1. 柔性板材料介紹

2. 柔性板的設(shè)計(jì)

3. 柔性板的加工及表面處理

           關(guān)于FPC柔性電路板，又稱撓性板，是由在柔性介質(zhì)表面制作有導(dǎo)體線路來組成，可以包含或不包含覆蓋層。一般導(dǎo)體與柔性介質(zhì)之間是用膠粘接的，盡管目前也有無膠銅箔材料。柔性板介質(zhì)的介電常數(shù)比較低，可以給導(dǎo)體提供良好的絕緣和阻抗性能。同時(shí)柔性介質(zhì)很薄并具有柔性，它同樣具有良好的抗拉力、多功能性和散熱性能。

       

          不像普通PCB（硬板），F(xiàn)PC 能夠以很多種方式進(jìn)行彎曲、折疊或重復(fù)運(yùn)動(dòng)。為了挖掘FPC 的全部潛能，設(shè)計(jì)者可以使用多種結(jié)構(gòu)來滿足各種需求，如單面板、雙面板，多層板和軟硬結(jié)合板等。

目前市場(chǎng)上存在兩種類型的柔性板：印制（蝕刻）的和絲印的。絲印的柔性板又稱聚合物厚膜（Polymer Thick Film，簡稱PTF）FPC柔性板。與普通的印制蝕刻技術(shù)不一樣，PTF 技術(shù)是采用其它工

序直接在介質(zhì)薄膜上絲印導(dǎo)電油墨作為導(dǎo)體。雖然PTF 柔性板的應(yīng)用場(chǎng)合不斷擴(kuò)大（如很流行的薄膜開關(guān)），但是印制的柔性板還是這兩種中使用最廣的。本設(shè)計(jì)規(guī)范中主要關(guān)注印制的柔性電路板

（Flexible Printed Circuit，簡稱FPC）的結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)方法。本文中提到的柔性板也就是指柔性印制電路板。

 

柔性板材料介紹

           在柔性板設(shè)計(jì)中，材料的類型和結(jié)構(gòu)非常重要。它主要決定著柔性板的柔軟性、電氣特性和其它機(jī)械特性等；對(duì)柔性板的價(jià)格起著重要的作用。我們必須在設(shè)計(jì)圖紙中規(guī)定好所有的材料。為了起到更好的說明作用，建議用橫截面示意圖來表示柔性板的層壓結(jié)構(gòu)。

          FPC 加工廠家可選的柔性覆銅介質(zhì)和帶膠的介質(zhì)薄膜應(yīng)該符合IPC-MF-150，IPC-FC-231 和IPC-FC-232 ，或者符合IPC-FC-241 和IPC-FC-232 規(guī)定。這些IPC規(guī)范把各種材料按照自然特性分類出來。從眾多材料中選擇適合的材料必須考慮下列幾點(diǎn)：

1.潮敏特性

2. 阻燃特性

3.電氣特性

4.機(jī)械特性

5. 熱沖擊特性

設(shè)計(jì)者和FPC加工廠家必須依據(jù)成本、性能和可制造性來選擇材料。

 

1.1 介質(zhì)(Dielectrics)

根據(jù)需求的不同，柔性電路板使用的板材也不一樣?？梢詮膽?yīng)用的場(chǎng)合及成本等方面加以綜合考慮。常用的有Polyimide（聚酰亞胺，分有膠和無膠）和Polyester（聚酯）。

 

1.1.1 聚酰亞胺(Polyimide)

聚酰亞胺（簡稱PI）是柔性電路加工中最常用的熱固化絕緣材料。材料的厚度范圍一般是12.5μm(0.5mil) 和125μm(5mil) 。部分廠家可以提供7 mil 厚度的，常用的規(guī)格是25μm(1mil) 和12.5μm(0.5mil) ，Polyimide 薄膜，比如DuPont（杜邦）公司的“Kapton®”薄膜，具有優(yōu)異的柔軟性能，良好的尺寸穩(wěn)定性，可以工作在很寬的溫度范圍。而且，它還是阻燃材料，具有突出的抵抗焊接溫度性能，在焊接條件性能

