挠性电路特征及其功效分析

  
  一、挠性电路的特性
·挠性电路体积小 重量轻
挠性电路板最初的设计是用于替代体积较大的线束导线。在目前的接插(cutting-edge)电子器件装配板上,挠性电路通常是满足小型化和移动要求的唯一解决方法。挠性电路(有时称作挠性印制线路)是在聚合物的基材上蚀刻出铜电路或印制聚合物厚膜电路。对于既薄又轻、其结构紧凑复杂的器件而言,其设计解决方案包括从单面导电线路到复杂的多层三维组装。挠性组装的总重量和体积比传统的圆导线线束方法要减少70%。挠性电路还可以通过使用增强材料或衬板的方法增加其强度,以取得附加的机械稳定性。
·挠性电路可移动 弯曲 扭转
挠性电路可移动、弯曲、扭转而不会损坏导线,可以遵从不同形状和特殊的封装尺寸。其仅有的限制是体积空间问题。由于可以承受数百万次的动态弯曲,挠性电路可很好地适用于连续运动或定期运动的内连系统中,成为最终产品功能的一部分。刚性PCB上的焊点受热机械应力的作用,在数百次的循环后便会失效。要求电信号/电源移动,而形状系数/封装尺寸较小的某些产品都获益于挠性电路。
·挠性电路具有优良的电性能 介电性能 耐热性
 挠性电路提供了优良的电性能。较低的介电常数允许电信号快速传输;良好的热性能使组件易于降温;较高的玻璃转化温度或熔点使得组件在更高的温度下良好运行。
·挠性电路具有更高的装配可靠性和产量
挠性电路减少了内连所需的硬件,如传统的电子封装上常用的焊点、中继线、底板线路及线缆,使挠性电路可以提供更高的装配可靠性和产量。因为复杂的多个系统所组成的传统内连硬件在装配时,易出现较高的组件错位率。随着质量工程的出现,一个厚度很薄的挠性系统被设计成仅以一种方式组装,从而消除了许多通常与独立布线工程有关的人为错误。
  挠性组件的应用正在急剧增加。减小体积的唯一方法是组件更小、线条更精细、节距更紧密,以及物件可弯曲。心脏起搏器、医疗设备、视频摄像机、助听器、便携电脑--几乎所有我们今天使用的东西里面都有挠性电路"。
  二、挠性电路的优点及功效
  1、挠性电路的挠曲性和可靠性
  目前盛行四种挠性电路:单面,双面,多层和刚-挠组合型。单面挠性板的成本最低。当对电性能要求不高,而且可以单面布线时,应当选用单面挠性板。这种最常见的形式已经得到了商业应用,如打印机的喷墨盒和计算机的存储器。单面挠性板具有一层化学蚀刻出的导电图形,在挠性绝缘基材面上的导电图形层为压延铜箔。用作挠性装配的绝缘基材可以是聚酰亚胺(Kapton),聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET),芳酰胺纤维纸(Nomex)和聚氯乙烯(PVC)。
  双面挠性板是在基膜的两个面各有一层蚀刻制成的导电图形。金属化孔将绝缘材料两面的图形连接起来形成导电通路,以满足挠曲性的设计和使用功能。而覆盖膜可以保护单、双面导线并指示元件安放的位置。
  多层挠性板是将三层或更多层的单面挠性电路或双面挠性电路层压在一起,通过钻孔、电镀形成金属化孔,在不同层间形成了导电的通路。这样,不需采用复杂的焊接工艺。尽管设计成这种挠性类型导电层的数量可以是无限的,但是,在设计布局时,为了保证装配方便,应当考虑到装配尺寸、层数与挠性的相互影响。
传统的刚-挠板是由刚性和挠性基板有选择地层压在一起的组成的。结构紧密,以金属化孔形成导电连接。如果您的板正、反面都有元件,刚-挠板是一种很好的选择。但如果所有的元件都在一面的话,就要选用双面挠性板,并在其背面层压上一层FR-4增强材料,会更经济。FR-4不会和金属化孔或有效的挠性电路形成电气连接,只是起加固作用。这样既增强了可靠性,又减少了制造过程或安装元件过程,或安装组件后的破损.
  挠性电路工业正处于规模小但迅猛发展之中。聚合物厚膜法(PTF)是一种高效、低成本生产线路板的工艺。该工艺是在的廉价的挠性基材上,选择性地丝印导电聚合物油墨。其代表性的挠性基材为PET。PTF导体包括丝印金属填料或碳粉填料。PTF本身很清洁,使用无铅的SMT 粘接剂,不必蚀刻。因其使用加成工艺,且基材低成本,PTF电路比铜Kapton电路要便宜十倍;比PCB便宜2-3倍。PTF尤其适用于设备的控制面板,因为它成本低,而且在平面图形面板下易组装、换装。在移动电话上和其它的便携产品上,PTF 适合将PCB主板上的元件、开关和照明器件转变成PTF电路。既节省了成本,又减少了能源消耗。
  还有一种混合结构的挠性电路,它也是一种多层板,但多层板的导电层由不同金属构成。一个8层板使用FR-4作为内层的介质,使用kapton作为外层的介质,从主板的三个不同方向伸出引线,每根引线是由不同的金属制成。康铜合金,铜和金分别用作独立的引线。这种混合结构大多用在电信号转换与热量转换的关系及电性能比较苛刻的低温的情况下。在这种情况下,挠性混合电路是唯一可行的解决方法。
  这些挠性电路的构成是否节省成本、是否得到最佳利用,可通过内连设计的方便程度和总成本进行评价。George Serpa 是Flextronics International在San Jose,Califonia 的合同生产商。作为高级产品研发工程师,很了解挠性组装件的情况。"内连的总体方式是不一样的,手机是分块布局形式;便携电脑是X-Y方向可定位布局;打印机是刚-挠PCB形式。这些产品采用价格各异的不同材料制成,以减少每根内连引线的费用。每种设计都要经过类型学的评估,以达到最佳的性能价格比"。
   2、挠性电路的经济性
  如果电路的设计相对简单,总体积不大,而且空间适宜,传统的内连方式大多要合算的多。如果线路复杂,处理许多信号,或者有特殊的电学或力学性能要求,挠性电路是一种较好的设计选择。如果可能应首选PCB。用多层尤其便宜。当应用的尺寸和性能超出PCB的能力时,挠性组装方式才是最经济的选择。在一张薄膜上可制成12mil焊盘内5mil孔径, 3mil线条和节距的挠性电路。因此,在薄膜上( 例如聚酰亚胺薄膜)直接贴装芯片更为可靠。因为它们不含可能是离子沾污源的阻燃剂。这些薄膜可能具有防护性,并在较高的温度下固化,得到的玻璃化温度较高。挠性材料比起刚性材料还有一条潜在的节省成本的原因,就是免除了插接件。
  高成本的原材料是挠性电路价格居高的主要原因。原材料的价格差别较大。原材料成本最低的聚酯挠性电路,PCB的成本是其所用原材料的1.5倍;高性能的聚酰亚胺挠性电路则高达4倍或更高。同时,材料的挠性使其在制造过程中不易进行自动化加工处理,从而导致产量下降;在最后的装配过程中易出现缺陷,这些缺陷包括剥下挠性附件、线条断裂。当设计不适合应用时,这类情况更容易发生。在弯曲或成型引起的高应力下,常常需选择增强材料或加固材料。尽管其原料较贵,制造麻烦,但是DiPalermo仍相信,可折叠、可弯曲以及多层拼板功能,会使整体组件尺寸减小,所用材料随之减少,总的组装成本降低。

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