軟性PCB（FPC）的功能和作用

柔性電路的特性

　　1.1　體積小，重量輕

　　柔性電路板最初的設(shè)計(jì)是用于替代體積較大的線束導(dǎo)線。在目前的接插（cutting-edge）電子器件裝配板上，柔性電路通常是滿足小型化和移動(dòng)要求的唯一解決方法。柔性電路（有時(shí)稱作柔性印制線路）是在聚合物的基材上蝕刻出銅電路或印制聚合物厚膜電路。對(duì)于既薄又輕、其結(jié)構(gòu)緊湊復(fù)雜的器件而言，其設(shè)計(jì)解決方案包括從單面導(dǎo)電線路到復(fù)雜的多層三維組裝。柔性組裝的總重量和體積比傳統(tǒng)的圓導(dǎo)線線束方法要減少70%。柔性電路還可以通過使用增強(qiáng)材料或襯板的方法增加其強(qiáng)度，以取得附加的機(jī)械穩(wěn)定性。

　　1.2　可移動(dòng)、彎曲、扭轉(zhuǎn)

　　柔性電路可移動(dòng)、彎曲、扭轉(zhuǎn)而不會(huì)損壞導(dǎo)線，可以遵從不同形狀和特殊的封裝尺寸。其僅有的限制是體積空間問題。由于可以承受數(shù)百萬次的動(dòng)態(tài)彎曲，柔性電路可很好地適用于連續(xù)運(yùn)動(dòng)或定期運(yùn)動(dòng)的內(nèi)連系統(tǒng)中，成為最終產(chǎn)品功能的一部分。剛性PCB上的焊點(diǎn)受熱機(jī)械應(yīng)力的作用，在數(shù)百次的循環(huán)后便會(huì)失效。Shel-dahl，Northfield，Minn的產(chǎn)品經(jīng)理Randy Lia說："要求電信號(hào)/電源移動(dòng)，而形狀系數(shù)/封裝尺寸較小的某些產(chǎn)品都獲益于柔性電路。"

　　1.3　具有優(yōu)良的電性能

　　柔性電路提供了優(yōu)良的電性能。紐約Inter-national Flex TEchnologies，Endicott的首席執(zhí)行官Don friedman說:"較低的介電常數(shù)允許電信號(hào)快速傳輸；良好的熱性能使組件易于降溫；較高的玻璃轉(zhuǎn)化溫度或熔點(diǎn)使得組件在更高的溫度下良好運(yùn)行。"

　　1.4　柔性電路具有更高的裝配可靠性和產(chǎn)量

　　柔性電路減少了內(nèi)連所需的硬件，如傳統(tǒng)的電子封裝上常用的焊點(diǎn)、中繼線、底板線路及線纜，使柔性電路可以提供更高的裝配可靠性和產(chǎn)量。因?yàn)閺?fù)雜的多個(gè)系統(tǒng)所組成的傳統(tǒng)內(nèi)連硬件在裝配時(shí)，易出現(xiàn)較高的組件錯(cuò)位率。3M Electronic Products Division，Austinm ，Texas的市場(chǎng)經(jīng)理Mike Giesler說："柔性電路的剛度低，體積小，也正是因?yàn)槿嵝噪娐钒褰M件的體積較小，所以使用的材料也就少。"隨著質(zhì)量工程的出現(xiàn)，一個(gè)厚度很薄的柔性系統(tǒng)被設(shè)計(jì)成僅以一種方式組裝，從而消除了許多通常與獨(dú)立布線工程有關(guān)的人為錯(cuò)誤。

　　1.5　柔性組件的應(yīng)用正在急劇增加 。

　　Strataflex Hudson，N.H.的總裁兼總經(jīng)理Jim Barry說："幾乎當(dāng)你拿起當(dāng)今任何一件電器，你都會(huì)在其中發(fā)現(xiàn)柔性組。打開一臺(tái)35mm的照相機(jī)，里面有9到14處不同的柔性電路，因?yàn)檎障鄼C(jī)正在變得更小，功能也更多。減小體積的唯一方法是組件更孝線條更精細(xì)、節(jié)距更緊密，以及物件可彎曲。心臟起搏器、醫(yī)療設(shè)備、視頻攝像機(jī)、助聽器、便攜電腦--幾乎所有我們今天使用的東西里面都有柔性電路"。

