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柔性电路材料综述

更新时间:2015-12-17 17:08:24点击次数:760次

为了能够迎合电子产品日新月异的迅猛发展,人们在电子组装技术上进行了大胆的创新,在此背景下一种含有精致导线、采用薄薄的、柔顺的聚合物薄膜制造的柔性电路应运而生,它能够适用表面安装技术并能够被弯曲成无数种所需的形状。

近年来柔性电路的使用已经扩展到了无线电通信、计算机和汽车电子设备等领域。以前柔性电路专门作为刚性线缆的替代物来使用,它己经能够很成熟地作为刚性电路和印刷电路板的替代品应用在要求采用薄型电路或者三维电路的场合。为了能够满足刚柔相济的应用要求,刚柔技术在刚性电路板上结合了柔性电路。

采用SMT技术的柔性电路可以制造的很薄、很精巧,绝缘厚度小于25μm,这种柔性电路能够被任意弯曲并且可以卷曲后放入圆柱体中,以充分利用三维体积。它打破了传统固有使用面积的思维定势,从而形成充分利用体积形状的能力,这能够在目前常规采用的每单位面积所使用的导体长度上,显著地增强有效使用密度,形成高密度的组装形式。

1 柔性电路的早期应用

虽然采用SMT技术的柔性电路是一项现代高科技技术,但是它采用了最早的印刷电路线的基本原理,其根源可以一直追溯到20世纪70年代。可能最早使用SMT柔性电路技术的情形发生在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件,然后通过热条焊接在柔性电路上面。柔性电路的基层薄膜是对热敏感的涤纶薄膜,其工艺制造方式为根据电路制造的方式连续滚压。另外一个早期SMT柔性电路技术的应用例子是宝丽来 (Polaroid)照相机中采用的电路。宝丽来照相机是一种在拍照后立即可以进行冲洗的照相机,宝丽来公司转向采用SMT柔性电路技术是在20世纪80年代初期,柔性电路的基层薄膜是涤纶薄膜,采用波峰焊接技术进行焊接。自从20世纪80年代初期以来,柔性电路与SMT技术相结合已取得了很大的成功。当明白了对于薄膜基片而言,SMT是一种理想的组装技术以后,相当一部分柔性电路制造商便迅速地进入了SMT技术领域。

2 柔性电路的主要材料

在柔性电路中使用的主要材料是绝缘簿膜、胶黏剂和导线。绝缘簿膜形成了电路的基础。胶黏剂将铜箔黏接到绝缘簿膜上,在多层结构设计中,内部有许多层被黏合在了一起。使用外保护层将电与砂尘和潮气相隔绝,与此同时还可以降低在挠曲时所受的应力。导电层是由铜箔提供的。

在一些柔性电路中,采用铝或者不锈钢作为加强肋,以确保几何尺寸的稳定性。同时还可以提供在元器件和连接器插入时的机械支撑力,以及消除掉应力。加强肋采用胶黏剂黏接在柔性电路上面。有时在柔性电路中采用的另外一种材料是黏接片(bond ply),它是由两面涂覆有胶黏剂的绝缘簿膜构成。黏接片能够提供环境保护和电气绝缘,它能够起到取消簿膜层和在层数较少的多层电路中起到黏接的作用。

许多绝缘簿膜可以从市场上采购到,最常用的是聚酰亚胺和涤纶材料。在美国的所有柔性电路制造厂商中,接近80%的厂商是采用聚酰亚胺簿膜作为柔性电路的材料,大约20%的制造厂商结合采用涤纶簿膜。聚酰亚胺材料具有不易燃、几何尺寸稳定的特点,拥有较高的抗撕裂强度,并且能够忍受焊接时的高温。涤纶也称为聚对苯二甲酸乙二醇脂(polyethylene terephthalate 简称PET),物理性能与聚酰亚胺相类似,具有较低的介电常数和能够吸附少量的潮气,但是耐高温的能力较差。

涤纶的熔化点在250℃,它的玻璃化转变温度(Tg)为80℃,这些参数限制了它们在需要进行大量焊接的场合的使用。在低温状态下,它们较硬,但是它们仍适用于在电话以及其他不暴露在恶劣环境下工作的电子产品中使用。

聚酰亚胺绝缘簿膜通常与聚酰亚胺或者丙烯酸胶黏剂一起使用,绦纶绝缘簿膜一般与绦纶胶黏剂一起使用。在焊接或者在整个多层层压周期操作以后,黏接好的材料具有令人满意的特性优点,即稳定的几何尺寸。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。

在柔性电路中除了采用绝缘簿膜与导电材料相互黏接以外,胶黏剂也被用作防护涂覆来使用,它可以形成覆盖层(也称为coverlays)和表面涂层。这两者之间的主要差异在于所采用的应用方式不同。覆盖层是将胶黏剂覆盖在层压有电路的绝缘簿膜上面,而表面涂层是通过表面印刷的方式涂布胶黏剂。

不是所有的层压结构都要与胶黏剂相接合,不采用胶黏剂的层压结构与采用胶黏剂的层压结构相比较,能够提供更簿的电路、更佳的柔软性和更好的导热率。簿型结构的导热率和不采用耐热胶黏剂的结构,允许不采用胶黏剂的电路在不宜采用胶黏剂为基础的层压簿片的工作场合中使用。

在柔性电路中所使用的铜箔可以采用电沉积或者采用锻制的方式获得。采用电沉积制造的箔片一面是有光泽的,而另外一面是没有光泽的,它形成了可以弯曲的材料,可以形成不同的厚度尺寸和宽度尺寸。由电沉积制成的箔片的无光泽一面常常需要采用特殊处理,以求改善其黏接性能。采用锻制方式形成的铜箔除了可以弯曲以外,具有一定的硬度和表面光滑度,可以适应要求动态柔性活动的场合使用。

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