柔性電路的特點和材料的選用

隨著電子產品日新月異的迅猛發展，對電子組裝技術提出了一個又一個嚴峻的挑戰。為了能夠迎合電子技術的發展，人們在電子組裝技術上進行了大膽的創新，在此背景下一種含有精致導線、采用薄薄的、柔順的聚合物薄膜制造的柔性電路應運而生，它能夠適用表面安裝技術并能夠被彎曲成無數種所需的形狀。

??? 采用SMT技術的柔性電路可以制造的很薄、很精巧，絕緣厚度小于25μm,這種柔性電路能夠被任意彎曲并且可以卷曲后放入圓柱體中,以充分利用三維體積。它打破了傳統固有使用面積的思維定勢，從而形成充分利用體積形狀的能力，這能夠在目前常規采用的每單位面積所使用的導體長度上，顯著地增強有效使用密度，形成高密度的組裝形式。
　　近年來柔性電路的使用已經擴展到了無線電通信、計算機和汽車電子設備等領域。以前柔性電路專門作為剛性線纜的替代物來使用，它己經能夠很成熟地作為剛性電路和印刷電路板的替代品應用在要求采用薄型電路或者三維電路的場合。為了能夠滿足剛柔相濟的應用要求，剛柔技術在剛性電路板上結合了柔性電路。

柔性電路的早期應用
??? 雖然采用SMT技術的柔性電路是一項現代高科技技術，但是它采用了最早的印刷電路線的基本原理，其根源可以一直追溯到20世紀70年代。可能最早使用SMT柔性電路技術的情形發生在20世紀70年代的初期。美國德州儀器公司在開發計算器時，將雙列直插式集成電路放入歐翼型器件，然后通過熱條焊接在柔性電路上面。柔性電路的基層薄膜是對熱敏感的滌綸薄膜，其工藝制造方式為根據電路制造的方式連續滾壓。另外一個早期SMT柔性電路技術的應用例子是寶麗來 (Polaroid)照相機中采用的電路。寶麗來照相機是一種在拍照后立即可以進行沖洗的照相機，寶麗來公司轉向采用SMT柔性電路技術是在20世紀80年代初期，柔性電路的基層薄膜是滌綸薄膜，采用波峰焊接技術進行焊接。自從20世紀80年代初期以來，柔性電路與SMT技術相結合已取得了很大的成功。當明白了對于薄膜基片而言，SMT是一種理想的組裝技術以后，相當一部分柔性電路制造商便迅速地進入了SMT技術領域。

柔性電路的主要材料
??? 在柔性電路中使用的主要材料是絕緣簿膜、膠黏劑和導線。絕緣簿膜形成了電路的基礎。膠黏劑將銅箔黏接到絕緣簿膜上，在多層結構設計中，內部有許多層被黏合在了一起。使用外保護層將電與砂塵和潮氣相隔絕，與此同時還可以降低在撓曲時所受的應力。導電層是由銅箔提供的。

??? 在一些柔性電路中，采用鋁或者不銹鋼作為加強肋，以確保幾何尺寸的穩定性。同時還可以提供在元器件和連接器插入時的機械支撐力，以及消除掉應力。加強肋采用膠黏劑黏接在柔性電路上面。有時在柔性電路中采用的另外一種材料是黏接片（bond ply），它是由兩面涂覆有膠黏劑的絕緣簿膜構成。黏接片能夠提供環境保護和電氣絕緣，它能夠起到取消簿膜層和在層數較少的多層電路中起到黏接的作用。
許多絕緣簿膜可以從市場上采購到，最常用的是聚酰亞胺和滌綸材料（如表1所示）。在美國的所有柔性電路制造廠商中，接近80%的廠商是采用聚酰亞胺簿膜作為柔性電路的材料，大約20%的制造廠商結合采用滌綸簿膜。聚酰亞胺材料具有不易燃、幾何尺寸穩定的特點，擁有較高的抗撕裂強度，并且能夠忍受焊接時的高溫。滌綸也稱為聚對苯二甲酸乙二醇脂（polyethylene terephthalate 簡稱PET），物理性能與聚酰亞胺相類似，具有較低的介電常數和能夠吸附少量的潮氣，但是耐高溫的能力較差。

