關于軟硬結合板的技術

從這篇博客的標題可以看出，最近我已經(jīng)充分研究了關于軟硬結合板的技術。軟硬結合板有很多好處，許多設計師們之前并不了解，因為他們的設計不是必須使用這個技術。然而現(xiàn)在越來越多的設計師將要面對構建越來越高密度的電子設備的壓力，更讓他們頭痛的是還有要不斷地降低制造成本和減少制造時間。其實，這真的不是什么新的技術難題。很多的工程師和設計師們已經(jīng)為之頭痛很久，且所面臨的壓力也正不斷驟增。

軟硬結合板很可能成為新手在新技術開拓道路上的一個陷阱。因此，了解如何制造柔性電路以及軟硬結合板是非常明智的。這樣，我們可以輕松找設計中的錯誤隱患，防患于未然?，F(xiàn)在，讓我們認識一下做這些板子需要哪些基礎材料。

柔性電路的材料

基底和保護層薄膜

首先，我們來考慮一下普通的剛性印刷電路板，它們的基底材料通常是玻璃纖維和環(huán)氧樹脂。實際上，這些材料是一種纖維，盡管我們稱之為“剛性”，如果單取出一層，你還能感受到它的彈性。由于其中的固化環(huán)氧樹脂，才能使板層更加剛硬。由于它不夠靈活，所以不能應用到某些產(chǎn)品上。但是對于很多簡單裝配的、板子不會持續(xù)移動的電子產(chǎn)品還是合適的。

在更多的應用中，我們更需要比環(huán)氧樹脂靈活的塑料薄膜。我們最常用的材質是聚酰亞胺(PI)，它非常柔軟、牢固，我們不能輕易地撕裂它或者延展它。而且它還具有難以置信的熱穩(wěn)定性，能夠輕松承受加工中回流焊過程的溫度變化，而且在溫度的起伏變化過程中，我們幾乎不能發(fā)現(xiàn)它的伸縮形變。

聚酯（PET）是另外一種常用的柔性電路材料，與只聚酰亞胺（PI）薄膜比較，它的耐熱性和溫度形變比PI薄膜差。這種材質通常用于低成本的電子設備中，印刷的線路包裹在柔軟的薄膜中。由于PET無法承受高溫，更不用說焊接了，所以，一般采用冷壓的工藝制作這種柔性線路板 。我記得這個時鐘收音機的顯示部分采用的是這種柔性連接電路，所以這臺收音機經(jīng)常工作不正常，根本原因就是這個質量差的連接件。所以我們建議軟硬結合板還是選擇PI薄膜，其他材料也有但不經(jīng)常使用。

PI膜、PET膜、薄環(huán)氧樹脂和玻璃纖維芯，是柔性電路的常用材質。除此之外，電路還需要使用其他保護膜，通常是PI或PET膜，有時會采用掩膜阻焊油墨。與在硬質板上組焊層保護線路相同，保護膜可以把導體與外界絕緣，保護其免受腐蝕和損壞。PI和PET膜的厚度在?密耳至3密耳范圍內(nèi)，其中1密耳或2密耳厚度的比較常用。玻璃纖維和環(huán)氧樹脂材質較厚，一般是從2密耳到4密耳。

導體

在上面提到的省錢的電子產(chǎn)品中使用了印刷導線，通常是碳膜或銀基油墨，但是銅導線還是普遍的選擇。根據(jù)不同的應用，我們要選擇不同的銅箔的形式。如果僅僅為了代替導線和接插件，從而減少制造時間和成本，那么良好應用于應性線路板的電解銅箔就是最好的選擇。電解銅箔同樣會應用于通過增加的銅的重量來提高電流的承載能力，從而得到可以實現(xiàn)的銅皮寬度的場合，例如平面電感器。

眾所周知，銅在加工硬化和應力疲勞方面一直比較差勁的。如果最終的應用中柔性電路需要反復折疊或者重復移位，那么高等級的軋制韌化銅箔（RA）是更好的選擇。顯而易見，多了軋制韌化這一步驟勢必增加成本，但是軋制韌化銅箔在出現(xiàn)疲勞斷裂前能夠被更多次的彎曲、折疊。而且它在Z偏轉方向彈性增加了，這是我們需要的，在經(jīng)常彎曲和滾動的應用中，它回報給我們更長的壽命。因為軋制韌化過程拉長了在平面方向的晶粒結構。

圖2：夸張版的軋制韌化過程插圖，非比例構圖。銅箔通過高壓輥輪后，可以在平面方向上延伸它的晶粒結構，使銅更柔軟并且增加了z軸的彈性。

典型的例子就是臺架與銑刀刀頭的鏈接，或者藍光驅動器中的激光頭（如下圖所示）。

圖3：在藍光機器中，柔性電路應用與激光與主電路板之間的連接。請注意，激光頭上線路板上的柔性電路有需要彎曲成直角，這里用了一顆膠珠來增強柔性電路的聯(lián)接。

膠粘劑

通常，我們需要膠粘劑來粘合銅箔和PI膜（或其他膜），因為與傳統(tǒng)的FR-4剛性板不同，軋制韌化后的銅箔表面沒有很多的毛刺，因此高溫、高壓不能實現(xiàn)良好的粘合。制造商，例如杜邦公司提供了單、雙面的，可腐蝕的覆銅箔層壓膜。它使用了厚度為?密耳或1密耳的丙烯酸或者環(huán)氧基膠的粘合劑。這個粘合劑是為柔性線路板專門開發(fā)的。

由于像直接在PI薄膜上涂鍍和沉積銅皮這樣新的加工工藝的引入，“無膠”層壓板正變得越來越普遍。在需要更細的間距和更小的過孔的HDI電路中，這樣薄膜就可以大派用場了。

當需要在軟硬結合部添加保護膠珠時，我們會使用到硅樹脂、熱熔膠或者環(huán)氧樹脂。這樣會增強軟硬結合部機械強度，確保在重復使用的過程中不會產(chǎn)生應力疲勞或者撕裂。圖3中就是最好的例子。

圖4：典型單層柔性電路板堆疊。

總結

清楚了解在柔性電路板或者軟硬結合電路板中使用的材料是非常重要的。我們也可以放手給的制造商，由他們可以根據(jù)應用自由選擇材料，但是這就為最終產(chǎn)品的失敗埋下了隱患。比起我的概要，Coombs，CF（主編，2008）《印刷電路手冊》，第6版，2008 McGraw Hill，pp 61.30 - 61.24中詳細描述了相關內(nèi)容。

了解材料的性能還可以幫助我們設計、評估和測試產(chǎn)品的機械部分。如果研發(fā)的是應用于汽車的產(chǎn)品，那么散熱、防潮、化學腐蝕、沖擊等情況都需要仔細模擬，從而采用正確的材料來實現(xiàn)產(chǎn)品的高可靠性以及最小允許彎曲半徑。諷刺的是，驅使我們選擇柔性后者軟硬結合板應用實際，往往會暴露在惡劣的環(huán)境中。例如，低成本的消費類個人電子設備經(jīng)常會受到振動、跌落、汗水等困擾。