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FPC柔性线路板的相关基础知识

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发表于 2020-4-3 13:24 | 显示全部楼层 |阅读模式

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FPC柔性线路板的相关基础知识
2 {/ P4 r) q4 I5 D. o; c8 ?随着软性PCB产量比的不断增加及刚挠性PCB的应用与推广,现在比较常见在说PCB时加上软性、刚性或刚挠性再说它是几层的FPC。通常,用软性绝缘基材制成的FPC称为软性FPC或挠性FPC,刚挠复合型的PCB称刚挠性PCB。它适应了当今电子产品向高密度及高可靠性、小型化、轻量化方向发展的需要,还满足了严格的经济要求及市场与技术竞争的需要。
  S( v9 a) s# U9 l: y/ C' ~4 I   在国外,软性PCB在六十年代初已广泛使用。我国,则在六十年代中才开始生产应用。近年来,随着全球经济一体化与开放市尝引进技术的促进其使用量不断地在增长,有些中小型刚性FPC厂瞄准这一机会采用软性硬做工艺,利用现有设备对工装工具及工艺进行改良,转型生产软性PCB与适应软性PCB用量不断增长的需要。为进一步认识PCB,这里对软性PCB工艺作一探讨性介绍。" D; |# z/ j) m3 n
   一、软性PCB分类及其优缺点1 b; ~2 P" ]* A8 x+ X! `
   1.软性PCB分类
0 `2 j+ ]9 F6 r) K' m2 \   软性PCB通常根据导体的层数和结构进行如下分类:$ ^6 L. j% A5 ?
   1.1单面软性PCB  R" [6 B* h2 c  t
   单面软性PCB,只有一层导体,表面可以有覆盖层或没有覆盖层。所用的绝缘基底材料,随产品的应用的不同而不同。一般常用的绝缘材料有聚酯、聚酰亚胺、聚四氟乙烯、软性环氧-玻璃布等。
$ B! N/ V* S3 F   单面软性PCB又可进一步分为如下四类:
3 j5 ^9 G6 |' c6 T# ~   1)无覆盖层单面连接的5 S3 l& \: z+ W" F
   这类软性PCB的导线图形在绝缘基材上,导线表面无覆盖层。像通常的单面刚性FPC一样。这类产品是最廉价的一种,通常用在非要害且有环境保护的应用场合。其互连是用锡焊、熔焊或压焊来实现。它常用在早期的电话机中。
2 o3 X7 x9 x7 [   8 Y+ `7 f- X$ D- q& S& p
   2)有覆盖层单面连接的
: q+ ]- c& f6 }- ^  _/ W   这类和前类相比,只是根据客户要求在导线表面多了一层覆盖层。覆盖时需把焊盘露出来,简单的可在端部区域不覆盖。要求精密的则可采用余隙孔形式。它是单面软性PCB中应用最多、最广泛的一种,在汽车仪表、电子仪器中广泛使用。
6 R, m8 o$ ^) c2 \( c7 S( x: U   3)无覆盖层双面连接的
( A% q3 [3 s$ Z- m, H! ^   这类的连接盘接口在导线的正面和背面均可连接。为了做到这一点,在焊盘处的绝缘基材上开一个通路孔,这个通路孔可在绝缘基材的所需位置上先冲制、蚀刻或其它机械方法制成。它用于两面安装元、器件和需要锡焊的场合,通路处焊盘区无绝缘基材,此类焊盘区通常用化学方法去除。" E- G- _( L  c8 o$ y
  
" D1 ]: @+ L, a' L   4)有覆盖层双面连接的
* y' y* [  c6 k2 A. g   这类与前类不同处是表面有一层覆盖层。但覆盖层有通路孔,也允许其两面都能端接,且仍保持覆盖层。这类软性PCB是由两层绝缘材料和一层金属导体制成。被用在需要覆盖层与周围装置相互绝缘,并自身又要相互绝缘,末端又需要正、反面都连接的场合。
3 z$ M  d2 f: o- [   1.2双面软性PCB" i2 }% ]" v9 D6 w' S, m' Z* d
   双面软性PCB,有两层导体。这类双面软性PCB的应用和优点与单面软性PCB相同,其主要优点是增加了单位面积的布线密度。它可按有、无金属化孔和有、无覆盖层分为:a无金属化孔、无覆盖层的;b无金属化孔、有覆盖层的;c有金属化孔、无覆盖层的;d有金属化孔、有覆盖层的。无覆盖层的双面软性PCB较少应用。5 d& h7 Y- ^$ X+ r/ J8 I4 O- Y
1.3多层软性PCB  [# N  F+ A: U1 U3 I, b* ]
   * o3 e$ R0 y% z, p
   软性多层PCB如刚性多层PCB那样,采用多层层压技术,可制成多层FPC柔性线路板。最简单的多层软性PCB是在单面PCB两面覆有两层铜屏蔽层而形成的三层软性PCB。这种三层软性PCB在电特性上相当于同轴导线或屏蔽导线。最常用的多层软性PCB结构是四层结构,用金属化孔实现层间互连,中间二层一般是电源层和接地层。: q8 X9 T0 P. N6 }' H" @0 e2 l
  