??? 滌綸的熔化點在250℃，它的玻璃化轉變溫度(Tg)為80℃，這些參數限制了它們在需要進行大量焊接的場合的使用。在低溫狀態下，它們較硬,但是它們仍適用于在電話以及其他不暴露在惡劣環境下工作的電子產品中使用。

??? 聚酰亞胺絕緣簿膜通常與聚酰亞胺或者丙烯酸膠黏劑一起使用，絳綸絕緣簿膜一般與絳綸膠黏劑一起使用。在焊接或者在整個多層層壓周期操作以后，黏接好的材料具有令人滿意的特性優點，即穩定的幾何尺寸。在膠黏劑中的其他重要特性是較低的介電常數、較高的絕緣阻抗、較高的玻璃化轉變溫度和較低的吸濕性。

??? 在柔性電路中除了采用絕緣簿膜與導電材料相互黏接以外，膠黏劑也被用作防護涂覆來使用，它可以形成覆蓋層（也稱為coverlays）和表面涂層。這兩者之間的主要差異在于所采用的應用方式不同。覆蓋層是將膠黏劑覆蓋在層壓有電路的絕緣簿膜上面，而表面涂層是通過表面印刷的方式涂布膠黏劑。

??? 不是所有的層壓結構都要與膠黏劑相接合，不采用膠黏劑的層壓結構與采用膠黏劑的層壓結構相比較，能夠提供更簿的電路、更佳的柔軟性和更好的導熱率。簿型結構的導熱率和不采用耐熱膠黏劑的結構，允許不采用膠黏劑的電路在不宜采用膠黏劑為基礎的層壓簿片的工作場合中使用。

??? 在柔性電路中所使用的銅箔可以采用電沉積或者采用鍛制的方式獲得。采用電沉積制造的箔片一面是有光澤的，而另外一面是沒有光澤的，它形成了可以彎曲的材料，可以形成不同的厚度尺寸和寬度尺寸。由電沉積制成的箔片的無光澤一面常常需要采用特殊處理，以求改善其黏接性能。采用鍛制方式形成的銅箔除了可以彎曲以外，具有一定的硬度和表面光滑度，可以適應要求動態柔性活動的場合使用。

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柔性電路的層壓構造和特點
??? 美國杜邦（DuPont）公司、ICI Americas公司、Rogers公司和Sheldahl公司等材料供應廠商還提供適合特殊應用的特定層壓構造。杜邦公司除了能夠提供聚酰亞胺—丙烯酸結構以外，還能提供各種聚酰亞胺層壓簿膜材料。杜邦公司的Kapton 聚酰亞胺簿膜材料是它用于許多Pyralux 產品中的基礎材料，其中包括Pyralux FR （flame-retardant阻燃型）和 LF覆銅層壓簿片、黏合層片和覆蓋層。Pyralux AP層壓簿片也采用了Kapton簿膜。

??? Pyralux FR覆銅層壓簿片是在杜邦Kapton 聚酰亞胺簿膜上覆蓋一面或者雙面銅箔復合而成，它通過一種具有專利權的、阻燃型的C級丙烯酸膠黏劑黏合在一起。Pyralux FR黏接層是在Kopton簿膜兩面覆蓋B級丙烯酸膠黏劑復合而成。Pyralux FR覆蓋層是在Kapton簿膜的一側涂覆B級丙烯酸膠黏劑復合而成。LF系列是非阻燃型的，但是在其他方面它像FR系列材料一樣受到人們的重視。

??? Pyralux PC是一種可成像的覆蓋層（photoimageable coverlay），它由丙烯酸、氨基鉀酸酯和硫亞氨基礎材料等構成，適合于無線電通信、計算機、工業用和醫學用電子設備，在這些應用場合要求反復柔性循環，但是不適合動作劇烈的柔性化應用。

??? Pyralux AP是一種雙面覆蓋有銅的層壓簿片，它沒有采用膠黏劑，是由Kapton聚酰亞胺簿膜與銅箔復合而成，它在高達200℃以上的溫度下具有熱穩定性。