柔性電路的優(yōu)點(diǎn)及功效

　　 2.1　柔性電路的撓曲性和可靠性

　　目前盛行四種柔性電路：?jiǎn)蚊妫p面，多層和剛-撓組合型。Friedman說："單面柔性板的成本最低。當(dāng)對(duì)電性能要求不高，而且可以單面布線時(shí)，應(yīng)當(dāng)選用單面柔性板。"這種最常見的形式已經(jīng)得到了商業(yè)應(yīng)用，如打印機(jī)的噴墨盒和計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)器。單面柔性板具有一層化學(xué)蝕刻出的導(dǎo)電圖形，在柔性絕緣基材面上的導(dǎo)電圖形層為壓延銅箔。用作柔性裝配的絕緣基材可以是聚酰亞胺（Kapton），聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯（PET），芳酰胺纖維紙（Nomex）和聚氯乙烯（PVC）。

　　雙面柔性板是在基膜的兩個(gè)面各有一層蝕刻制成的導(dǎo)電圖形。金屬化孔將絕緣材料兩面的圖形連接起來形成導(dǎo)電通路，以滿足撓曲性的設(shè)計(jì)和使用功能。而覆蓋膜可以保護(hù)單、雙面導(dǎo)線并指示元件安放的位置。

　　 多層柔性板是將三層或更多層的單面柔性電路或雙面柔性電路層壓在一起，通過鉆孔、電鍍形成金屬化孔，在不同層間形成了導(dǎo)電的通路。這樣，不需采用復(fù)雜的焊接工藝。位于加里弗尼亞Garden Grove 的Basic Electronics 公司副總裁，總經(jīng)理Al Balzano說："多層電路在更高可靠性，更好的熱傳導(dǎo)性和更方便的裝配性能方面具有巨大的功能差異"。盡管設(shè)計(jì)成這種柔性類型導(dǎo)電層的數(shù)量可以是無限的，但是，在設(shè)計(jì)布局時(shí)，為了保證裝配方便，應(yīng)當(dāng)考慮到裝配尺寸、層數(shù)與柔性的相互影響。

　　傳統(tǒng)的剛-撓板是由剛性和柔性基板有選擇地層壓在一起的組成的。結(jié)構(gòu)緊密，以金屬化孔形成導(dǎo)電連接。位于加里弗尼亞Torrance 的Aero Flexible Ciruitry公司國(guó)際銷售經(jīng)理Mario Amalfitano評(píng)論說："如果您的板正、反面都有元件，剛-撓板是一種很好的選擇。但如果所有的元件都在一面的話，就要選用雙面柔性板，并在其背面層壓上一層FR-4增強(qiáng)材料，會(huì)更經(jīng)濟(jì)。FR-4不會(huì)和金屬化孔或有效的柔性電路形成電氣連接，只是起加固作用。這樣既增強(qiáng)了可靠性，又減少了制造過程或安裝元件過程，或安裝組件后的破損."Amalfitano建議考慮到可靠性和價(jià)格因素，生產(chǎn)廠應(yīng)試圖保持盡可能少的層數(shù)。

　　 柔性電路工業(yè)正處于規(guī)模小但迅猛發(fā)展之中。聚合物厚膜法（PTF）是一種高效、低成本生產(chǎn)線路板的工藝。該工藝是在的廉價(jià)的柔性基材上，選擇性地絲印導(dǎo)電聚合物油墨。其代表性的柔性基材為PET。PTF導(dǎo)體包括絲印金屬填料或碳粉填料。PTF本身很清潔，使用無鉛的SMT 粘接劑，不必蝕刻。位于R.I. Cranstom的 Poly-Flex公司的技術(shù)總監(jiān)Al Hollenbeck說："因其使用加成工藝，且基材低成本，PTF電路比銅Kapton電路要便宜十倍；比PCB便宜2-3倍。PTF尤其適用于設(shè)備的控制面板，因?yàn)樗杀镜?，而且在平面圖形面板下易組裝、換裝。在移動(dòng)電話上和其它的便攜產(chǎn)品上，PTF 適合將PCB主板上的元件、開關(guān)和照明器件轉(zhuǎn)變成PTF電路。既節(jié)省了成本，又減少了能源消耗。"

