軟性PCB板的基礎(chǔ)知識

軟性PCB板的基礎(chǔ)知識

?隨著軟性PCB產(chǎn)量比的不斷增加及剛撓性PCB的應(yīng)用與推廣，現(xiàn)在比較常見在說PCB時加上軟性、剛性或剛撓性再說它是幾層的PCB。通常，用軟性絕緣基材制成的PCB稱為軟性PCB或撓性PCB，剛撓復(fù)合型的PCB稱剛撓性PCB。它適應(yīng)了當(dāng)今電子產(chǎn)品向高密度及高可靠性、小型化、輕量化方向發(fā)展的需要，還滿足了嚴(yán)格的經(jīng)濟(jì)要求及市場與技術(shù)競爭的需要。
　　 在國外，軟性PCB在六十年代初已廣泛使用。我國，則在六十年代中才開始生產(chǎn)應(yīng)用。近年來，隨著全球經(jīng)濟(jì)一體化與開放市嘗引進(jìn)技術(shù)的促進(jìn)其使用量不斷地在增長，有些中小型剛性PCB廠瞄準(zhǔn)這一機(jī)會采用軟性硬做工藝，利用現(xiàn)有設(shè)備對工裝工具及工藝進(jìn)行改良，轉(zhuǎn)型生產(chǎn)軟性PCB與適應(yīng)軟性PCB用量不斷增長的需要。為進(jìn)一步認(rèn)識PCB，這里對軟性PCB工藝作一探討性介紹。
　　 一、軟性PCB分類及其優(yōu)缺點(diǎn)
　　 1．軟性PCB分類
　　 軟性PCB通常根據(jù)導(dǎo)體的層數(shù)和結(jié)構(gòu)進(jìn)行如下分類：
　　 1.1單面軟性PCB
　　 單面軟性PCB，只有一層導(dǎo)體，表面可以有覆蓋層或沒有覆蓋層。所用的絕緣基底材料，隨產(chǎn)品的應(yīng)用的不同而不同。一般常用的絕緣材料有聚酯、聚酰亞胺、聚四氟乙烯、軟性環(huán)氧-玻璃布等。
　　 單面軟性PCB又可進(jìn)一步分為如下四類：
　　 1）無覆蓋層單面連接的
　　 這類軟性PCB的導(dǎo)線圖形在絕緣基材上，導(dǎo)線表面無覆蓋層。像通常的單面剛性PCB一樣。這類產(chǎn)品是最廉價的一種，通常用在非要害且有環(huán)境保護(hù)的應(yīng)用場合。其互連是用錫焊、熔焊或壓焊來實現(xiàn)。它常用在早期的電話機(jī)中。
　　
　　 2）有覆蓋層單面連接的
　　 這類和前類相比，只是根據(jù)客戶要求在導(dǎo)線表面多了一層覆蓋層。覆蓋時需把焊盤露出來，簡單的可在端部區(qū)域不覆蓋。要求精密的則可采用余隙孔形式。它是單面軟性PCB中應(yīng)用最多、最廣泛的一種，在汽車儀表、電子儀器中廣泛使用。
　　 3）無覆蓋層雙面連接的
　　 這類的連接盤接口在導(dǎo)線的正面和背面均可連接。為了做到這一點(diǎn)，在焊盤處的絕緣基材上開一個通路孔，這個通路孔可在絕緣基材的所需位置上先沖制、蝕刻或其它機(jī)械方法制成。它用于兩面安裝元、器件和需要錫焊的場合，通路處焊盤區(qū)無絕緣基材，此類焊盤區(qū)通常用化學(xué)方法去除。
　　
　　 4）有覆蓋層雙面連接的
　　 這類與前類不同處是表面有一層覆蓋層。但覆蓋層有通路孔，也允許其兩面都能端接，且仍保持覆蓋層。這類軟性PCB是由兩層絕緣材料和一層金屬導(dǎo)體制成。被用在需要覆蓋層與周圍裝置相互絕緣，并自身又要相互絕緣，末端又需要正、反面都連接的場合。
