軟硬結(jié)合板有很多好處，許多設(shè)計(jì)師們之前并不了解，因?yàn)樗麄兊脑O(shè)計(jì)不是必須使用這個(gè)技術(shù)。然而現(xiàn)在越來(lái)越多的設(shè)計(jì)師將要面對(duì)構(gòu)建越來(lái)越高密度的電子設(shè)備的壓力，更讓他們頭痛的是還有要不斷地降低制造成本和減少制造時(shí)間。其實(shí)，這真的不是什么新的技術(shù)難題。很多的工程師和設(shè)計(jì)師們已經(jīng)為之頭痛很久，且所面臨的壓力也正不斷驟增。

因此，了解如何制造柔性電路以及軟硬結(jié)合板是非常明智的。這樣，我們可以輕松找設(shè)計(jì)中的錯(cuò)誤隱患，防患于未然。現(xiàn)在，讓我們認(rèn)識(shí)一下做這些板子需要哪些基礎(chǔ)材料。

柔性電路的材料

基底和保護(hù)層薄膜

首先，我們來(lái)考慮一下普通的剛性印刷電路板，它們的基底材料通常是玻璃纖維和環(huán)氧樹脂。實(shí)際上，這些材料是一種纖維，盡管我們稱之為“剛性”，如果單取出一層，你還能感受到它的彈性。由于其中的固化環(huán)氧樹脂，才能使板層更加剛硬。由于它不夠靈活，所以不能應(yīng)用到某些產(chǎn)品上。但是對(duì)于很多簡(jiǎn)單裝配的、板子不會(huì)持續(xù)移動(dòng)的電子產(chǎn)品還是合適的。

在更多的應(yīng)用中，我們更需要比環(huán)氧樹脂靈活的塑料薄膜。我們最常用的材質(zhì)是聚酰亞胺(PI)，它非常柔軟、牢固，我們不能輕易地撕裂它或者延展它。而且它還具有難以置信的熱穩(wěn)定性，能夠輕松承受加工中回流焊過程的溫度變化，而且在溫度的起伏變化過程中，我們幾乎不能發(fā)現(xiàn)它的伸縮形變。

聚酯（PET）是另外一種常用的柔性電路材料，與只聚酰亞胺（PI）薄膜比較，它的耐熱性和溫度形變比PI薄膜差。這種材質(zhì)通常用于低成本的電子設(shè)備中，印刷的線路包裹在柔軟的薄膜中。由于PET無(wú)法承受高溫，更不用說(shuō)焊接了，所以，一般采用冷壓的工藝制作這種柔性線路板 。我記得這個(gè)時(shí)鐘收音機(jī)的顯示部分采用的是這種柔性連接電路，所以這臺(tái)收音機(jī)經(jīng)常工作不正常，根本原因就是這個(gè)質(zhì)量差的連接件。所以我們建議軟硬結(jié)合板還是選擇PI薄膜，其他材料也有但不經(jīng)常使用。

PI膜、PET膜、薄環(huán)氧樹脂和玻璃纖維芯，是柔性電路的常用材質(zhì)。除此之外，電路還需要使用其他保護(hù)膜，通常是PI或PET膜，有時(shí)會(huì)采用掩膜阻焊油墨。與在硬質(zhì)板上組焊層保護(hù)線路相同，保護(hù)膜可以把導(dǎo)體與外界絕緣，保護(hù)其免受腐蝕和損壞。PI和PET膜的厚度在?密耳至3密耳范圍內(nèi)，其中1密耳或2密耳厚度的比較常用。玻璃纖維和環(huán)氧樹脂材質(zhì)較厚，一般是從2密耳到4密耳。

導(dǎo)體

在上面提到的省錢的電子產(chǎn)品中使用了印刷導(dǎo)線，通常是碳膜或銀基油墨，但是銅導(dǎo)線還是普遍的選擇。根據(jù)不同的應(yīng)用，我們要選擇不同的銅箔的形式。如果僅僅為了代替導(dǎo)線和接插件，從而減少制造時(shí)間和成本，那么良好應(yīng)用于應(yīng)性線路板的電解銅箔就是最好的選擇。電解銅箔同樣會(huì)應(yīng)用于通過增加的銅的重量來(lái)提高電流的承載能力，從而得到可以實(shí)現(xiàn)的銅皮寬度的場(chǎng)合，例如平面電感器。

眾所周知，銅在加工硬化和應(yīng)力疲勞方面一直比較差勁的。如果最終的應(yīng)用中柔性電路需要反復(fù)折疊或者重復(fù)移位，那么高等級(jí)的軋制韌化銅箔（RA）是更好的選擇。顯而易見，多了軋制韌化這一步驟勢(shì)必增加成本，但是軋制韌化銅箔在出現(xiàn)疲勞斷裂前能夠被更多次的彎曲、折疊。而且它在Z偏轉(zhuǎn)方向彈性增加了，這是我們需要的，在經(jīng)常彎曲和滾動(dòng)的應(yīng)用中，它回報(bào)給我們更長(zhǎng)的壽命。因?yàn)檐堉祈g化過程拉長(zhǎng)了在平面方向的晶粒結(jié)構(gòu)。

