柔性線(xiàn)路板制作工藝流程及PCB設計軟件應用
柔性線(xiàn)路板(Flexible Printed Circuit)可以自由彎曲、卷繞、折疊,柔性線(xiàn)路板是采用聚酰亞胺薄膜為基材加工而成的,在行業(yè)中又稱(chēng)為軟板或FPC.柔性線(xiàn)路板根據層數不同其工藝流程分為雙面柔性線(xiàn)路板工藝流程、多層柔性線(xiàn)路板工藝流程。FPC軟板可以承受數百萬(wàn)次的動(dòng)態(tài)彎曲而不損壞導線(xiàn),可依照空間布局要求任意安排,并在三維空間任意移動(dòng)和伸縮,從而達到元器件裝配和導線(xiàn)連接的一體化;柔性電路板可大大縮小電子產(chǎn)品的體積和重量,適用電子產(chǎn)品向高密度、小型化、高可靠方向發(fā)展的需要。
隨著(zhù)越來(lái)越多的手機采用翻蓋結構,柔性電路板也隨之越來(lái)越多的被采用。
按照基材和銅箔的結合方式劃分,柔性電路板可分為兩種:
有膠柔性板和無(wú)膠柔性板。
其中無(wú)膠柔性板的價(jià)格比有膠的柔性板要高得多,但是它的柔韌性、銅箔和基材的結合力、焊盤(pán)的平面度等參數也比有膠柔性板要好。所以它一般只用于那些要求很高的場(chǎng)合,如:COF(CHIP ON FLEX,柔性板上貼裝裸露芯片,對焊盤(pán)平面度要求很高)等。
由于其價(jià)格太高,目前在市場(chǎng)上應用的絕大部分柔性板還是有膠的柔性板。
下面我們要介紹和討論的也是有膠的柔性板。由于柔性板主要用于需要彎折的場(chǎng)合,若設計或工藝不合理,容易產(chǎn)生微裂紋、開(kāi)焊等缺陷。下面就是關(guān)于柔性電路板的結構及其在設計、工藝上的特殊要求。
柔性板的結構
按照導電銅箔的層數劃分,分為單層板、雙層板、多層板、雙面板等。
單層板的結構:這種結構的柔性板是最簡(jiǎn)單結構的柔性板。通?;?透明膠+銅箔是一套買(mǎi)來(lái)的原材料,保護膜+透明膠是另一種買(mǎi)來(lái)的原材料。首先,銅箔要進(jìn)行刻蝕等工藝處理來(lái)得到需要的電路,保護膜要進(jìn)行鉆孔以露出相應的焊盤(pán)。清洗之后再用滾壓法把兩者結合起來(lái)。然后再在露出的焊盤(pán)部分電鍍金或錫等進(jìn)行保護。這樣,大板就做好了。一般還要沖壓成相應形狀的小電路板。
也有不用保護膜而直接在銅箔上印阻焊層的,這樣成本會(huì )低一些,但電路板的機械強度會(huì )變差。除非強度要求不高但價(jià)格需要盡量低的場(chǎng)合,最好是應用貼保護膜的方法。
雙層板的結構:當電路的線(xiàn)路太復雜、單層板無(wú)法布線(xiàn)或需要銅箔以進(jìn)行接地屏蔽時(shí),就需要選用雙層板甚至多層板。
多層板與單層板最典型的差異是增加了過(guò)孔結構以便連結各層銅箔。一般基材+透明膠+銅箔的第一個(gè)加工工藝就是制作過(guò)孔。先在基材和銅箔上鉆孔,清洗之后鍍上一定厚度的銅,過(guò)孔就做好了。之后的制作工藝和單層板幾乎一樣。
雙面板的結構:雙面板的兩面都有焊盤(pán),主要用于和其他電路板的連接。雖然它和單層板結構相似,但制作工藝差別很大。它的原材料是銅箔,保護膜+透明膠。先要按焊盤(pán)位置要求在保護膜上鉆孔,再把銅箔貼上,腐蝕出焊盤(pán)和引線(xiàn)后再貼上另一個(gè)鉆好孔的保護膜即可。
材料的性能及選擇方法
(1)、基材:
材料為聚酰亞胺(POLYMIDE),是一種耐高溫,高強度的高分子材料。它是由杜邦發(fā)明的高分子材料,杜邦出產(chǎn)的聚酰亞胺名字叫KAPTON。另外還可買(mǎi)到一些日本生產(chǎn)的聚酰亞胺,價(jià)錢(qián)比杜邦便宜。
它可以承受400攝氏度的溫度10秒鐘,抗拉強度為15,000-30,000PSI。
25μm厚的基材價(jià)格最便宜,應用也最普遍。如果需要電路板硬一點(diǎn),應選用50μm的基材。反之,如果需要電路板柔軟一點(diǎn),則選用13μm的基材。
(2)、基材的透明膠:
分為環(huán)氧樹(shù)脂和聚乙烯兩種,都為熱固膠。聚乙烯的強度比較低,如果希望電路板比較柔軟,則選擇聚乙烯。
基材和其上的透明膠越厚,電路板越硬。如果電路板有彎折比較大的區域,則應盡量選用比較薄的基材和透明膠來(lái)減少銅箔表面的應力,這樣銅箔出現微裂紋的機會(huì )比較小。當然,對于這樣的區域,應該盡可能選用單層板。
(3)、銅箔:
分為壓延銅和電解銅兩種。壓延銅強度高,耐彎折,但價(jià)格較貴。電解銅價(jià)格便宜得多,但強度差,易折斷,一般用在很少彎折的場(chǎng)合。