　　 1.2雙面軟性PCB
　　 雙面軟性PCB，有兩層導(dǎo)體。這類雙面軟性PCB的應(yīng)用和優(yōu)點(diǎn)與單面軟性PCB相同，其主要優(yōu)點(diǎn)是增加了單位面積的布線密度。它可按有、無金屬化孔和有、無覆蓋層分為：a無金屬化孔、無覆蓋層的；b無金屬化孔、有覆蓋層的；c有金屬化孔、無覆蓋層的；d有金屬化孔、有覆蓋層的。無覆蓋層的雙面軟性PCB較少應(yīng)用。

1.3多層軟性PCB
　　
　　 軟性多層PCB如剛性多層PCB那樣，采用多層層壓技術(shù)，可制成多層軟性PCB。最簡單的多層軟性PCB是在單面PCB兩面覆有兩層銅屏蔽層而形成的三層軟性PCB。這種三層軟性PCB在電特性上相當(dāng)于同軸導(dǎo)線或屏蔽導(dǎo)線。最常用的多層軟性PCB結(jié)構(gòu)是四層結(jié)構(gòu)，用金屬化孔實現(xiàn)層間互連，中間二層一般是電源層和接地層。
　　
　　 多層軟性PCB的優(yōu)點(diǎn)是基材薄膜重量輕并有優(yōu)良的電氣特性，如低的介電常數(shù)。用聚酰亞胺薄膜為基材制成的多層軟性PCB板，比剛性環(huán)氧玻璃布多層PCB板的重量約輕1/3，但它失去了單面、雙面軟性PCB優(yōu)良的可撓性，大多數(shù)此類產(chǎn)品是不要求可撓性的。
　　 多層軟性PCB可進(jìn)一步分成如下類型：
　　
　　 1）撓性絕緣基材上構(gòu)成多層PCB，其成品規(guī)定為可以撓曲：這種結(jié)構(gòu)通常是把許多單面或雙面微帶可撓性PCB的兩面端粘結(jié)在一起，但其中心部分并末粘結(jié)在一起，從而具有高度可撓性。為了具有所希望的電氣特性，如特性阻抗性能和它所互連的剛性PCB相匹配，多層軟性PCB部件的每個線路層，必須在接地面上設(shè)計信號線。為了具有高度的可撓性，導(dǎo)線層上可用一層薄的、適合的涂層，如聚酰亞胺，代替一層較厚的層壓覆蓋層。金屬化孔使可撓性線路層之間的z面實現(xiàn)所需的互連。這種多層軟性PCB最適合用于要求可撓性、高可靠性和高密度的設(shè)計中。
　　
　　 2）在軟性絕緣基材上構(gòu)成多層PCB，其成品末規(guī)定可以撓曲：這類多層軟性PCB是用軟性絕緣材料，如聚酰亞胺薄膜，層壓制成多層板。在層壓后失去了固有的可撓性。當(dāng)設(shè)計要求最大限度地利用薄膜的絕緣特性，如低的介電常數(shù)、厚度均勻介質(zhì)、較輕的重量和能連續(xù)加工等特性時，就采用這類軟性PCB。例如，用聚酰亞胺薄膜絕緣材料制造的多層PCB比環(huán)氧玻璃布剛性PCB的重量大約輕三分之一。
　　
　　 3）在軟性絕緣基材上構(gòu)成多層PCB，其成品必須可以成形，而不是可連續(xù)撓曲的：這類多層軟性PCB是由軟性絕緣材料制成的。雖然它用軟性材料制造，但因受電氣設(shè)計的限制，如為了所需的導(dǎo)體電阻，要求用厚的導(dǎo)體，或為了所需的阻抗或電容，要求在信號層和接地層之間有厚的絕緣隔離，因此，在成品應(yīng)用時它已成形。術(shù)語“可成型的”定義為：多層軟性PCB部件具有做成所要求的形狀的能力，并在應(yīng)用中不能再撓曲。