柔性印制電路板的構造培訓教材

?

聚酰亞胺薄膜大量應用的主要原因是它能夠承受手工的和自動焊料焊接的熱量。聚酰亞胺薄膜有極好的熱阻，可在接近300℃的溫度下連續使用飛在這些溫度下，由于氧化和內部金屬增生，銅箱和焊錫點會很快被破壞。層壓板的性能由粘結劑和支撐薄膜的結合性能決定。因此，選擇層壓板時，了解粘結劑和薄膜性能的影響是很重要的。

　　聚酰亞胺薄膜具有阻燃性，當與特殊的復合耐火粘結劑粘接時，層壓板產品能夠承受高溫。然而，許多柔性印制電路粘結劑有更低的阻抗，雖然它們能夠承受焊接溫度，但是在聚酷亞膠薄膜層壓板中，這些粘結劑的連接性能較差。表1列出了聚酰亞胺薄膜的性能。

　　一些聚酰亞胺薄膜吸收了大量的濕氣。先前暴露于溫度升高中的層壓板，例如在焊接溫度下，必須被烘干。對于單層電路，應保持在100℃或更高的溫度中至少1h ，而對于多層結構電路，需要的時間則更長一些。因為重新攝取濕氣是非常快的，如果處理不能在1h 以內完成，則層壓板應該被貯存在干燥的條件下。

　　1.空間穩定性

　　柔性印制電路的一個重要性能是它們的空間穩定性。暴露在各種各樣的加工環境中，柔性層壓板且有的膨脹和收縮系數比以玻璃增強的剛性系統更大。柔性層壓極的穩定性取決于薄膜的性能，構成層壓板的粘結劑性能和加工條件使柔性層壓板的穩定性退化(Stearns , 1992) 。精細的層壓板制造使用了低網張力、抽真空層壓和熱穩定薄膜，可以將收縮減到最小。蝕刻以后，具有高抗拉強度的高性能薄膜可達到0.1% 的收縮率，而用傳統的聚酰亞胺薄膜制作的層壓板的收縮率通常可以達到0.15% 。如果沒有其他錯誤的出現，這些收縮值可能看起來是微不足道的、可容忍的、可預計的，但是許多時候，它們是不符合要求的，需要花很高的成本去抑制它。

　　2. 抗拉強度

　　柔性印制電路通常是有多個應力集中點的復雜幾何學，這就使抗拉強度成為了其重要的性能。例如，一個被撕裂的電路不能被修復。因為多數的柔性粘結劑比聚酰亞胺薄膜具有更好的抗拉強度，所以粘結劑能提高層壓板性能。薄膜的性能是具有好的空間穩定性的根本，它可以降低撕裂度，因為柔軟的薄膜在被扯壞之前具有較大的伸長量。

　　在柔性層壓板中，粘結劑是主要的絕緣物質，它本身具有絕緣阻抗和一定的絕緣強度。因而，當在印制電路板布局中設計導線分布圖時，柔性印制電路設計者一定要仔細了解層壓板的性能，而不是薄膜的性能。

　　由于聚酰亞胺薄膜和粘結劑具有高的介電常數(3.7 或更大)和耗散因數(大于0.03) ，因此它們在可控阻抗的應用中有相對較差的電性能。受該局限性的限制，在這樣的應用中應采用一些其他類型的層壓板。

　　二，聚酯薄膜

　　絕緣基板薄膜一一聚酯薄膜的力學性能類似于聚酰亞胺薄膜，且它的導電能力很強，吸濕性極小。然而，多數的聚酯薄膜可以在不低于125 ℃下使用，但它們在耐熱性方面的一些至關重要的參數(如最高溫度)上比不上聚酰亞胺薄膜。它們的熔點也低于焊接溫度。雖然如此，通過使用專門的技術，像壓接或加壓的方法，聚酯薄膜能減少柔性印制電路的戚本，且不降低電路的性能和質量。在汽車和通信電路中，聚酯薄膜是應用最普遍的。與聚酰亞胺薄膜相比，聚酯薄膜有很低的介電常數，更高的絕緣阻抗，更大的抗拉強度和較低的價格。聚酯薄膜的吸濕性是良好的，在極好的空間穩定性下，其值小于1% 。聚酯薄膜僅在熱敏電阻區域內有局限性，但是它具有很大的價格優勢。聚酯對溶劑和其他化學藥品有高的抗腐蝕能力，它還有高抗拉強度(25000psi) 和高絕緣強度(每0.001 in 厚薄膜的絕緣強度為7.5kVx10-3in)Θ。

