柔性電路材料的選擇

歡迎閱讀本文檔，希望本文檔能對(duì)您有所幫助!歡迎閱讀本文檔，希望本文檔能對(duì)您有所幫助!感謝閱讀本文檔，希望本文檔能對(duì)您有所幫助!感謝閱讀本文檔，希望本文檔能對(duì)您有所幫助!歡迎閱讀本文檔，希望本文檔能對(duì)您有所幫助!感謝閱讀本文檔，希望本文檔能對(duì)您有所幫助!柔性電路材料的選擇隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，現(xiàn)代社會(huì)與電子技術(shù)息息相關(guān)，超小型移動(dòng)電話、便攜式計(jì)算機(jī)、存儲(chǔ)器、硬盤驅(qū)動(dòng)器、光盤驅(qū)動(dòng)器、汽車電子產(chǎn)品等都對(duì)產(chǎn)品的小型化、輕型化提出了苛刻的要求。要達(dá)到這一目標(biāo)，就必須在生產(chǎn)工藝、元器件、材料等諸方面進(jìn)行深入的探討。為了能夠迎接這一挑戰(zhàn)，一種能夠適用于三維電子組裝的可以彎曲成無數(shù)種需要的形狀的柔性電路應(yīng)運(yùn)而生。近幾年來，柔性電路的使用已經(jīng)擴(kuò)展至3無線電通訊、計(jì)算機(jī)和汽車電子產(chǎn)品應(yīng)用領(lǐng)域以外。曾經(jīng)被用作引線束的專門基片-柔性電路已經(jīng)成熟地進(jìn)入了替換剛性和模塊電路板的應(yīng)用場(chǎng)合，在這些應(yīng)用場(chǎng)合往往有著簿型或者三維電子組裝的要求，另外為了能夠滿足同時(shí)具有柔性化和剛性化的應(yīng)用要求，剛性--柔性技術(shù)融合了具有柔性電路的剛性電路板，現(xiàn)在許多柔性和剛性-柔性層壓結(jié)構(gòu)被應(yīng)用在了各類電子產(chǎn)品之中。本文著重談?wù)勗谌嵝噪娐分械牟牧线x擇。

一、柔性電路的材料組成

在柔性電路之中所使用的材料是絕緣薄膜、粘接劑和導(dǎo)體(見圖1)。絕緣薄膜形成了電路的基礎(chǔ)層，粘接劑將銅箔粘接至了絕緣層上。在多層設(shè)計(jì)中，它再與內(nèi)層粘接在一起。它們也被用作防護(hù)性覆蓋，以使電路與灰塵和潮濕相隔絕，并且能夠降低在撓曲期間的應(yīng)力，銅箔形成了導(dǎo)電層。

在一些柔性電路中，采用了由鋁材或者不銹鋼所形成的剛性構(gòu)件，它們能夠提供尺寸的穩(wěn)定性，為元器件和導(dǎo)線的安置提供了物理支撐，以及應(yīng)力的釋放。粘接劑將剛性構(gòu)件和柔性電路粘接在了一起。另外還有一種材料有時(shí)也被應(yīng)用于柔性電路之中，它就是粘接層片，它是在絕緣薄膜的兩側(cè)面上涂覆有粘接劑而形成。粘接層片提供了環(huán)境防護(hù)和電子絕緣功能，并且能夠消除一層薄膜，以及具有粘接層數(shù)較少的多層的能力。

絕緣薄膜材料有許多種類，但是最為常用的是聚酷亞胺和聚酯材料（見表1）。目前在美國(guó)所有柔性電路制造商中接近80%使用聚酰亞胺薄膜材料，另外約20%采用了聚酯薄膜材料。聚酰亞胺材料具有非易燃性，幾何尺寸穩(wěn)定，具有較高的抗扯強(qiáng)度，并且具有承受焊接溫度的能力，聚酯，也稱為聚乙烯雙笨二甲酸鹽（Polyethyleneterephthalate簡(jiǎn)稱：PET），其物理性能類似于聚酰亞胺，具有較低的介電常數(shù)，吸收的潮濕很小，但是不耐高溫。

聚酯的熔化點(diǎn)為250℃,玻璃轉(zhuǎn)化溫度（Tg）為80℃，這限制了它們?cè)谝筮M(jìn)行大量端部焊接的應(yīng)用場(chǎng)合的使用。在低溫應(yīng)用場(chǎng)合，它們呈現(xiàn)出剛性。盡管如此，它們還是適合于使用在諸如電話和其它無需暴露在惡劣環(huán)境中使用的產(chǎn)品上。

