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选择适合的柔性覆盖层材料
录入时间:2020/3/3 15:58:41

作者:Dave Lackey美国标准电路公司

引言

什么是柔性覆盖层?它有什么作用?它们是新事物,还是已经用在柔性电路上了?为什么说它们对我的设计很重要?

柔性电路的覆盖层是聚合物材料,用来覆盖和保护柔性电路产品的铜走线。不言而喻,柔性电路可以用很多不同的方法来保护,这些方法能够在成本、性能和优化抗弯曲等方面满足不同的要求。一旦确定了走线的保护要求,不仅要确定覆盖层材料的类型,还要确定覆盖层的厚度要求,这一点非常重要。这对某些类型的结构非常重要,尤其是当柔性电路在使用过程中会发生动态弯曲时。。

可以用作覆盖层的材料有各种不同的类型,而且理想的方案也不是唯一的,充分了解这一点也很重要。选择适合的材料取决于许多因素,例如应用环境、成本、使用期限等。在选择覆盖层时,必须对成本和性能之间的平衡进行全面分析来确保做出正确的选择。要考虑的关键问题包括柔性电路在应用时(安装或动态变化时)的弯曲会达到什么程度,是否可以采用混合处理方法(在SMT位置使用阻焊膜层,其他位置使用覆盖层),以及采用激光加工提高覆盖层的性能所产生明显增加的成本(可能延长交货期)是否值得。无论如何,需要通过仔细调查来选择正确的覆盖层技术。

覆盖层的加工选项

在目前印刷电路行业中,机械加工和激光加工都使用通用的制造工艺。这两种加工方法使用各自特有的设备组合,各有各的优点和缺点。使用哪种加工方法得到覆盖层取决于柔性电路的应用环境,产量、交货时间和成本。

机械加工

当然,用机械加工制作覆盖层是目前最有效的方法。机械加工的主要优点是制造商可以使用他们现有设备组合进行PCB钻孔和制作。它可以快速钻孔,多台工作站(4-6个)可以同时钻孔,不需要学习新的内容,而且每个PCB制造商的设备都是现成的。孔的质量取决于钻孔工具,并且机械加工对孔的大小有最小的限制。。

激光加工

需要对激光钻孔进行投资;不过,这种设备主要用于裸PCB的激光钻孔。许多PCB制造商没有现成的激光设备,而且钻孔的成本远高于机械设备钻孔。用激光钻孔的速度要比机械钻孔更快,但一次只能钻一个孔。用激光钻出来的孔非常精确,没有最小孔尺寸的限制。

柔性覆盖层或可弯曲的阻焊层

在成本方面,可弯曲的阻焊模通常是最便宜的。一些一层或两层的可弯曲电路不受多次弯曲周期或最大弯曲半径的影响,这样的电路可以涂一层环氧基阻焊层,阻焊层被设计成不会开裂、可弯曲的阻焊层。不过,在当阻焊层设计需要动态弯曲或最大弯曲半径时,不建议这样做。另一个选项是层压柔性覆盖层,它们的构成与可弯曲电路的核心材料一样,非常适合动态可弯曲电路的应用。

柔性覆盖层材料是在一个侧面上使用丙烯酸粘合剂的聚酰亚胺片。它通常通过预加工在聚酰亚胺片上的最终表面层需要开口的位置开孔。通常使用层压的方法来加工这种覆盖层薄片,采用专用的焊盘来以确保柔性层上铜部件周围的一致性。对于刚性-柔性电路,通常把覆盖层切割成嵌入刚性电路的样子,厚度不会超过50密尔。这样做的目的是让刚性-柔性电路中的所有镀孔没有任何丙烯酸粘合剂,因为它会影响孔壁电镀层的完整性。图1是在柔性电路中使用柔性阻焊层和覆盖层的例子。


图1:用在柔性电路中的可弯曲的阻焊层和覆盖层。

值得注意的是,用来把各个层压的柔性层粘合在一起的粘合层就像是个覆盖层,但这个粘合层的两面都有粘合剂。更值得关注的是,用来制作刚性电路的半固化片(已预先用热固树脂浸渍的玻璃纤维织物)是用在刚性-柔性电路的结构中,在这里它们起粘合层的作用。同样重要的是,要注意在聚酰亚胺的典型厚度范围是0.5 -5密尔(12 – 125微米),粘合剂的典型厚度是0.5- 3密尔(12 – 75微米)。根据设计和应用,对粘合剂厚度的要求通常是由用它粘合的铜的厚度决定的。铜的重量越重,需要的粘合剂就越多。覆盖层涂层的厚度不尽相同,一般的原则是,每覆盖一盎司铜的表面要用一密尔的粘合剂(覆盖层)。粘合层也是如此。图2是四层柔性电路,说明柔性电路中使用的覆盖层和粘合层。


图2:有覆盖层和粘合层的四层柔性电路。

覆盖层与应用的匹配

在柔性电路结构中通常使用覆盖层和覆盖涂层这两个术语,默认情况下,这两个术语是定义柔性电路和刚性-柔性电路的结构要素(图3)。覆盖层就是各种不同的可弯曲涂层,用来保护走线的易受损的表面免于物理损害和沿着电路走线焊接的潜在的灯蕊效应。覆盖层提供保护作用,同时又给设计保留开放入口,可以通过焊接来实现元件的互相连通。确定覆盖层的厚度很重要,这是因为需要在既要提供尽可能大的灵活性,又要保证有足量的粘合剂以符合铜的重量的要求之间保持平衡,(粘合剂越多,可弯曲性就越差)。


图3:柔性电路的覆盖层。

在这个领域,充分掌握柔性电路板要面对的应用场景和工作环境非常重要。覆盖层的选择取决于要怎么使用柔性电路;电路只是在安装时弯曲一次,或者是存在间歇性弯曲的情况,还是在它的使用寿命中将动态弯曲数百万次甚至数十亿次?对于后者,柔性电路覆盖层的尺寸和构成至关重要。在动态弯曲电路时,需要使发生弯曲的导体两侧柔性材料的数量保持平衡。

由于需要考虑到许多因素,在做出PCB的决定时,最佳的方案可能是两种材料或多种材料混合使用。这些材料上的选择包括使用热量和压力把材料层压到铜电路上;可以层压的材料,就像阻焊层,在层压后光电成像以确定连接点;以及可以用简单的办法丝网印刷到柔性电路上的材料,在密封走线时又可以在需要的地方留下开放的特性,用于进一步处理或实现相互连接。

结论:认真调查

我能提供的最好的建议是,去和你的PCB供应商谈谈,讨论适合在你的具体应用中所使用的覆盖层。在进行之样的讨论之前,下述问题将有助于做出正确的覆盖层选择:

•最终产品应用是什么?

•弯曲要求是什么(弯曲多少次,多长时间弯曲一次)?

•有没有成本限制?

•交货期限有什么要求?

•每块电路板需要加工多少个孔?

•在覆盖层中需要的最小尺寸是多少?

•制造商具备激光加工能力吗?

•表面层上的铜的重量是多少?

这种早期的参与可以避免代价高昂的错误,你的设计从一开始就处于可能的最有利的结果。

作者简介:Dave Lackey是美国标准电路公司业务发展副总裁。Lackey还是《印刷线路板设计人员指南:柔性与刚性-柔性基础》一书的共同作者。请访问I-007eBooks.com免费下载美国标准电路公司的书籍,包括《印刷线路板设计人员指南:射频/微波PCB基础》和其他培训课


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