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PCB軟性板的基礎知識

  隨著軟性pcb產量比的不斷增加及剛撓性pcb的應用與推廣,現在比較常見在說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,剛撓復合型的pcb稱剛撓性pcb。它適應了當今電子產品向高密度及高可靠性、小型化、輕量化方向發展的需要,還滿足了嚴格的經濟要求及市場與技術競爭的需要。
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應用。近年來,隨著全球經濟一體化與開放市嘗引進技術的促進其使用量不斷地在增長,有些中小型剛性pcb廠瞄準這一機會采用軟性硬做工藝,利用現有設備對工裝工具及工藝進行改良,轉型生產軟性pcb與適應軟性pcb用量不斷增長的需要。為進一步認識pcb,這里對軟性pcb工藝作一探討性介紹。
一、軟性pcb分類及其優缺點
1.軟性pcb分類
軟性pcb通常根據導體的層數和結構進行如下分類:
1.1單面軟性pcb
單面軟性pcb,只有一層導體,表面可以有覆蓋層或沒有覆蓋層。所用的絕緣基底材料,隨產品的應用的不同而不同。一般常用的絕緣材料有聚酯、聚酰亞胺、聚四氟乙烯、軟性環氧-玻璃布等。
單面軟性pcb又可進一步分為如下四類:
1)無覆蓋層單面連接的
這類軟性pcb的導線圖形在絕緣基材上,導線表面無覆蓋層。像通常的單面剛性pcb一樣。這類產品是最廉價的一種,通常用在非要害且有環境保護的應用場合。其互連是用錫焊、熔焊或壓焊來實現。它常用在早期的電話機中。

2)有覆蓋層單面連接的
這類和前類相比,只是根據客戶要求在導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線的正面和背面均可連接。為了做到這一點,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,通路處焊盤區無絕緣基材,此類焊盤區通常用化學方法去除。

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,有兩層導體。這類雙面軟性pcb的應用和優點與單面軟性pcb相同,其主要優點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,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在電特性上相當于同軸導線或屏蔽導線。最常用的多層軟性pcb結構是四層結構,用金屬化孔實現層間互連,中間二層一般是電源層和接地層。

多層軟性pcb的優點是基材薄膜重量輕并有優良的電氣特性,如低的介電常數。用聚酰亞胺薄膜為基材制成的多層軟性pcb板,比剛性環氧玻璃布多層pcb板的重量約輕1/3,但它失去了單面、雙面軟性pcb優良的可撓性,大多數此類產品是不要求可撓性的。
多層軟性pcb可進一步分成如下類型:

1)撓性絕緣基材上構成多層pcb,其成品規定為可以撓曲:這種結構通常是把許多單面或雙面微帶可撓性pcb的兩面端粘結在一起,但其中心部分并末粘結在一起,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,必須在接地面上設計信號線。為了具有高度的可撓性,導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計中。

2)在軟性絕緣基材上構成多層pcb,其成品末規定可以撓曲: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。當設計要求最大限度地利用薄膜的絕緣特性,如低的介電常數、厚度均勻介質、較輕的重量和能連續加工等特性時,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成多層pcb,其成品必須可以成形,而不是可連續撓曲的: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,但因受電氣設計的限制,如為了所需的導體電阻,要求用厚的導體,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,在成品應用時它已成形。術語“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,并在應用中不能再撓曲。在航空電子設備單元內部布線中應用。這時,要求帶狀線或三維空間設計的導體電阻低、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實現了這種布線任務。因為聚酰亞胺薄膜耐高溫、有可撓性、而且總的電氣和機械特性良好。為了實現這個部件截面的所有互連,其中走線部分進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,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。這類產品在那些把壓縮重量和體積作為關鍵,且要保證高可靠性、高密度組裝和優良電氣特性的電子設備中得到了廣泛的應用。

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??砂芽蓳闲跃€路層壓到剛性多層板內。這類pcb越來越多地用在那些要求超高封裝密度、優良電氣特性、高可靠性和嚴格限制體積的場合。

已經有一系列的混合多層軟性pcb部件設計用于軍用航空電子設備中,在這些應用場合,重量和體積是至關重要的。為了符合規定的重量和體積限度,內部封裝密度必須極高。除了電路密度高以外,為了使串擾和噪聲最小,所有信號傳輸線必須屏蔽。若要使用屏蔽的分離導線,則實際上不可能經濟地封裝到系統中。這樣,就使用了混合的多層

軟性pcb來實現其互連。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平面振動應力作用下,可在錫焊點上消除應力-應變。


2.優點 剛性區域
2.1可撓性

應用軟性pcb的一個顯著優點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卷曲,可經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,同使用導線纜比,軟性pcb的導體截面薄而扁平,減少了導線尺寸,并可沿著機殼成形,使設備的結構更加緊湊、合理,減小了裝連體積。與剛性pcb比,空間可節省60~90%。
2.3減輕重量
在同樣體積內,軟性pcb與導線電纜比,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,消除了用導線電纜接線時的差錯。只要加工圖紙經過校對通過后,所有以后生產出來的繞性電路都是相同。裝連接線時不會發生錯接。
2.5增加了可靠性
當采用軟性pcb裝連時,由于可在X、Y、Z三個平面上布線,減少了轉接互連,使整系統的可靠性增加,且對故障的檢查,提供了方便。
2.6電氣參數設計可控性

根據使用要求,設計師在進行軟性pcb設計時,可控制電容、電感、特性阻抗、延遲和衰減等。能設計成具有傳輸線的特性。因為這些參數與導線寬度、厚度、間距、絕緣層厚度、介電常數、損耗角正切等有關,這在采用導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,可消除導線的剝頭和搪錫,從而節約了成本。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線的手工錫焊。
2.8材料使用可選擇

軟性pcb可根據不同的使用要求,選用不同的基底材料來制造。例如,在要求成本低的裝連應用中,可使用聚酯薄膜。在要求高的應用中,需要具有優良的性能,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的導線各種參數的一致性;實行整體端接,消除了電纜導線裝連時經常發生的錯誤和返工,且軟性pcb的更換比較方便。
2)軟性pcb的應用使結構設計簡化,它可直接粘附到構件上,減少線夾和其固定件。
3)對于需要有屏蔽的導線,用軟性pcb價格較低。
2.10加工的連續性
由于軟性覆箔板可連續成卷狀供應,因此可實現軟性pcb的連續生產。這也有利于降低成本。
3.缺點
3.1一次性初始成本高

由于軟性pcb是為特殊應用而設計、制造的,所以開始的電路設計、布線和照相底版所需的費用較高。除非有特殊需要應用軟性pcb外,通常少量應用時,最好不采用。
3.2軟性pcb的更改和修補比較困難
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膜,修補前要去除,修補后又要復原,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,因此受到生產設備尺寸的限制,不能做得很長,很寬。
3.4操作不當易損壞
裝連人員操作不當易引起軟性電路的損壞,其錫焊和返工需要經過訓練的人員操作。

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