二、粘接劑的使用

聚酰亞胺絕緣薄膜通常與聚酰亞胺或者丙烯酸粘接劑相結(jié)合，聚酯絕緣材料一般是與聚酯粘接劑相結(jié)合。與具有相同特性的材料相結(jié)合的優(yōu)點(diǎn)，在干焊接好了以后，或者經(jīng)多次層壓循環(huán)操作以后，能夠具有尺寸的穩(wěn)定性。在粘接劑中其它的重要特性是較低的介電常數(shù)、較高的絕緣阻值、高的玻璃轉(zhuǎn)化溫度（Tg）和低的吸潮率。

粘接劑除了用于將絕緣薄膜粘接至導(dǎo)電材料上以外，它也可用作覆蓋層，作為防護(hù)性涂覆，以及覆蓋性涂覆。兩者之間的主要差異在于所使用的應(yīng)用方式，覆蓋層粘接覆蓋絕緣薄膜是為了形成疊層構(gòu)造的電路。粘接劑的覆蓋涂覆所采用的篩網(wǎng)印刷技術(shù)。

不是所有的疊層結(jié)構(gòu)均包含粘接劑，沒有粘接劑的疊層形成了更薄的電路和更大的柔順性。它與采用粘接劑為基礎(chǔ)的疊層構(gòu)造相比較,具有更佳的導(dǎo)熱率。由于無粘接劑柔性電路的薄型結(jié)構(gòu)特點(diǎn),以及由于消除了粘接劑的熱阻,從而提高了導(dǎo)熱率,它可以使用在基于粘接劑疊層結(jié)構(gòu)的柔性電路無法使用的工作環(huán)境之中。

銅箔適合于使用在柔性電路之中，它可以采用電淀積（Electrodeposited簡(jiǎn)稱：ED），或者鍍制。采用電淀積的銅箔一側(cè)表面具有光澤，而另一側(cè)被加工的表面暗淡無光澤。它是具有柔順性的材料，可以被制成許多種厚度和寬度，ED銅箔的無光澤一側(cè)，常常經(jīng)特別處理后改善其粘接能力。鍛制銅箔除了具有柔韌性以外，還具有硬質(zhì)平滑的特點(diǎn)，它適合于應(yīng)用在要求動(dòng)態(tài)撓曲的場(chǎng)合之中。

三、美國(guó)市場(chǎng)上的幾款柔性電路材料

目前在美國(guó)的杜邦（DuPont）公司、ICIAmericas公司、Rogers公司和Sheldahl公司作為柔性電路材料的供應(yīng)商，推出了能夠滿足特別要求的柔性電路疊層結(jié)構(gòu)。

美國(guó)杜邦公司除了提供聚酰亞胺丙烯酸結(jié)構(gòu)材料以外，也能夠提供純聚酰亞胺疊層結(jié)構(gòu)材料。杜邦公司的Kapton聚酰亞胺薄膜作為一種基礎(chǔ)材料，應(yīng)用在了它的諸多Pyralux品牌產(chǎn)品中，包括PyraluxFR（Flameretardant阻燃型）和LF覆銅層壓材料、粘接層片和覆蓋層，在PyraluxAP層壓材料之中也包含有Kapton薄膜。

PyraluxFR覆銅層壓材料是一種通過采用具有專利權(quán)的阻燃型C級(jí)丙烯酸粘接劑，將銅箔粘接在DupontKapton聚酰亞胺薄膜一側(cè)或者兩側(cè)的復(fù)合材料。在PyraluxFR材料系列中的層粘接劑，采用的是B級(jí)改良型丙烯酸材料。PyraluxFR粘接層是在Kapton薄膜的兩側(cè)覆蓋上B級(jí)丙烯酸粘接劑。PyraluxFR覆蓋層是一種在一側(cè)覆蓋有B級(jí)丙烯酸粘接劑的Kapton薄膜復(fù)合材料。對(duì)于PyraluxLF系列材料來說，除了不含阻燃劑以外，其它類似于在PyraluxFR系列材料中所作的考慮。

PyraluxPC是一種可照相成像（Photoimageable）的覆蓋層，它是由丙烯酸、氨基甲酸乙酯和酰亞胺為基礎(chǔ)的材料綜合而成。它適合于無線電通訊、計(jì)算機(jī)、工業(yè)和醫(yī)療電子儀器等對(duì)反復(fù)柔性循環(huán)操作有要求的應(yīng)用場(chǎng)合使用。但是它不能夠很好地適合于劇烈變化的柔性應(yīng)用場(chǎng)合。

