挠性和刚性-挠性印制电路板的制造工艺

挠性和刚性－挠性印制电路板的制造工艺

前言

挠性印制电路板的发展和广泛应用，是因为它有着显著的优越性，它的结构灵活、体积小、重量轻（由薄膜构成）。它除静态挠曲外，还能作动态挠曲、卷曲和折叠等。它能向三维空间扩展，提高了电路设计和机械结构设计的自由度和灵活性，可以在x、y、z平面上布线，减少界面连接点，既减少了整机工作量和装配的差错，又大大提高电子设备整个系统的可靠性和稳定性。挠性印制板的应用的领域更为广泛，如计算机、通信机、仪器仪表、医疗器械、军事和航天等方面。随着微电子技术的飞速发展，电子设备的小型化和多功能化的发展趋势，拉动其发展的的主要是hdd用的无线浮动磁头、中继器和csp(chip scale package）所采用的内插器以及广泛应用的便携式电话、平面显示器等新的挠性板应用领域，特别是高密度互连结构（hdi）用的挠性板的应用，将极大地带动挠性印制电路技术的迅猛发层。高密度挠性印制电路板成为各种类型控制系统的重要的组装件。使挠性印制电路板应用获得长足的发展，迫使原低产量、高成本、高技术含量转化为常用技术时，面对全球经济化的趋势下，就必须考虑低成本、高产量化的问题，以满足市埸迅猛增长的需要。特别是高密度挠性印制电路需求量倍增，一个重要的驱动因素－硬盘驱动器，可望将市埸继续推进到至少2004年。

一．挠性印制电路板的结构形式

从目前使用的规格数量统计，主要有四种结构类型的挠性板：第一种是单面挠性印制电路板，它的特点就是结构简单，制作起来方便，其质量也最容易控制；第二种是双面挠性印制电路板，它的结构就比单面就复杂的多，特别是要经过镀覆孔的处理，控制难度就要高些；第三种就是多层挠性板，其结构形式就更复杂，工艺质量就更难控制，第六种是刚－挠性单面印制电路板；第五种是刚挠双面印制电路板；第六种是刚挠多层板。后三种类型结构的印制电路板，比前三种类型结构的板制造起来就更加有难度。这种挠性或刚挠性类型的结构形式请见以下系列图示：

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二．挠性板的材料

从挠性印制电路板的结构分析，构成挠性印制电路板的材料有绝缘基材、胶粘剂、金属导体层（铜箔）和覆盖层。根据挠性板的结构，其最重要的是基材的选择，要满足高密度互连结构挠性板的技术要求，就必须寻找新材料，不断地改善基材的性能，并采用新的加工工艺技术，达到高产量和低成本的要求。现就挠性板的结构用料需要简述如下： 挠性板的主体材料，必须是可挠曲的绝缘薄膜，作为载体它应具有良好的机械和电气性能。常规通用的材料有聚脂和聚酰亚胺薄膜。但应用比较多的挠性板的载体是聚酰亚胺薄膜系列。随着新材料的研制和开发，可选择的材料变得多样化，除上述两种类型的常用材料外，还有聚乙烯环烷（pen）和薄型的环氧树脂/玻璃布结构材料（fr4）。同样原聚脂（pi）材料也有很大的改进，新的聚酰亚胺（pi）具有较高的耐高温性及尺寸稳定性。

但要制造这些挠性印制电路板，就需要这些材料的为主体的覆铜箔挠性层压板。原制造工艺方法，就是选择薄铜箔与基底材料，然后采用粘结剂进行高温热压的技术，这种工艺技术成本高，需要一整套的工艺装备，由于不是专业化生产，其成品质量很不稳定。现采用现成的覆铜箔挠性基材，就方便得多了。基板的厚度根据设计需要来确定，但铜箔却是标准化的，通常所采用的铜箔厚度为35微米，其它非标准的有17.5微米、70微米或105微米。挠性板所使用的原材料，不同于刚性印制板，在有些应用上它不适宜采用焊接的工艺方法，而热塑性介质材料也只能使用较低的温度范围 内使用。电气互连也是通过卷曲方法实现连接。在一定的条件下，焊接所使用的焊料为60/40锡铅合金，是唯一可使用的。主要材料技术能数见表1：