圖2：夸張版的軋制韌化過程插圖，非比例構(gòu)圖。銅箔通過高壓輥輪后，可以在平面方向上延伸它的晶粒結(jié)構(gòu)，使銅更柔軟并且增加了z軸的彈性。

典型的例子就是臺(tái)架與銑刀刀頭的鏈接，或者藍(lán)光驅(qū)動(dòng)器中的激光頭（如下圖所示）。

圖3：在藍(lán)光機(jī)器中，柔性電路應(yīng)用與激光與主電路板之間的連接。請(qǐng)注意，激光頭上線路板上的柔性電路有需要彎曲成直角，這里用了一顆膠珠來(lái)增強(qiáng)柔性電路的聯(lián)接。

膠粘劑

通常，我們需要膠粘劑來(lái)粘合銅箔和PI膜（或其他膜），因?yàn)榕c傳統(tǒng)的FR-4剛性板不同，軋制韌化后的銅箔表面沒有很多的毛刺，因此高溫、高壓不能實(shí)現(xiàn)良好的粘合。制造商，例如杜邦公司提供了單、雙面的，可腐蝕的覆銅箔層壓膜。它使用了厚度為?密耳或1密耳的丙烯酸或者環(huán)氧基膠的粘合劑。這個(gè)粘合劑是為柔性線路板專門開發(fā)的。

由于像直接在PI薄膜上涂鍍和沉積銅皮這樣新的加工工藝的引入，“無(wú)膠”層壓板正變得越來(lái)越普遍。在需要更細(xì)的間距和更小的過孔的HDI電路中，這樣薄膜就可以大派用場(chǎng)了。

當(dāng)需要在軟硬結(jié)合部添加保護(hù)膠珠時(shí)，我們會(huì)使用到硅樹脂、熱熔膠或者環(huán)氧樹脂。這樣會(huì)增強(qiáng)軟硬結(jié)合部機(jī)械強(qiáng)度，確保在重復(fù)使用的過程中不會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力疲勞或者撕裂。圖3中就是最好的例子。

圖4：典型單層柔性電路板堆疊。

總結(jié)

清楚了解在柔性電路板或者軟硬結(jié)合電路板中使用的材料是非常重要的。我們也可以放手給的制造商，由他們可以根據(jù)應(yīng)用自由選擇材料，但是這就為最終產(chǎn)品的失敗埋下了隱患。

了解材料的性能還可以幫助我們?cè)O(shè)計(jì)、評(píng)估和測(cè)試產(chǎn)品的機(jī)械部分。如果研發(fā)的是應(yīng)用于汽車的產(chǎn)品，那么散熱、防潮、化學(xué)腐蝕、沖擊等情況都需要仔細(xì)模擬，從而采用正確的材料來(lái)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的高可靠性以及最小允許彎曲半徑。諷刺的是，驅(qū)使我們選擇柔性后者軟硬結(jié)合板應(yīng)用實(shí)際，往往會(huì)暴露在惡劣的環(huán)境中。例如，低成本的消費(fèi)類個(gè)人電子設(shè)備經(jīng)常會(huì)受到振動(dòng)、跌落、汗水等困擾。

構(gòu)建柔性板

乍一看，典型的柔性板或者軟硬結(jié)合板看起來(lái)很平淡無(wú)奇。然而，把它們制造出來(lái)需要一些額外的步驟。制造任何一款軟硬結(jié)合板，都是從制造單面或雙面的柔性板開始的。正如上周提到過的，制造可以從預(yù)壓制的軟板開始，也可能從PI膜開始，然后在原始的裸板上層壓銅板，或者鍍上銅皮。層壓工藝需要在薄膜上刷涂一層薄薄的粘貼劑，無(wú)膠工藝則要在薄膜上種鍍銅的“種子”。通常使用汽體淀積技術(shù)（如濺射法）種“種子”，為接下來(lái)的化學(xué)沉淀流程種下凝結(jié)核。接下來(lái)單面或者雙面的柔性板的鉆孔、鍍通以及蝕刻的過程，大體上與雙面硬質(zhì)板的加工過程類似。

柔性板的制造步驟

下面的GIF動(dòng)畫顯示了一個(gè)典型的雙面柔性電路板的制造步驟。

圖1：GIF動(dòng)畫顯示了柔性電路板的制造過程。

1、膠粘劑或者種“種子”的應(yīng)用

使用環(huán)氧樹脂或丙烯酸類的粘合劑，或者用濺射法涂鍍是創(chuàng)建薄銅鍍層的關(guān)鍵。

2、添加銅箔

將RA/ED銅箔層壓制到粘合劑上（這是主流方法）或者使用化學(xué)鍍鍍的方法。

3、鉆孔

過孔和焊盤的孔通常是機(jī)械鉆孔。多塊柔性板可以通過工作轉(zhuǎn)盤實(shí)現(xiàn)同時(shí)鉆孔。使用與硬質(zhì)板同樣的辦法，柔性板的預(yù)切割可以與鉆孔結(jié)合在一起實(shí)施，這需要更為細(xì)致的記錄，但是對(duì)齊精度可以降低。一般采用激光打孔來(lái)處理超小鉆孔，這會(huì)大大增加成本，因?yàn)槊科ざ夹枰珠_鉆孔。使用準(zhǔn)分子（紫外線）或YAG（紅外線）來(lái)處理高精度鉆孔（microvias)，使用CO2激光器來(lái)鉆中等大小的鉆孔（4密爾以上）。使用沖壓的方式來(lái)可以處理大的過孔和板剪切，但那是另外的加工步驟。