　　聚酯薄膜是一種聚合體。最常用的聚酯薄膜之一是"Mylar"Θ， Mylar 是商品名，是由美國Mis 杜邦公司生產的產品。聚酯薄膜使用的溫度范圍為75 150℃ ，這使它不適合超過230℃的焊接溫度。這個問題可通過使用大的焊盤、寬導線和0.00275in (0.07mm) 厚度的銅箔來解決，并利用適當的罩具或夾具使熱量遠離除被焊接電路以外的所有的元器件。

　　三，芳香族聚酸胺薄膜

　　通常被用于電動機和發電機絕緣的非織芳香族聚酸胺纖維價格便宜，并且有突出的絕緣強度和熱性能。它們可在220℃的溫度下連續使用，當與合適的層壓粘結劑配合使用時，可制成很好的柔性層壓板。

　　這種產品有很好的張力和抗拉強度，也有較高的空間穩定性，然而它非常容易吸濕。與使用聚酰亞胺的層壓板一樣，在焊接組裝之前，使用芳香族聚酸胺的層壓板也必須進行徹底的干燥，并且在整個組裝過程中保持干燥。

　　芳香族聚酸胺薄膜的缺點表現在其污染性上。當層壓板暴露于液體中進行加工處理時，化學物質可能浸入到纖維結構中，留下永久的污點，這會引起潛在的絕緣阻抗問題。芳香族聚酸胺薄膜有許多優良的性能，并且價格便宜，但是它們的缺點使它們很難在大量柔性印制電路中得到應用。

　　常用的芳香族聚酸膠材料之一是"Nomex"Θ ， Nomex 是Mis 杜邦公司的一個商標。Nomex 是一種能夠極好的可承受焊接溫度的高溫紙，它很難撕裂且延伸極慢。

　　四，碳氟化合物薄膜

　　在Kapton 出現以前，最初的柔性印制電路板使用高性能的碳氟化合物薄膜。不可比擬的化學惰性、極高的熱阻、突出的絕緣性能和堅硬的力學性能使碳氟化合物薄膜成為柔性印制電路的理想選擇。

　　用熔解合成法制成的碳氟化合物電介質空間穩定性差。層壓板在其要求的溫度(接近300℃)下對半熔解的電介質所造成的應力可以破壞纖細和精密的印制導 線。

　　對于柔性印制電路，碳氟化合物薄膜具有極好的性能，特別是它們的抗扯值非常好。鑒于這個性能，碳氟化合物碎片有時被用于加強聚酰亞胺電路的不耐用的區域。碳氟化合物層壓板本身對于一般的化學物質呈惰性，且它固有不燃性，所以在生產過程和使用中不會引起任何問題。

　　由于碳氟化合物薄膜極好的抗化學性，所以在鍍通孔過程中，不容易被鍍銅。使用水浴槽的方法對于增強孔壁上的元電鍍銅的附著幾乎沒有任何作用，需要使用額外的處理步驟。

　　現在，電路和層壓、板的制造已變得較容易，碳氟化合物薄膜的組裝可以用粘結劑代替熔接過程，雖然空間穩定性沒有達到聚酰亞胺的水平，但是已有很大的提高。如果粘結劑保持盡可能的薄，電路將以較低的成本實現熔接電路的極好的電性能。

　　五，電介質的選擇

　　柔性層壓板絕緣基板對制造的成本和成品電路的性能有重要的影響。聚酰亞胺薄膜對此提供了最好的性價比。

　　聚酯薄膜居其次，只是在熱阻方面稍遜一籌。芳香族聚酸胺非織纖維有獨特的性能，建議使用于成本有限而性能要求不是很高的場合中。碳氟化合物有極好的絕緣性能，適合于要求可控阻抗的應用中。

　　表2給出了聚酯薄膜、碳氟化合物薄膜和芳香族聚酸胺薄膜的性能。