柔性电路板的结构、工艺及设计

随着越来越多的手机采用翻盖结构,柔性电路板也随之越来越多的被采用。

按照基材和铜箔的结合方式划分,柔性电路板可分为两种:

有胶柔性板和无胶柔性板。

其中无胶柔性板的价格比有胶的柔性板要高得多,但是它的柔韧性、铜箔和基材的结合力、焊盘的平面度等参数也比有胶柔性板要好。所以它一般只用于那些要求很高的场合,如:COF(CHIP ON FLEX,柔性板上贴装裸露芯片,对焊盘平面度要求很高)等。

由于其价格太高,目前在市场上应用的绝大部分柔性板还是有胶的柔性板。

下面我们要介绍和讨论的也是有胶的柔性板。由于柔性板主要用于需要弯折的场合,若设计或工艺不合理,容易产生微裂纹、开焊等缺陷。下面就是关于柔性电路板的结构及其在设计、工艺上的特殊要求。

柔性板的结构

按照导电铜箔的层数划分,分为单层板、双层板、多层板、双面板等。

单层板的结构:这种结构的柔性板是最简单结构的柔性板。通常基材+透明胶+铜箔是一套买来的原材料,保护膜+透明胶是另一种买来的原材料。首先,铜箔要进行刻蚀等工艺处理来得到需要的电路,保护膜要进行钻孔以露出相应的焊盘。清洗之后再用滚压法把两者结合起来。然后再在露出的焊盘部分电镀金或锡等进行保护。这样,大板就做好了。一般还要冲压成相应形状的小电路板。

也有不用保护膜而直接在铜箔上印阻焊层的,这样成本会低一些,但电路板的机械强度会变差。除非强度要求不高但价格需要尽量低的场合,最好是应用贴保护膜的方法。

双层板的结构:当电路的线路太复杂、单层板无法布线或需要铜箔以进行接地屏蔽时,就需要选用双层板甚至多层板。

多层板与单层板最典型的差异是增加了过孔结构以便连结各层铜箔。一般基材+透明胶+铜箔的第一个加工工艺就是制作过孔。先在基材和铜箔上钻孔,清洗之后镀上一定厚度的铜,过孔就做好了。之后的制作工艺和单层板几乎一样。

双面板的结构:双面板的两面都有焊盘,主要用于和其他电路板的连接。虽然它和单层板结构相似,但制作工艺差别很大。它的原材料是铜箔,保护膜+透明胶。先要按焊盘位置要求在保护膜上钻孔,再把铜箔贴上,腐蚀出焊盘和引线后再贴上另一个钻好孔的保护膜即可。

材料的性能及选择方法

(1)、基材:

材料为聚酰亚胺(POLYMIDE),是一种耐高温,高强度的高分子材料。它是由杜邦发明的高分子材料,杜邦出产的聚酰亚胺名字叫KAPTON。另外还可买到一些日本生产的聚酰亚胺,价钱比杜邦便宜。

它可以承受400摄氏度的温度10秒钟,抗拉强度为15,000-30,000PSI。

25μm厚的基材价格最便宜,应用也最普遍。如果需要电路板硬一点,应选用50μm的基材。反之,如果需要电路板柔软一点,则选用13μm的基材。

(2)、基材的透明胶:

分为环氧树脂和聚乙烯两种,都为热固胶。聚乙烯的强度比较低,如果希望电路板比较柔软,则选择聚乙烯。

基材和其上的透明胶越厚,电路板越硬。如果电路板有弯折比较大的区域,则应尽量选用比较薄的基材和透明胶来减少铜箔表面的应力,这样铜箔出现微裂纹的机会比较小。当然,对于这样的区域,应该尽可能选用单层板。

(3)、铜箔:

分为压延铜和电解铜两种。压延铜强度高,耐弯折,但价格较贵。电解铜价格便宜得多,但强度差,易折断,一般用在很少弯折的场合。

铜箔厚度的选择要依据引线最小宽度和最小间距而定。铜箔越薄,可达到的最小宽度和间距越小。

选用压延铜时,要注意铜箔的压延方向。铜箔的压延方向要和电路板的主要弯曲方向一致。

(4)、保护膜及其透明胶:

同样,25μm的保护膜会使电路板比较硬,但价格比较便宜。对于弯折比较大的电路板,最好选用13μm的保护膜。

透明胶同样分为环氧树脂和聚乙烯两种,使用环氧树脂的电路板比较硬。当热压完成后,保护膜的边缘会挤出一些透明胶,若焊盘尺寸大于保护膜开孔尺寸时,此挤出胶会减小焊盘尺寸并造成其边缘不规则。此时,应尽量选用13μm厚度的透明胶。

(5)、焊盘镀层:

对于弯折比较大又有部分焊盘裸露的电路板,应采用电镀镍+化学镀金层、镍层应尽可能薄:0.5-2μm,化学金层0.05-0.1μm。

焊盘及引线的形状设计

(1).SMT焊盘:

——普通焊盘:

防止微裂纹的发生。

——加强型焊盘:

如果要求焊盘强度很高或做加强型设计。

——LED焊盘:

由于LED的位置要求很高并且往往在组装过程中受力,故其焊盘要做特殊设计。

——QFP、SOP或BGA的焊盘:

由于角上的焊盘应力较大,要做加强型设计。

(2).引线:

——为了避免应力集中,引线要避免直角拐角,而应采用圆弧形拐角。

——接近电路板外形拐角处的引线,为避免应力集中,应做如下设计:

对外接口的设计

(1)、焊接孔或插头处的电路板设计:

由于焊接孔或插头处在插接操作时应力较大,要做加强型设计以避免裂纹。

用加强板来增加电路板焊接孔插头处的硬度,厚度一般为0.2-0.3mm,材料为聚酰亚胺、PET或金属。对于焊盘镀层,插头最好选电镀镍+硬金,焊孔选电镀镍+化学金。

(2)、热压焊接处的设计:

一般用于两个柔性板或柔性板与硬电路板的连接。

若在热压焊区域附近需要弯折电路板,要在此区域上贴聚酰亚胺胶带或点胶进行保护以避免焊盘根部折断。

(3)、ACF热压处的设计:

冲压孔和小电路板边角的设计(见表3)

针对SMT的设计:

(1)、元器件的方向:

元件的长度方向要避开柔性板的弯曲方向。

(2)、大的QFP或BGA要在柔性板反面贴加强板或在IC下灌胶。

加强板的材料为FR4,厚度大于0.2毫米,面积大于元件外边缘0.5毫米。

(3)、柔性板靠近边缘的部位要做两个定位孔。还需要做两个贴片用识别焊盘,其直径为1毫米,距离其他焊盘至少3.5毫米,表面镀金或镀锡,平面度要好。

(4)、如果大的柔性板是由许多小板组成,每个小板上要做一个环形(内径3.2毫米)的坏电路板识别焊盘。若此小电路板已损坏,可用黑色记号笔把此识别焊盘涂黑,以避开以后的操作。

(5)、元件离电路板边缘的最小距离为2.5毫米,元件之间的最小间距为0.5毫米。

(6)、元件下不要有过孔,因为助焊剂会流过过孔造成污染。

针对电性能的设计

(1)、最大电流和线宽,线高的关系:(见表)

(2)、阻抗和噪音的控制:

——选用绝缘性强的透明胶,如:聚乙烯。避免选用环氧树脂。

——在高阻抗或高频电路中,要增加导线和接地板间的距离。

——还可采用以上几种设计方式:

SMT工艺的特殊设计

(1)、在印锡膏和贴片工艺中的定位方式:

由于柔性板厚度很薄并有柔性,若用电路板边缘定位,定位精度很差。应采用定位孔定位。在印锡膏时为了躲开漏板,要采用带弹簧销的支撑平板。

(2)、印锡膏、贴片、过加热炉直到目检完,全程使用支撑板固定。以避免操作中造成焊点损坏。



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