4、通孔電鍍

一旦打孔完成，將采用與硬質(zhì)板相同的沉積和化學(xué)電鍍的辦法，把銅添加到孔上。

5、印刷防蝕刻油墨

在膜表面涂上感光性的抗蝕劑，然后使用需要的圖案進(jìn)行曝光，在化學(xué)蝕刻銅前清除掉不需要的抗蝕劑。

6、蝕刻和剝離

暴露的銅皮被蝕刻掉以后，采用化學(xué)的方法把抗蝕劑剝離。

7、覆蓋膜

柔性板的頂部和底部用切割成形的覆蓋膜保護(hù)。柔性板上有時(shí)候需要焊裝在一些元器件，那么覆蓋膜就起到了阻焊層的作用。最常見的覆蓋膜材料是聚酰亞胺，使用粘合劑粘合，這里也可以采用無(wú)膠過程。在無(wú)膠過程中，把光感阻焊劑刷在柔性板上，這與硬性板的過程是一樣的。為了降低成本，可以使用絲網(wǎng)印刷，然后通過紫外線照射進(jìn)行固化。

圖2：帶覆蓋膜的柔性電路-請(qǐng)注意，覆蓋層中的開口一般小于元件焊盤。

關(guān)于保護(hù)膜需要注意的是，它通常只放置于一部分暴露的柔性電路上。對(duì)于軟硬結(jié)合板，保護(hù)膜不會(huì)放于硬性板上，除非有小部分重疊-通常約半毫米。當(dāng)然保護(hù)膜可以包括整個(gè)硬性部分，但是這樣做會(huì)不利于硬性板的附著力和z軸的穩(wěn)定性。這種可選擇的保護(hù)膜被稱為“比基尼保護(hù)膜”，因?yàn)樗桓采w裸露的部分。此外，覆蓋膜在元器件或者連接器焊盤處留有切口要至少保留焊盤的兩個(gè)邊。我們會(huì)在下期博客中探討這個(gè)問題。

8、柔性板的剪切

制造柔性電路的最后一步驟是剪切。這通常被稱為“下料”。高產(chǎn)量、低成本的剪切方法是使用液壓沖床和鋼模具。雖然這里需要高成本的鋼模具，但是這種方法能在同一時(shí)間剪切出許多的柔性電路板。對(duì)于樣機(jī)和小批量的生產(chǎn)一般使用刀模具。把很長(zhǎng)的刀片，按照柔性電路板輪廓形狀塑型，然后粘貼到刀?；ㄖ忻芏壤w維板，膠合板或厚塑料，如聚四氟乙烯）上。按壓刀模具，就可以將柔性電路切割成形。對(duì)于產(chǎn)量更小的原型機(jī)制造，可以使用到X/Y切割器，有些類似用于乙烯標(biāo)牌的制作。

壓制和切割

如果柔性電路板還要與硬質(zhì)板壓制成軟硬結(jié)合板（我們感興趣的部分），那么我繼續(xù)往下講。我們需要把柔性板和硬質(zhì)板壓制在一起。與普通的柔性板相同，它需要獨(dú)立鉆孔、電鍍并蝕刻。不同的是由于缺少玻璃纖維，所以它更薄、更有彈性。正如前面所提到的，彈性差一點(diǎn)的板可以根據(jù)需求使用PI和玻璃纖維制造。最后要也要把它作為夾層與硬質(zhì)板壓制在一起，并做成拼板。

層壓疊層

柔性電路板是與硬質(zhì)電路板和其他柔性板，通過粘接劑熱壓在一起的。每個(gè)柔性板彼此是不相鄰的。為了保持靈活性，每個(gè)柔性板最多有2個(gè)銅皮層。柔性板之間是被硬質(zhì)半固化片、基板或者由環(huán)氧樹脂或和丙烯酸酯膠粘劑制成的PI芯粘接片所分離的。

從本質(zhì)上講，每個(gè)硬質(zhì)板在柔性板填充的部分都是單獨(dú)切割的。

下面是軟硬結(jié)合板層壓過程，2個(gè)兩層柔性電路嵌入三個(gè)硬質(zhì)板中。層疊結(jié)構(gòu)如圖3和圖4所示。

圖3：金屬蝕刻、電鍍、保護(hù)膜和空白柔性板與玻璃環(huán)氧硬質(zhì)板相結(jié)合。