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三．导体图形制作

挠性印制电路板的导电图形的设计和制造，可采用单面或双面的导电图形。多层板也是如此。而双面和多层的设计需使用通孔电镀的工艺方法，达到层与层间的电气互连。并采用合适的透明覆盖层保护导电图形。该绝缘覆盖层起到保护导体图形不会被沾污、灰尘和金饷颗粒等对导体电路的影响，否则很容易引起短路。挠性板上的焊盘可采用钻孔或冲孔的方法，在覆盖层表面开窗口，使需要进行焊接的焊盘露出来，以便进行电装作业。

在应用上如不要求强的弯曲和折叠的规格的挠性板，可以在其表面网印特殊的阻焊膜，可能会更经济。导电体的宽度的在确定前，需要考虑其机械性能的稳定性和传输电流量的要求，而导休一之间的间距则需要根据，如确保运行的可靠性、安全性和电路所需的电压等工作参数。焊盘设计上应将焊盘的尺寸要大些，以便能抵的住焊接温度的热冲击而不会产生变形。特别要注意的是必须确保焊盘的位置有利于弯曲区域。使用刚性板与挠性板相结的时候，所采用的通孔需要进行化学沉铜和电镀铜。电镀的金属有铜 、金、镍和锡铅合金等电镀层。符号可采用网印的工艺方法或有些元件也适用于网印的工艺方法。其中电器元件中的线圈、电容器和传输线路也可以设计到挠性板的平的表面上去，这些都可以用网印的工艺方法转移到挠性板的平的表面上。

四．尺寸、几何形状和孔

挠性板可以制造成任何几何形状。不过，无论采用何种几何形状，必须更容易加工和控制，出于经济的原因，尽量首先采用矩形（直角形）构造。以便减少消耗和节约工具成本。同时其它复杂的几何形状最好选用的量最小。挠性与刚性相结合的印制板的孔，大都需要进行镀覆孔，以达到层间的电气互连目的。自高密度互连结构的挠性板出现后，其孔径越来越小，甚到达到孔径100－50微米的微导通孔和微盲导通孔，这种类型的孔的加工采用机械工艺方法显然是达到技术要求的。现多数厂家采用激光钻孔、光致成孔、等离子蚀孔等先进的加工手段。

五．制造的工艺步骤

挠性印制电路板的制造工序与刚性印制板制造工序是相同的。刚性印制电路板制造所使用的工艺装备基本上是相同的，辅助装备和所使用的工模具基本上类同。所谓特殊的部分就是在化学沉铜和电镀时需要有特殊的夹具进行装挂，避免漂浮。但采用刚－挠印制电路板时，就比单种类的挠性板更好控制。在软板进行处理时，很多专用工艺装备对处理挠性薄板就必须的拖架，如进行蚀时时，就必须采用厚基板作的拖架。

六．装配构思

挠性印制板的装配就是指它与其它电路板的机械和电气互连的结合。为此，所采用的印制板的必须有特定的装配位置和形状，然后用力插入所需连接的连接器上或固定在所要求的位置上。在同样的情况下，挠性印制电路板为进一步固定时，采用专用夹子或粘结剂进行固定。通常挠性板的电气和机械连接可用软焊料进行焊接。如果充许的情况下，也可以选择浸焊料的工艺方法。如果不充许的，就必须采用手工焊接。当厚度减薄时，挠性板与刚性板相比更容易产生过热现象。唯一能采用的焊接工艺方法就是聚酰亚胺层压板，但也需要注意。下列图表表示Mylar（Polyester即聚脂材料）进行焊接时，使用60/40锡铅合金焊料的焊接时间和温度要求：

聚脂层压板的采用手工焊接时，需要有经验的操作者进行。然而环氧树脂基的玻璃布层压板和聚四氟乙烯（又称特氟隆）就不会产生任何质量问题。但是，在所有的情况下，基于需要焊接的表面首先要进行表面清理，以确保焊接质量。根据需要和应用的情况，不是所有的挠性板需要进行焊接进连接，有时采用的连接方法是多样化的，如弯曲连接时采用插头装置和插座或用专用的夹子固定到挠性板上。采用印制插头的挠性板可采用镀镍金工艺方法金。为适用于压力接触的挠性板应采用刚性材料。刚－挠印制电路板使用聚酰亚胺膜层压在挠性和刚性部分的电路表面。

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