在航空電子設(shè)備單元內(nèi)部布線中應(yīng)用。這時，要求帶狀線或三維空間設(shè)計的導(dǎo)體電阻低、電容耦合或電路噪聲極小以及在互連端部能平滑地彎曲成90°。用聚酰亞胺薄膜材料制成的多層軟性PCB實現(xiàn)了這種布線任務(wù)。因為聚酰亞胺薄膜耐高溫、有可撓性、而且總的電氣和機(jī)械特性良好。為了實現(xiàn)這個部件截面的所有互連，其中走線部分進(jìn)一步可分成多個多層撓性線路部件，并用膠粘帶合在一起，形成一條印制電路束。

　　 1.4剛性-軟性多層PCB
　　
　　 該類型通常是在一塊或二塊剛性PCB上，包含有構(gòu)成整體所必不可少的軟性PCB。軟性PCB層被層壓在剛性多層PCB內(nèi)，這是為了具有特殊電氣要求或為了要延伸到剛性電路外面，以朝代Z平面電路裝連能力。這類產(chǎn)品在那些把壓縮重量和體積作為關(guān)鍵，且要保證高可靠性、高密度組裝和優(yōu)良電氣特性的電子設(shè)備中得到了廣泛的應(yīng)用。
　　
　　 剛性－軟性多層PCB也可把許多單面或雙面軟性PCB的末端粘合壓制在一起成為剛性部分，而中間不粘合成為軟性部分，剛性部分的Z面用金屬化孔互連。可把可撓性線路層壓到剛性多層板內(nèi)。這類PCB越來越多地用在那些要求超高封裝密度、優(yōu)良電氣特性、高可靠性和嚴(yán)格限制體積的場合。
　　
　　 已經(jīng)有一系列的混合多層軟性PCB部件設(shè)計用于軍用航空電子設(shè)備中，在這些應(yīng)用場合，重量和體積是至關(guān)重要的。為了符合規(guī)定的重量和體積限度，內(nèi)部封裝密度必須極高。除了電路密度高以外，為了使串?dāng)_和噪聲最小，所有信號傳輸線必須屏蔽。若要使用屏蔽的分離導(dǎo)線，則實際上不可能經(jīng)濟(jì)地封裝到系統(tǒng)中。這樣，就使用了混合的多層
　　
　　 軟性PCB來實現(xiàn)其互連。這種部件將屏蔽的信號線包含在扁平帶狀線軟性PCB中，而后者又是剛性PCB的一個必要組成部分。在比較高水平的操作場合，制造完成后，PCB形成一個90°的S形彎曲，從而提供了z平面互連的途徑，并且在x、y和z平面振動應(yīng)力作用下，可在錫焊點(diǎn)上消除應(yīng)力-應(yīng)變。
　　
　　
　　 2．優(yōu)點(diǎn) 剛性區(qū)域 剛性區(qū)域
　　 2.1可撓性
　　
　　 應(yīng)用軟性PCB的一個顯著優(yōu)點(diǎn)是它能更方便地在三維空間走線和裝連，也可卷曲或折疊起來使用。只要在容許的曲率半徑范圍內(nèi)卷曲，可經(jīng)受幾千至幾萬次使用而不至損壞。
　　 2.2減小體積
　　
　　 在組件裝連中，同使用導(dǎo)線纜比，軟性PCB的導(dǎo)體截面薄而扁平，減少了導(dǎo)線尺寸，并可沿著機(jī)殼成形，使設(shè)備的結(jié)構(gòu)更加緊湊、合理，減小了裝連體積。與剛性PCB比，空間可節(jié)省60~90%。
　　 2.3減輕重量
　　 在同樣體積內(nèi)，軟性PCB與導(dǎo)線電纜比，在相同載流量下，其重量可減輕約70%，與剛性PCB比，重量減輕約90%。