銅箔厚度的選擇要依據引線(xiàn)最小寬度和最小間距而定。銅箔越薄,可達到的最小寬度和間距越小。
選用壓延銅時(shí),要注意銅箔的壓延方向。銅箔的壓延方向要和電路板的主要彎曲方向一致。
(4)、保護膜及其透明膠:
同樣,25μm的保護膜會(huì )使電路板比較硬,但價(jià)格比較便宜。對于彎折比較大的電路板,最好選用13μm的保護膜。
透明膠同樣分為環(huán)氧樹(shù)脂和聚乙烯兩種,使用環(huán)氧樹(shù)脂的電路板比較硬。當熱壓完成后,保護膜的邊緣會(huì )擠出一些透明膠,若焊盤(pán)尺寸大于保護膜開(kāi)孔尺寸時(shí),此擠出膠會(huì )減小焊盤(pán)尺寸并造成其邊緣不規則。此時(shí),應盡量選用13μm厚度的透明膠。
(5)、焊盤(pán)鍍層:
對于彎折比較大又有部分焊盤(pán)裸露的電路板,應采用電鍍鎳+化學(xué)鍍金層、鎳層應盡可能?。?.5-2μm,化學(xué)金層0.05-0.1μm。
焊盤(pán)及引線(xiàn)的形狀設計
(1).SMT焊盤(pán):
——普通焊盤(pán):
防止微裂紋的發(fā)生。
——加強型焊盤(pán):
如果要求焊盤(pán)強度很高或做加強型設計。
——LED焊盤(pán):
由于LED的位置要求很高并且往往在組裝過(guò)程中受力,故其焊盤(pán)要做特殊設計。
——QFP、SOP或BGA的焊盤(pán):
由于角上的焊盤(pán)應力較大,要做加強型設計。
(2).引線(xiàn):
——為了避免應力集中,引線(xiàn)要避免直角拐角,而應采用圓弧形拐角。
——接近電路板外形拐角處的引線(xiàn),為避免應力集中,應做如下設計:
對外接口的設計
(1)、焊接孔或插頭處的電路板設計:
由于焊接孔或插頭處在插接操作時(shí)應力較大,要做加強型設計以避免裂紋。
用加強板來(lái)增加電路板焊接孔插頭處的硬度,厚度一般為0.2-0.3mm,材料為聚酰亞胺、PET或金屬。對于焊盤(pán)鍍層,插頭最好選電鍍鎳+硬金,焊孔選電鍍鎳+化學(xué)金。
(2)、熱壓焊接處的設計:
一般用于兩個(gè)柔性板或柔性板與硬電路板的連接。
若在熱壓焊區域附近需要彎折電路板,要在此區域上貼聚酰亞胺膠帶或點(diǎn)膠進(jìn)行保護以避免焊盤(pán)根部折斷。
(3)、ACF熱壓處的設計:
沖壓孔和小電路板邊角的設計(見(jiàn)表3)
針對SMT的設計:
(1)、元器件的方向:
元件的長(cháng)度方向要避開(kāi)柔性板的彎曲方向。
(2)、大的QFP或BGA要在柔性板反面貼加強板或在IC下灌膠。
加強板的材料為FR4,厚度大于0.2毫米,面積大于元件外邊緣0.5毫米。
(3)、柔性板靠近邊緣的部位要做兩個(gè)定位孔。還需要做兩個(gè)貼片用識別焊盤(pán),其直徑為1毫米,距離其他焊盤(pán)至少3.5毫米,表面鍍金或鍍錫,平面度要好。
(4)、如果大的柔性板是由許多小板組成,每個(gè)小板上要做一個(gè)環(huán)形(內徑3.2毫米)的壞電路板識別焊盤(pán)。若此小電路板已損壞,可用黑色記號筆把此識別焊盤(pán)涂黑,以避開(kāi)以后的操作。
(5)、元件離電路板邊緣的最小距離為2.5毫米,元件之間的最小間距為0.5毫米。
(6)、元件下不要有過(guò)孔,因為助焊劑會(huì )流過(guò)過(guò)孔造成污染。
針對電性能的設計
(1)、最大電流和線(xiàn)寬,線(xiàn)高的關(guān)系:(見(jiàn)表)
(2)、阻抗和噪音的控制:
——選用絕緣性強的透明膠,如:聚乙烯。避免選用環(huán)氧樹(shù)脂。
——在高阻抗或高頻電路中,要增加導線(xiàn)和接地板間的距離。
——還可采用以上幾種設計方式:
SMT工藝的特殊設計
(1)、在印錫膏和貼片工藝中的定位方式:
由于柔性板厚度很薄并有柔性,若用電路板邊緣定位,定位精度很差。應采用定位孔定位。在印錫膏時(shí)為了躲開(kāi)漏板,要采用帶彈簧銷(xiāo)的支撐平板。
(2)、印錫膏、貼片、過(guò)加熱爐直到目檢完,全程使用支撐板固定。以避免操作中造成焊點(diǎn)損壞。
柔性線(xiàn)路板生產(chǎn)廠(chǎng)家生產(chǎn)制作柔性線(xiàn)路板就會(huì )常用到一些PCB設計軟件,一般有POWERPCB、DXP、99SE、AUTOCAD等PCB設計布線(xiàn)軟件,PCB設計軟件在網(wǎng)上一般都能下載各種版本。還有CAM350、genesis2000都是廠(chǎng)家常用的工程輔助設計軟件。