　　 還有一種混合結(jié)構(gòu)的柔性電路，它也是一種多層板，但多層板的導(dǎo)電層由不同金屬構(gòu)成。位于加里弗尼亞Carlsbad的L.E.Flex Circuits公司的應(yīng)用工程師Jack Lexin說："一個(gè)8層板使用FR-4作為內(nèi)層的介質(zhì)，使用kapton作為外層的介質(zhì)，從主板的三個(gè)不同方向伸出引線，每根引線是由不同的金屬制成?？点~合金，銅和金分別用作獨(dú)立的引線。" 這種混合結(jié)構(gòu)大多用在電信號(hào)轉(zhuǎn)換與熱量轉(zhuǎn)換的關(guān)系及電性能比較苛刻的低溫的情況下。在這種情況下，柔性混合電路是唯一可行的解決方法。

　　 這些柔性電路的構(gòu)成是否節(jié)省成本、是否得到最佳利用，可通過內(nèi)連設(shè)計(jì)的方便程度和總成本進(jìn)行評(píng)價(jià)。George Serpa 是Flextronics International在San Jose，Califonia 的合同生產(chǎn)商。作為高級(jí)產(chǎn)品研發(fā)工程師，很了解柔性組裝件的情況。"內(nèi)連的總體方式是不一樣的，手機(jī)是分塊布局形式；便攜電腦是X-Y方向可定位布局；打印機(jī)是剛-撓PCB形式。這些產(chǎn)品采用價(jià)格各異的不同材料制成，以減少每根內(nèi)連引線的費(fèi)用。每種設(shè)計(jì)都要經(jīng)過類型學(xué)的評(píng)估，以達(dá)到最佳的性能價(jià)格比"。

　　 2.2　柔性電路的經(jīng)濟(jì)性

　　 如果電路的設(shè)計(jì)相對(duì)簡(jiǎn)單，總體積不大，而且空間適宜，傳統(tǒng)的內(nèi)連方式大多要合算的多。如果線路復(fù)雜，處理許多信號(hào)，或者有特殊的電學(xué)或力學(xué)性能要求，柔性電路是一種較好的設(shè)計(jì)選擇。位于Tustin，Califonia的Smartflex公司的設(shè)計(jì)開發(fā)經(jīng)理Tim Patterson說："如果可能應(yīng)首選PCB。用多層尤其便宜。當(dāng)應(yīng)用的尺寸和性能超出PCB的能力時(shí)，柔性組裝方式才是最經(jīng)濟(jì)的選擇。在一張薄膜上可制成12mil焊盤內(nèi)5mil孔徑， 3mil線條和節(jié)距的柔性電路。因此，在薄膜上（ 例如聚酰亞胺薄膜）直接貼裝芯片更為可靠。因?yàn)樗鼈儾缓赡苁请x子沾污源的阻燃劑。這些薄膜可能具有防護(hù)性，并在較高的溫度下固化，得到的玻璃化溫度較高。" 柔性材料比起剛性材料還有一條潛在的節(jié)省成本的原因，就是免除了插接件。

　　 高成本的原材料是柔性電路價(jià)格居高的主要原因。位于Methuen，Mass.的Parlex公司應(yīng)用工程經(jīng)理Joseph DiPalermo說："原材料的價(jià)格差別較大。原材料成本最低的聚酯柔性電路，PCB的成本是其所用原材料的1.5倍；高性能的聚酰亞胺柔性電路則高達(dá)4倍或更高。同時(shí)，材料的柔性使其在制造過程中不易進(jìn)行自動(dòng)化加工處理，從而導(dǎo)致產(chǎn)量下降；在最后的裝配過程中易出現(xiàn)缺陷，這些缺陷包括剝下柔性附件、線條斷裂。當(dāng)設(shè)計(jì)不適合應(yīng)用時(shí)，這類情況更容易發(fā)生。在彎曲或成型引起的高應(yīng)力下，常常需選擇增強(qiáng)材料或加固材料。" 盡管其原料較貴，制造麻煩，但是DiPalermo仍相信，可折疊、可彎曲以及多層拼板功能，會(huì)使整體組件尺寸減小，所用材料隨之減少，總的組裝成本降低。