絲毫無損。

 

1.1.2 聚酯(Polyester)

Polyester 是由polyethylene terephthalate（簡寫PET，聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯）來制成的，比如DuPont（杜邦）公司的“Mylar®”薄膜。它應(yīng)用于柔性板的厚度范圍一般是25μm（1mil）～125μm（5mil）。它和Polyimide 一樣具有極好的柔軟性和電氣性能。但是它在制程過程的尺寸穩(wěn)定性比Polyimide 的稍微差些。另外，它的抗撕裂能力也較差，對(duì)焊接溫度也比較敏感。

 

1.2 導(dǎo)體

柔性板導(dǎo)體材料的選擇主要取決于特定應(yīng)用條件下的材料性能。特別是在動(dòng)態(tài)使用情況下，柔性板不停地折疊或伸展，就需要具備有長疲勞壽命的薄的材料。柔性板導(dǎo)體一般有銅箔、銅鎳合金和導(dǎo)電涂料等。

 

1.2.1 銅箔(Copper foil)

在柔性板中最常用、最經(jīng)濟(jì)的導(dǎo)體材料是銅箔。銅箔主要分為電解銅箔（ED，Electrodeposited copper）和壓延銅箔（RA，Rolled－Annealed copper）。電解銅箔，是采用電鍍方式形成。其銅微粒結(jié)晶狀態(tài)為垂直柱狀，易在蝕刻時(shí)形成垂直的線條邊緣，有利于精細(xì)線路的制作；但因?yàn)橹鶢罱Y(jié)構(gòu)易發(fā)生斷裂，所以在經(jīng)常彎曲時(shí)容易斷裂壓延銅箔，是柔性板制造中使用最多的銅箔。其銅微粒結(jié)晶呈水平軸狀結(jié)構(gòu)，它比電解銅更能適應(yīng)多次重復(fù)撓曲。但是因?yàn)閴貉鱼~表面比較光滑，在粘膠的那一面需要特殊處理。

 

1.2.2 其它導(dǎo)體

除了銅箔以外，柔性板的其它導(dǎo)體材料還有銅鎳合金（比如Constantan）和導(dǎo)電涂料。導(dǎo)電涂料是導(dǎo)電材料（如銀，碳等）混合聚合物粘接劑（如樹脂）構(gòu)成的漿狀物。導(dǎo)電涂料印刷在介質(zhì)表面，然后再覆蓋起來。例如銀漿，如果覆蓋絕緣好的話，它的導(dǎo)電性能也是非常不錯(cuò)的。導(dǎo)電涂料與銅箔相比電氣性能稍遜，阻抗系數(shù)也比較高，在某些應(yīng)用柔性場(chǎng)合不適合用它做導(dǎo)體。

 

1.3 膠(Adhesive)

在柔性板設(shè)計(jì)時(shí)，選擇合適的膠來粘接導(dǎo)體和介質(zhì)也是非常重要的。它必須保證FPC加工時(shí)不脫膠或不過多地溢膠。柔性板常用的膠有丙烯酸（acrylic），改良環(huán)氧樹脂（modified epoxy）， 酚丁縮醛（Phenolic Butyrals），增強(qiáng)膠，壓敏膠等等。

 

2.3.1 丙烯酸膠(Acrylic) 、改良丙烯酸膠(Modified Acrylic)

丙烯酸膠(Acrylic adhesives) 及其改良膠(Modified Acrylic Adhesives) 是一種熱固化材料。材料厚度一般有12.5μm（0.5mil）至100μm（4mil），常用的是0.5mil 和1mil 。它廣泛應(yīng)用于高溫柔性場(chǎng)合（如需要鉛錫焊接操作），保證在這些應(yīng)用場(chǎng)合下不脫膠或起泡。它還具有優(yōu)良的抗化學(xué)作用特性，可以抵抗加工過程中化學(xué)物質(zhì)和溶劑的影響。與傳統(tǒng)的丙烯酸膠不一樣，改良丙烯酸膠具有部分類似熱塑性材料的特性。它是用局部橫向耦合的方式來改良材料的。當(dāng)溫度大于它的玻璃轉(zhuǎn)化溫度時(shí)（Tg），膠就粘到銅或介質(zhì)上。因?yàn)椴牧系木植繖M向耦合結(jié)構(gòu)，膠可以在需要時(shí)重復(fù)粘接。像Rogers公司的“R/Flex® 2005 ”或Dupont 公司的“Pyralux® LF”材料中用的膠就用了改良丙烯酸膠。