7 y/ ]) }8 w8 ?) m( T8 b* l* \   多层软性PCB的优点是基材薄膜重量轻并有优良的电气特性,如低的介电常数。用聚酰亚胺薄膜为基材制成的多层软性PCB板,比刚性环氧玻璃布多层PCB板的重量约轻1/3,但它失去了单面、双面软性PCB优良的可挠性,大多数此类产品是不要求可挠性的。5 ]$ j/ T5 F0 z: u( ~
   多层软性PCB可进一步分成如下类型:) Z" o) j/ c) \# m$ e
  
/ E( Q( n6 R. N0 b, W. b   1)挠性绝缘基材上构成多层PCB,其成品规定为可以挠曲:这种结构通常是把许多单面或双面微带可挠性PCB的两面端粘结在一起,但其中心部分并末粘结在一起,从而具有高度可挠性。为了具有所希望的电气特性,如特性阻抗性能和它所互连的刚性PCB相匹配,多层软性PCB部件的每个线路层,必须在接地面上设计信号线。为了具有高度的可挠性,导线层上可用一层薄的、适合的涂层,如聚酰亚胺,代替一层较厚的层压覆盖层。金属化孔使可挠性线路层之间的z面实现所需的互连。这种多层软性PCB最适合用于要求可挠性、高可靠性和高密度的设计中。7 l% g9 G2 A4 G9 P
     ~" u3 r# V! `5 x9 D" r" D
   2)在软性绝缘基材上构成多层PCB,其成品末规定可以挠曲:这类多层软性PCB是用软性绝缘材料,如聚酰亚胺薄膜,层压制成多层板。在层压后失去了固有的可挠性。当设计要求最大限度地利用薄膜的绝缘特性,如低的介电常数、厚度均匀介质、较轻的重量和能连续加工等特性时,就采用这类软性PCB。例如,用聚酰亚胺薄膜绝缘材料制造的多层PCB比环氧玻璃布刚性PCB的重量大约轻三分之一。
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/ O0 g. P' W& E+ B9 H( t- q   3)在软性绝缘基材上构成多层PCB,其成品必须可以成形,而不是可连续挠曲的:这类多层软性PCB是由软性绝缘材料制成的。虽然它用软性材料制造,但因受电气设计的限制,如为了所需的导体电阻,要求用厚的导体,或为了所需的阻抗或电容,要求在信号层和接地层之间有厚的绝缘隔离,因此,在成品应用时它已成形。术语“可成型的”定义为:多层软性PCB部件具有做成所要求的形状的能力,并在应用中不能再挠曲。在航空电子设备单元内部布线中应用。这时,要求带状线或三维空间设计的导体电阻低、电容耦合或电路噪声极小以及在互连端部能平滑地弯曲成90°。用聚酰亚胺薄膜材料制成的多层软性PCB实现了这种布线任务。因为聚酰亚胺薄膜耐高温、有可挠性、而且总的电气和机械特性良好。为了实现这个部件截面的所有互连,其中走线部分进一步可分成多个多层挠性线路部件,并用胶粘带合在一起,形成一条印制电路束。1 g% Z* }5 |3 \" b9 n* Z

+ Z1 ~- w& M3 T  T3 h   1.4刚性-软性多层PCB
" {0 T8 Q# q; p9 i- M* }  
9 o! [5 h  h$ h# G* R$ e* g   该类型通常是在一块或二块刚性PCB上,包含有构成整体所必不可少的软性PCB。软性PCB层被层压在刚性多层PCB内,这是为了具有特殊电气要求或为了要延伸到刚性电路外面,以朝代Z平面电路装连能力。这类产品在那些把压缩重量和体积作为关键,且要保证高可靠性、高密度组装和优良电气特性的电子设备中得到了广泛的应用。) Z/ n) d9 x- |
   7 P; b+ C1 e) m: N! Z, K" j9 n
   刚性-软性多层PCB也可把许多单面或双面软性PCB的末端粘合压制在一起成为刚性部分,而中间不粘合成为软性部分,刚性部分的Z面用金属化孔互连。可把可挠性线路层压到刚性多层板内。这类PCB越来越多地用在那些要求超高封装密度、优良电气特性、高可靠性和严格限制体积的场合。0 x8 {; `3 i, B5 ~8 N/ ~! f0 p
   , l) b. Z8 l5 I" [
   已经有一系列的混合多层软性PCB部件设计用于军用航空电子设备中,在这些应用场合,重量和体积是至关重要的。为了符合规定的重量和体积限度,内部封装密度必须极高。除了电路密度高以外,为了使串扰和噪声最小,所有信号传输线必须屏蔽。若要使用屏蔽的分离导线,则实际上不可能经济地封装到系统中。这样,就使用了混合的多层 0 g  o/ |" W$ V0 g0 H. s
  
9 N" V0 o( d6 @   软性PCB来实现其互连。这种部件将屏蔽的信号线包含在扁平带状线软性PCB中,而后者又是刚性PCB的一个必要组成部分。在比较高水平的操作场合,制造完成后,PCB形成一个90°的S形弯曲,从而提供了z平面互连的途径,并且在x、y和z平面振动应力作用下,可在锡焊点上消除应力-应变。% C7 j% m5 r! L6 {
  
