 产品中的根底资料,其间包含Pyralux FR (flame-retardant阻燃型)和 LF覆铜层压簿片、黏合层片和掩盖层。Pyralux AP层压簿片也选用了Kapton簿膜。
Pyralux FR覆铜层压簿片是在杜邦Kapton 聚酰亚胺簿膜上掩盖一面或许双面铜箔复合而成,它经过一种具有专利权的、阻燃型的C级丙烯酸胶黏剂黏合在一同。Pyralux FR黏接层是在Kopton簿膜双面掩盖B级丙烯酸胶黏剂复合而成。Pyralux FR掩盖层是在Kapton簿膜的一侧涂覆B级丙烯酸胶黏剂复合而成。LF系列对错阻燃型的,可是在其他方面它像FR系列资料相同遭到人们的注重。
Pyralux PC是一种可成像的掩盖层(photoimageable coverlay),它由丙烯酸、氨基钾酸酯和硫亚氨根底资料等构成,合适于无线电通信、计算机、工业用和医学用电子设备,在这些运用场合要求重复柔性循环,可是不合适动作剧烈的柔性化运用。
Pyralux AP是一种双面掩盖有铜的层压簿片,它没有选用胶黏剂,是由Kapton聚酰亚胺簿膜与铜箔复合而成,它在高达200℃以上的温度下具有热安稳性。
Kapton 簿膜也被美国亚利桑那州Chandler的Rogers CorporaTIon公司用作其R/flex 2005阻燃型资料系列的根底资料。该资料系列是由选用Kapton为根底的掩盖层、黏接簿膜和覆铜Kapton层压簿片所构成,运用了阻燃型的胶黏剂。Rogers公司也供给了一种没有选用胶黏剂的层压簿片,称为flex-imid 3000,它是一种掩盖有铜的、选用聚酰亚胺为根底的层压簿片,它能够在160℃的作业温度下接连的作业。
根据PEN(polyethylene naphthalate)的绝缘簿膜是一种相似于涤纶的资料,它能够从美国ICI Americas公司购得。PEN和涤纶(PET)之间的首要差异是它所具有的热功能更佳。Kaladex PEN 簿膜所出现的玻璃化转变温度(Tg)比PET簿膜的要高120℃。PEN所具有的这种特性,再加上几许尺度的安稳性和耐化学品特性,使得这种Kaladex簿膜可用于代替涤纶和聚酰亚胺簿膜。
美国明尼苏达州Northfield的Sheldahl公司使用其Novaclad和 Novaflex出产线,制作出产了很多无胶黏剂的柔性电路资料。Novaclad是一种复合有铜箔的聚酰亚胺资料,它能够依照规划师的要求选用不同厚度和功能的铜箔。Novaclad G2200覆铜层压簿膜资料在化学特性和耐热功能方面的功能有了进一步的进步,人们从前作过一次测验,它能够在超越150℃的温度条件下接连作业1000小时。
现在介绍由Sheldahl公司推出的Novaclad G2300和G2400。Novaclad G2300层压簿膜现现已过了在150℃的温度条件下接连作业1000小时的长时间热老化测验。Novaclad G2400 MCM级资料的开发是为了满意多芯片模块(mulTIchip modules简称MCM)和芯片规划封装(chip scale packages简称CSP)所提出的应战。这种层压簿膜不选用填充料,能够经过激光构成微孔。它相同也能经过微细引线成像(fine-line imaging)技能构成很簿的铜箔,并增强涂覆的贵金属(例如:钯和化学镀Ni/Au)的耐化学性。Novaclad G2400资料在簿膜和铜箔之间的润滑衔接外表,改进了在高速信号传输时的电功能。
在Sheldahl公司创立的Novaclad品牌产品中,运用了根据真空金属喷镀的具有专利权的技能,该技能能够将一层很簿的纯铜簿层施加在聚酰亚胺簿膜的外表上。然后这种资料过通电镀制成特定的厚度以构成Novaclad 的根底资料。
Novaclad 根底资料被运用在不选用胶黏剂的Novaflex柔性电路制作中。在悉数电路成像今后,施加上一层Novaflex绝缘掩盖层。Novaflex柔性电路的规划是为了能够忍耐在恶劣的环境条件下进行作业,Novaflex 免胶黏剂互连体系供给更佳的柔软性、耐化学功能、高温特性和最大的热耗散功能。
选用聚合物添加法的柔性电路技能
美国的Poly-Flex Circuits公司开发成功了一种柔性电路技能,它不同于惯例选用的办法。它不选用铜导体和胶黏剂来构成电路,仅选用一种填充有银颗粒的导电油墨,将其印刷在涤纶簿膜的绝缘根底簿膜上。一种称为Poly-Solder的导电环氧树脂将外表贴装器材与电路衔接在了一同。
经过在第一层导电层上面印刷上一种聚合基绝缘层,然后再安顿上第二层导电层的办法,能够构成一层以上的电路层。在导电层之间能够经过导电孔的办法完成互连。
它能够替换规范的柔性电路以合适作业温度规模在40℃到85℃场合的运用要求,现在已广泛运用于比如:电话机、键盘、主动调温器、电子游戏机、信息显示屏和医疗仪器等电子产品之中。
结束语
在挑选用于柔性电路的资猜中,可供挑选的规模有必定的约束,可是在绝大多数的电子产品运用场合中所遇到的各种要求一般都能够得到满意。关于无线电通信产品、计算机、医疗、工业和轿车电子产品来说,柔性电路资料将持续扮演一个非常重要的人物。