　　 2.4裝連的一致性
　　 用軟性PCB裝連，消除了用導(dǎo)線電纜接線時的差錯。只要加工圖紙經(jīng)過校對通過后，所有以后生產(chǎn)出來的繞性電路都是相同。裝連接線時不會發(fā)生錯接。
　　 2.5增加了可靠性
　　 當(dāng)采用軟性PCB裝連時，由于可在X、Y、Z三個平面上布線，減少了轉(zhuǎn)接互連，使整系統(tǒng)的可靠性增加，且對故障的檢查，提供了方便。
　　 2.6電氣參數(shù)設(shè)計可控性
　　
　　 根據(jù)使用要求，設(shè)計師在進(jìn)行軟性PCB設(shè)計時，可控制電容、電感、特性阻抗、延遲和衰減等。能設(shè)計成具有傳輸線的特性。因為這些參數(shù)與導(dǎo)線寬度、厚度、間距、絕緣層厚度、介電常數(shù)、損耗角正切等有關(guān)，這在采用導(dǎo)線電纜時是難于辦到的。
　　 2.7末端可整體錫焊
　　
　　 軟性PCB象剛性PCB一樣，具有終端焊盤，可消除導(dǎo)線的剝頭和搪錫，從而節(jié)約了成本。終端焊盤與元、器件、插頭連接，可用浸焊或波峰焊來代替每根導(dǎo)線的手工錫焊。
　　 2.8材料使用可選擇
　　
　　 軟性PCB可根據(jù)不同的使用要求，選用不同的基底材料來制造。例如，在要求成本低的裝連應(yīng)用中，可使用聚酯薄膜。在要求高的應(yīng)用中，需要具有優(yōu)良的性能，可使用聚酰亞薄膜。
　　 2.9低成本
　　 用軟性PCB裝連，能使總的成本有所降低。這是因為：
　　 1）由于軟性PCB的導(dǎo)線各種參數(shù)的一致性；實行整體端接，消除了電纜導(dǎo)線裝連時經(jīng)常發(fā)生的錯誤和返工,且軟性PCB的更換比較方便。
　　 2）軟性PCB的應(yīng)用使結(jié)構(gòu)設(shè)計簡化，它可直接粘附到構(gòu)件上，減少線夾和其固定件。
　　 3）對于需要有屏蔽的導(dǎo)線，用軟性PCB價格較低。
　　 2.10加工的連續(xù)性
　　 由于軟性覆箔板可連續(xù)成卷狀供應(yīng)，因此可實現(xiàn)軟性PCB的連續(xù)生產(chǎn)。這也有利于降低成本。
　　 3．缺點(diǎn)
　　 3.1一次性初始成本高
　　
　　 由于軟性PCB是為特殊應(yīng)用而設(shè)計、制造的，所以開始的電路設(shè)計、布線和照相底版所需的費(fèi)用較高。除非有特殊需要應(yīng)用軟性PCB外，通常少量應(yīng)用時，最好不采用。
　　 3.2軟性PCB的更改和修補(bǔ)比較困難
　　 軟性PCB一旦制成后，要更改必須從底圖或編制的光繪程序開始，因此不易更改。其表面覆蓋一層保護(hù)膜，修補(bǔ)前要去除，修補(bǔ)后又要復(fù)原，這是比較困難的工作。
　　 3.3尺寸受限制
　　 軟性PCB在尚不普的情況下，通常用間歇法工藝制造，因此受到生產(chǎn)設(shè)備尺寸的限制，不能做得很長，很寬。
　　 3.4操作不當(dāng)易損壞
　　 裝連人員操作不當(dāng)易引起軟性電路的損壞，其錫焊和返工需要經(jīng)過訓(xùn)練的人員操作。