 

2.3.2 改良環(huán)氧樹脂膠(Modified Epoxy Adhesives)

改良環(huán)氧樹脂膠具有低的溫度膨脹系數(shù)，經(jīng)常應(yīng)用于多層柔性板或軟硬結(jié)合板。環(huán)氧樹脂是一種熱固化材料，在它里面加入其它聚合物來得到增加柔性的改良環(huán)氧樹脂膠。改良環(huán)氧樹脂膠具有極好的Z 軸膨脹系數(shù)特性，還具有高的粘合力，低的潮濕吸收率，以及抵制加工過程化學(xué)溶劑的抗化學(xué)作用特性。

 

2.3.3 酚丁縮醛膠(Phenolic Butyrals Adhesives)

酚丁縮醛，如Rogers 公司的“R/Flex® 10000”膠，與環(huán)氧樹脂一樣的也具有熱固化特性。除此之外，它的柔性特性增強(qiáng)了，更適合于動(dòng)態(tài)柔性應(yīng)用。但是它不能粘接聚酰亞胺介質(zhì)和環(huán)氧樹脂膠。

 

2.3.4 增強(qiáng)膠(Reinforce Adhesives)

增強(qiáng)膠是在玻璃纖維中注入環(huán)氧樹脂或聚酰亞胺樹脂來構(gòu)成的。它最常用于多層FPC 或軟硬板的層間粘合。注入環(huán)氧樹脂的玻璃纖維，又稱半固化片，在軟硬結(jié)合板中可以用作膠或用作基材薄膜。

它與改良丙烯酸膠不同的是因?yàn)樗牡蜔崤蛎浵禂?shù)（thermal expansion coefficient，簡寫CTE）和高玻璃轉(zhuǎn)化溫度（Tg），顯著改善了多層FPC 中的Z 軸穩(wěn)定性。注入聚酰亞胺樹脂的玻璃纖維，更加增加了軟硬結(jié)合板金屬化孔的Z 軸穩(wěn)定性。它的CTE 和Tg 比注入環(huán)氧樹脂的還要好。但是它價(jià)錢更貴，生命周期也較短。

 

2.3.5 壓敏膠(Pressure Sensitive Adhesive)

壓敏膠（Pressure sensitive adhesives，簡稱PSA），可能是FPC 加工中最簡單和最便宜的膠。正如名字代表的一樣，壓敏膠不需要特殊的壓合過程，可以手工粘貼到介質(zhì)表面。因?yàn)樗鼘?duì)溫度和多種化學(xué)物質(zhì)敏感，所以它不能用來膠合介質(zhì)和銅箔。因此壓敏膠的主要用途是粘接補(bǔ)強(qiáng)板或把硬板粘到軟板上。

 

1.4 無膠壓合材料(Adhesiveless Laminates)

隨著高密度FPC 的發(fā)展，對(duì)可靠性和尺寸穩(wěn)定性要求也越來越高。一些主要的材料供應(yīng)商如Dupont，Nippon Steel 等提供了一種稱為無膠壓合的材料。無膠壓合材料解決了生產(chǎn)過程中與膠相關(guān)的問題（如壓合時(shí)容易出現(xiàn)膠厚度不均勻、溢膠等），而且厚度減薄了。

 

1.5 覆蓋層(Cover Layer)