, A9 G2 u3 k/ }; e) B$ D& \   ) L9 m4 q8 l- Z: }0 {* `( `
   2.优点 刚性区域 刚性区域
4 @8 k# ^7 a3 `   2.1可挠性
/ X9 \( E2 o( y& }& v  j% P   0 q' H0 B( _& S/ B3 U- |9 K5 ]7 L
   应用柔性FPC的一个显著优点是它能更方便地在三维空间走线和装连,也可卷曲或折叠起来使用。只要在容许的曲率半径范围内卷曲,可经受几千至几万次使用而不至损坏。( M' R) [) k/ I% K/ g, z
   2.2减小体积4 P' C, x6 v! X
  
0 a- q) U7 D- q' \- `   在组件装连中,同使用导线缆比,软性PCB的导体截面薄而扁平,减少了导线尺寸,并可沿着机壳成形,使设备的结构更加紧凑、合理,减小了装连体积。与刚性PCB比,空间可节省60~90%。
8 z7 h. \; J3 i   2.3减轻重量
, d6 ^3 S* b. p% z# z: r3 R6 |0 `   在同样体积内,软性PCB与导线电缆比,在相同载流量下,其重量可减轻约70%,与刚性PCB比,重量减轻约90%。
5 Z  O% o& i; a! T5 a. n: |$ F   2.4装连的一致性
+ e2 k# m9 C7 u: A* W+ Z5 G   用软性PCB装连,消除了用导线电缆接线时的差错。只要加工图纸经过校对通过后,所有以后生产出来的绕性电路都是相同。装连接线时不会发生错接。( R' L! @' q2 T& p  p
   2.5增加了可靠性
6 e, x& h. P& W   当采用软性PCB装连时,由于可在X、Y、Z三个平面上布线,减少了转接互连,使整系统的可靠性增加,且对故障的检查,提供了方便。
) k0 w" ~; D& C1 T   2.6电气参数设计可控性
9 @- m& U* C) N$ P7 H% v  
/ X0 m- H; N' Z* |! ~   根据使用要求,设计师在进行软性PCB设计时,可控制电容、电感、特性阻抗、延迟和衰减等。能设计成具有传输线的特性。因为这些参数与导线宽度、厚度、间距、绝缘层厚度、介电常数、损耗角正切等有关,这在采用导线电缆时是难于办到的。
$ V" g; H0 t5 Z6 c; J; Z7 Y   2.7末端可整体锡焊
$ N6 Y6 [% A' H7 e5 e) T& n   ! y- T5 `; {2 E- [* T
   软性PCB象刚性PCB一样,具有终端焊盘,可消除导线的剥头和搪锡,从而节约了成本。终端焊盘与元、器件、插头连接,可用浸焊或波峰焊来代替每根导线的手工锡焊。5 B2 a" W2 [. O1 Q' h' P
   2.8材料使用可选择  P" }" A) w9 t7 x( k
   + J2 ?& l% Y& b% s7 P& y- e
   软性PCB可根据不同的使用要求,选用不同的基底材料来制造。例如,在要求成本低的装连应用中,可使用聚酯薄膜。在要求高的应用中,需要具有优良的性能,可使用聚酰亚薄膜。1 t: Y. }+ x, U& T# ^
   2.9低成本
# @4 }1 E$ f+ \0 E2 }! Q   用软性PCB装连,能使总的成本有所降低。这是因为:% [, R$ m( x) E  y5 a% `( V/ v1 X! Q
   1)由于软性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,且软性PCB的更换比较方便。
0 h. |" m' t8 p1 u  P' B   2)软性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。
  M+ f; |, M1 y$ v7 {+ `   3)对于需要有屏蔽的导线,用软性PCB价格较低。/ n' M8 B6 |/ o: S( i+ y* r' \
   2.10加工的连续性
; B3 l8 s8 C: ]* W8 ]/ _, E4 w4 V   由于软性覆箔板可连续成卷状供应,因此可实现FPC打样的连续生产。这也有利于降低成本。. d( k6 e8 R! s2 T  i0 H
   3.缺点
7 L2 x" k. s+ {# X' j+ U   3.1一次性初始成本高( {& Z) f; }7 k3 x' M, {
  
0 V, S1 W/ k; \" N) }6 [  u   由于软性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软性PCB外,通常少量应用时,最好不采用。4 P" U, D5 f& E5 J2 v
   3.2软性PCB的更改和修补比较困难; i; T" @3 O8 s% }8 s1 M
   软性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。
/ Z3 f* ]  |3 _' R: H4 A; M   3.3尺寸受限制
: I1 n! u" ?- j   软性PCB在尚不普的情况下,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。! K' v, r9 R: b! _
   3.4操作不当易损坏! k! a, Y  J  B/ \5 S
   装连人员操作不当易引起软性电路的损坏,其锡焊和返工需要经过训练的人员操作。
9 t5 `6 r7 M: E3 D7 v6 I

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