PyraluxAP雙側(cè)覆銅疊層材料是一種粘接有銅箔的Kapton聚酰亞胺無粘接劑化合物，在超過200℃的情況下，能夠提供熱穩(wěn)定性。

美國(guó)亞利桑那州Chandler的RogersCorporation公司推出的R/fle×2005阻燃型材料系列中，采用了Kapton薄膜作為基礎(chǔ)材料。該材料系列采用Kapton基礎(chǔ)材料作為覆蓋層，使用阻燃型粘接劑粘接薄膜和覆銅Kapton疊層的化合物。Rogers公司同時(shí)也推出了一種為Flex-imide3000型的無粘接劑的疊層材料，它是一種以聚酰亞胺為基礎(chǔ)的覆銅疊層材料，它能夠在160℃的溫度下連續(xù)地工作。

基于聚乙烯naphthalate（PolyethyleneNaphthalate簡(jiǎn)稱：PEN）的絕緣薄膜是一種類似于聚酯的材料，它是由美國(guó)ICIAmericas公司推出的。在PEN和聚酯（PET）之間所存在的主要差異是前者具有良好的熱性能，KaladesPEN薄膜所呈現(xiàn)出的玻璃轉(zhuǎn)化溫度（Tg）為120℃，遠(yuǎn)高于PET薄膜的Tg。Kaladex薄膜的這種特性，以及所具有的幾何尺寸穩(wěn)定性和耐化學(xué)性，使之適合于作為PET和聚酰亞胺的替代物進(jìn)行使用。

在美國(guó)明尼蘇達(dá)州Northfield的Sheldahl公司制造出了各種各樣的無粘接劑柔性電路材料，用于滿足它的Novaclad和Novaflex產(chǎn)品生產(chǎn)線的使用。Navaclad是一種聚酰亞胺銅化合物，可以按照設(shè)計(jì)師的要求規(guī)定所用銅箔的厚度和特性。NavacladG2200型覆銅疊層材料具有增強(qiáng)耐化學(xué)性和耐熱性的特點(diǎn)，它能夠通過在超過150℃的溫度環(huán)境下，所進(jìn)行的1000小時(shí)的性能測(cè)試。

最近Sheldahl公司又推出了NovacladG2300型和G2400型疊層材料，它們?cè)?50℃的溫度環(huán)境下，也通過了1000小時(shí)的長(zhǎng)期加熱老化測(cè)試。該公司推出的NovacladG2400MCM級(jí)材料能夠滿足多芯片模塊（MultichipModules簡(jiǎn)稱MCM）和芯片規(guī)模封裝（ChipScalePackages簡(jiǎn)稱CSP）所提出的挑戰(zhàn)。這種疊層材料為了滿足激光形成微孔，免除了填料。為了能夠滿足貴金屬鍍覆的要求，例如：鈀和無電解Ni/Au的需要，它也采用薄銅以形成精細(xì)引線圖像和增強(qiáng)耐化學(xué)性能。NovacladG2400型材料在薄膜和銅之間的光滑表面，提供了在高速信號(hào)情況下的電性能改善。

在已有的Novaclad產(chǎn)品中，Sheldahi公司使用了其基于真空金屬噴鍍（Vacuummetallization）的專利技術(shù)，將一張銅薄層施加至聚酰亞胺薄膜的表面上，然后這材料被電鍍到規(guī)定的厚度以形成Novaclad基礎(chǔ)材料。這樣所形成的材料結(jié)構(gòu)既薄又輕，具有抗極端高溫和化學(xué)反應(yīng)的能力，并且能夠適合于動(dòng)態(tài)柔性應(yīng)用場(chǎng)合。

Novaclad基礎(chǔ)材料也被用來形成Novaflex無粘接劑柔性電路，在全部電路成像了以后，再使用Novaflex絕緣層。為了能夠滿足惡劣環(huán)境的設(shè)計(jì)需要，Novaflex無粘接劑互連系統(tǒng)提供了進(jìn)一步增強(qiáng)柔順性、耐化學(xué)反應(yīng)特性、高溫特性和非常良好的熱耗散效果。

在美國(guó)羅得艾蘭州Cranston的Roly-FlexCircuits公司開發(fā)出了一種柔性電路技術(shù)，它有別于常規(guī)的方法，它不使用銅導(dǎo)體和粘接劑以形成電路，僅采用一種滲入銀粉的導(dǎo)電印劑，通過印刷附著到聚酯絕緣薄膜基礎(chǔ)材料上。一種稱為Poly-Solder的導(dǎo)電環(huán)氧樹脂能夠用來將表面貼裝器件（SMD）粘接至該柔性電路之上。

通過在第一層導(dǎo)電層上覆蓋上一層聚合物基礎(chǔ)絕緣層，然后再添加上第二層導(dǎo)電層的方式，能夠形成多層柔性電路，導(dǎo)電通孔提供了層與層