　　 Amalfitano評(píng)論說："一般說來，柔性電路的確比剛性的花費(fèi)大，而且一直成本較高。相對(duì)剛性板來說，柔性板在制造時(shí)，許多情況下不得不面對(duì)這樣的一個(gè)事實(shí)：許多的參數(shù)超出了公差范圍。制造柔性電路的難處就在于材料的柔性。在剛性板上，您正在加工一塊15mil的FR-4玻璃布板，您在玻璃布板上打下一個(gè)孔或者進(jìn)行了所有的處理過程，當(dāng)您回來時(shí)，那個(gè)孔還在準(zhǔn)確的位置上。而在柔性材料上，您回來時(shí)，孔已經(jīng)挪動(dòng)了5mil。這是柔性板很貴的頭號(hào)原因。"

　　 2.3　柔性電路的成本正在進(jìn)一步降低

　　 盡管有上述的成本方面的因素，但柔性裝配的價(jià)格正在下降，變得和傳統(tǒng)的PCB相接近。這主要是引入了更新的材料、改進(jìn)了生產(chǎn)工藝以及變更了結(jié)構(gòu)的原因。有這樣一個(gè)例子，在具有很多層數(shù)的剛-撓板組件上，取消了使用丙烯酸粘合劑。"如果你造一個(gè)12或14層的剛-撓電路板，你在其中使用了丙烯酸，那就會(huì)有Z軸方向的膨脹及金屬化孔失效。" Barry說，"現(xiàn)在的結(jié)構(gòu)使得產(chǎn)品的熱穩(wěn)定性更高，很少有材料不匹配。產(chǎn)出提高，成本就降下來了?，F(xiàn)在一些更新的材料因銅層更薄而可以制出更精細(xì)線條。更薄的銅層促使組件越來越輕巧，而更輕巧更薄的裝配又促使柔性組件更加適合裝入更小的空間。過去，我們采用輥壓的工藝將銅箔粘附在涂有粘合劑的介質(zhì)上。今天，可以不使用粘接劑直接在介質(zhì)上生成銅箔。這些技術(shù)可以得到的數(shù)微米的銅層，使工業(yè)上得到3 mil甚至寬度更窄的精細(xì)線條。"

　　從柔性電路中除去了粘合劑以后，使柔性電路具有阻燃性能。 這樣既可加速UL認(rèn)證過程又可進(jìn)一步降低成本。當(dāng)柔性電路持續(xù)迅速地從最初的軍事工業(yè)應(yīng)用發(fā)展到民用和消費(fèi)應(yīng)用時(shí)，取得UL認(rèn)證就更加重要。柔性板焊料掩膜和其它的表面涂料使柔性組裝成本進(jìn)一步地降低。Barry始終認(rèn)為，在過去的十年間，一些這樣的新材料和新工藝極大地降低了成本。同時(shí)，也正是因?yàn)樵擃惍a(chǎn)品得到了廣泛的認(rèn)可和需求，柔性材料的成本也在下降。

　　 在未來的數(shù)年中，更孝更復(fù)雜和組裝造價(jià)更高的柔性電路將要求組裝更新穎，并需增加混合柔性電路。對(duì)于柔性電路工業(yè)的挑戰(zhàn)是加強(qiáng)其技術(shù)優(yōu)勢(shì)，保持與計(jì)算機(jī)、遠(yuǎn)程通信、消費(fèi)需求以及活躍的市場(chǎng)同步。另外，柔性電路將在無鉛化行動(dòng)中起到重要的作用。