??? Kapton 簿膜也被美國亞利桑那州Chandler的Rogers Corporation公司用作其R/flex 2005阻燃型材料系列的基礎材料。該材料系列是由采用Kapton為基礎的覆蓋層、黏接簿膜和覆銅Kapton層壓簿片所構成，使用了阻燃型的膠黏劑。Rogers公司也提供了一種沒有采用膠黏劑的層壓簿片，稱為flex-imid 3000，它是一種覆蓋有銅的、采用聚酰亞胺為基礎的層壓簿片，它能夠在160℃的工作溫度下連續的工作。

??? 基于PEN（polyethylene naphthalate）的絕緣簿膜是一種類似于滌綸的材料，它可以從美國ICI Americas公司購得。PEN和滌綸（PET）之間的主要差異是它所具有的熱性能更佳。Kaladex PEN 簿膜所呈現的玻璃化轉變溫度（Tg）比PET簿膜的要高120℃。PEN所具有的這種特性，再加上幾何尺寸的穩定性和耐化學品特性，使得這種Kaladex簿膜可用于替代滌綸和聚酰亞胺簿膜。

??? 美國明尼蘇達州Northfield的Sheldahl公司利用其Novaclad和 Novaflex生產線，制造生產了很多無膠黏劑的柔性電路材料。Novaclad是一種復合有銅箔的聚酰亞胺材料，它可以按照設計師的要求采用不同厚度和性能的銅箔。Novaclad G2200覆銅層壓簿膜材料在化學特性和耐熱性能方面的性能有了進一步的提高，人們曾經作過一次測試，它可以在超過150℃的溫度條件下連續工作1000小時。

??? 現在介紹由Sheldahl公司推出的Novaclad G2300和G2400。Novaclad G2300層壓簿膜已經通過了在150℃的溫度條件下連續工作1000小時的長期熱老化測試。Novaclad G2400 MCM級材料的開發是為了滿足多芯片模塊(multichip modules簡稱MCM)和芯片規模封裝（chip scale packages簡稱CSP）所提出的挑戰。這種層壓簿膜不采用填充料，可以通過激光形成微孔。它同樣也能通過微細引線成像（fine-line imaging）技術形成很簿的銅箔，并增強涂覆的貴金屬（例如：鈀和化學鍍Ni/Au）的耐化學性。Novaclad G2400材料在簿膜和銅箔之間的光滑連接表面，改善了在高速信號傳輸時的電性能。

??? 在Sheldahl公司創建的Novaclad品牌產品中，使用了基于真空金屬噴鍍的具有專利權的技術，該技術可以將一層很簿的純銅簿層施加在聚酰亞胺簿膜的表面上。然后這種材料過通電鍍制成特定的厚度以形成Novaclad 的基礎材料。
Novaclad 基礎材料被使用在不采用膠黏劑的Novaflex柔性電路制造中。在全部電路成像以后，施加上一層Novaflex絕緣覆蓋層。Novaflex柔性電路的設計是為了能夠忍受在惡劣的環境條件下進行工作，Novaflex 免膠黏劑互連系統提供更佳的柔軟性、耐化學性能、高溫特性和最大的熱耗散性能。

采用聚合物添加法的柔性電路技術
??? 美國的Poly-Flex Circuits公司開發成功了一種柔性電路技術，它不同于常規采用的方法。它不采用銅導體和膠黏劑來形成電路，僅采用一種填充有銀顆粒的導電油墨，將其印刷在滌綸簿膜的絕緣基礎簿膜上。一種稱為Poly-Solder的導電環氧樹脂將表面貼裝器件與電路連接在了一起。

??? 通過在第一層導電層上面印刷上一種聚合基絕緣層，然后再安置上第二層導電層的方式，可以形成一層以上的電路層。在導電層之間可以通過導電孔的方法實現互連。

??? 它可以替換標準的柔性電路以適合工作溫度范圍在40℃到85℃場合的應用要求，目前已廣泛應用于諸如：電話機、鍵盤、自動調溫器、電子游戲機、信息顯示屏和醫療儀器等電子產品之中。

結束語
??? 在選擇用于柔性電路的材料中，可供選擇的范圍有一定的限制，但是在絕大多數的電子產品應用場合中所遇到的各種要求一般都能夠得到滿足。對于無線電通信產品、計算機、醫療、工業和汽車電子產品來說，柔性電路材料將繼續扮演一個非常重要的角色。

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