覆蓋層一般是介質(zhì)薄膜和膠的壓合體，或者是柔性介質(zhì)的涂層。非導(dǎo)體薄膜或涂層可以選擇地覆蓋到FPC 表面，起到避免玷污、潮濕、刮痕等保護(hù)作用。常見的保護(hù)層有覆蓋膜（cover film） 和阻焊(Solder mask) 。

 

1.5.1 覆蓋膜(Cover Film)

覆蓋膜是介質(zhì)薄膜和膠的壓合體。它所用的膠與前面介紹的一樣，厚度一般是25μm。當(dāng)然也有無膠覆蓋膜材料。而介質(zhì)薄膜和基材介質(zhì)的一樣，主要有下面兩種:

 

1.聚酰亞胺（Polyimide）

介質(zhì)厚度范圍一般有25μm，50μm～125μm。它的 特性與基材介質(zhì)中介紹的一樣，主要是柔軟性好，耐 高溫

 

2.聚脂（Polyester）

介質(zhì)厚度范圍一般有（25μm/5 0μm/75μm）。它的特性與基材介質(zhì)中介紹的一樣， 主要是相對(duì)便宜，柔曲度好，但不耐高溫。

 

1.5.2 阻焊油墨(Solder Mask)

在某些特定的應(yīng)用場(chǎng)合，柔性板可以和普通硬板一樣使用阻焊油墨來做導(dǎo)體的保護(hù)、絕緣層。油墨的顏色多種多樣，適合多種使用環(huán)境。如攝像頭連接的柔性板用黑色油墨避免反光。另外油墨價(jià)格便宜，可以采用印刷方式加工，總成本很低。但是它柔性沒有覆蓋膜的高。

 

1.5.3 覆蓋膜與油墨的區(qū)別

1.覆蓋膜優(yōu)點(diǎn)：彎曲性能好；厚度較厚，保護(hù)、絕緣強(qiáng) 度較高。缺點(diǎn)：含有膠的覆蓋膜壓合時(shí)會(huì)溢膠，不適 合于小焊盤。焊盤阻焊開窗一般都是鉆孔方式；對(duì)于實(shí) 現(xiàn)直角、方形等開窗需要額外開模或用鐳射切割等方 式，難度較大?？偝杀颈容^貴。

 

2，油墨優(yōu)點(diǎn)：厚度薄，適合于要求薄而且柔性要求不 是很高的場(chǎng)合。顏色多種多樣。采用印刷方式加工， 簡單。不存在溢膠的問題，適合細(xì)間距焊盤。總成本 便宜（是PI 覆蓋膜1/4 或更少）。缺點(diǎn)：因?yàn)楸容^薄，絕緣強(qiáng)度沒有PI 覆蓋膜的高。彎 折性能較差，一般少于1 萬次，對(duì)于動(dòng)態(tài)要求很高的 場(chǎng)合就不太適合。

 

1.6 補(bǔ)強(qiáng)板(Stiffener)

在有器件焊接等很多應(yīng)用場(chǎng)合中，柔性板需要用補(bǔ)強(qiáng)板（Stiffener，又稱加強(qiáng)板）來獲得外部支撐。補(bǔ)強(qiáng)板材料有PI 或Polyester 薄膜，玻璃纖維，聚合物材料，鋼片，鋁片等等。

 

1，PI 或Polyester 薄膜，它們是柔性板補(bǔ)強(qiáng)板常用材料。常用的厚度是125μm(5mil) ，可以獲得一些硬度。

2，玻璃纖維（如FR4），它們也是補(bǔ)強(qiáng)板常用材料。玻璃纖維補(bǔ)強(qiáng)板的硬度比PI 或Polyester 的高，用于要求更硬一些的地方。厚度范圍一般是125μm（5mil）～3.175mm（125mil）。但是它的加工相對(duì)PI 的困難，而且可能不是某些柔性板加工廠家的常備材料。

3，聚合物(Polyetherimide)，如塑料等。它的吸水率低，耐高壓和高溫。

4，鋼片、鋁片，支撐硬度高，而且還可以散熱。設(shè)計(jì)中的硬度或散熱是主要的關(guān)心指標(biāo)。