柔性电路板的结构、工艺及设计 柔性电路板的结构、工艺及设计 作者:李学民 1、背景： 1、背景： 随着越来越多的手机采用翻盖结构，柔性电路板也随之越来越多的被采用。 按照基材和铜铂的结合方式划分，柔性电路板可分为两种： 有胶柔性板和无胶柔性板。 其中无胶柔性板的价格比有胶的柔性板要高得多，但是它的柔韧性、铜箔和 基材的结合力、焊盘的平面度等参数也比有胶柔性板要好。所以它一般只用于那 些要求很高的场合，如：COF（CHIP ON FLEX，柔性板上贴装裸露芯片，对焊盘 平面度要求很高）等。 由于其价格太高，目前在市场上应用的绝大部分柔性板还是有胶的柔性板。 下面我们要介绍和讨论的也是有胶的柔性板。 由于柔性板主要用于需要弯折的场合，若设计或工艺不合理，容易产生微裂 纹，开焊等缺陷。下面就是关于柔性电路板的结构及其在设计、工艺上的特殊要 求 2、柔性板的结构： 2、柔性板的结构： 按照导电铜箔的层数划分，分为单层板、双层板、多层板、双面板等，其结构分别 如下： 单层板的结构： 层号 描述 材料 典型厚度 1 保护膜 聚酰亚胺（PLOYMIDE） 13um，26um 2 透明胶 环氧树脂或聚乙烯 13um，26um 3 导电层 铜箔 1um，um，um 4 透明胶 环氧树脂或聚乙烯 13um，26um 5 基材 聚酰亚胺（PLOYMIDE） 13um，26um，50um 6 焊盘镀层 金、锡或焊锡 这种结构的柔性板是最简单结构的柔性板。通常基材+透明胶+铜箔是一套买来的原 材料，保护膜+透明胶是另一种买来的原材料。首先，铜箔要进行刻蚀等工艺处理来得到 需要的电路，保护膜要进行钻孔以露出相应的焊盘。清洗之后再用滚压法把两者结合起 来。然后再在露出的焊盘部分电镀金或锡等进行保护。这样，大板就做好了。一般还要冲 压成相应形状的小电路板。 也有不用保护膜而直接在铜箔上印阻焊层的，这样成本会低一些但电路板的机械强 度会变差。除非强度要求不高但价格需要尽量低的场合，最好是应用贴保护膜的方法。 双层板的结构：层号 描述 材料 典型厚度 1 保护膜 聚酰亚胺（PLOYMIDE） 13um，26um 2 透明胶 环氧树脂或聚乙烯 13um，26um 3 导电层 铜箔 1um，um，um 4 透明胶 环氧树脂或聚乙烯 13um，26um 5 基材 聚酰亚胺（PLOYMIDE） 13um，26um，50um 6 焊盘镀层 金、锡或焊锡 过孔 电镀铜 当电路的线路太复杂、单层板无法部线或需要铜箔以进行接地屏蔽时，就需要选 用 双层板甚至多层板。 多层板与单层板最典型的差异是增加了过孔结构以便连结各层铜箔。一般基材+透明 胶+铜箔的第一个加工工艺就是制做过孔。先在基材和铜箔上钻孔，清洗之后镀上一定厚 度的铜，过孔就做好了。之后的制做工艺和单层板几乎一样。 双面板的结构： 层号 描述 材料 典型厚度 1 保护膜 聚酰亚胺（PLOYMIDE） 13um，26um 2 透明胶 环氧树脂或聚乙烯 13um，26um 3 导电层 铜箔 1um，um，um 4 透明胶 环氧树脂或聚乙烯 13um，26um 5 保护膜 聚酰亚胺（PLOYMIDE） 13um，26um 6 焊盘镀层 金、锡或焊锡 双面板的两面都有焊盘，主要用于和其他电路板的连接。虽然它和单层板结构相似， 但制做工艺差别很大。它的原材料是铜箔，保护膜+透明胶。先要按焊盘位置要求在保护 膜上钻孔，再把铜箔贴上，腐蚀出焊盘和引线后再贴上另一个钻好孔的保护膜即可。 3、材料的性能及选择方法： 3、材料的性能及选择方法： （1）、基材： 材料为聚酰亚胺（POLYMIDE），是一种耐高温，高强度的高分子材料。它是 由杜邦发明的高分子材料，杜邦出产的聚酰亚胺名字叫 KAPTON。另外还可买到 一些日本生产的聚酰亚胺，价钱比杜邦便宜。 它可以承受 400 摄氏度的温度 10 秒钟，抗拉强度为 15,00030,000PSI。 25um 厚的基材价格最便宜，应用也最普遍。如果需要电路板硬一点，应选用 50um 的基材。反之，如果需要电路板柔软一点，则选用 13um 的基材。 （2）、基材的透明胶： 分为环氧树脂和聚乙烯两种，都为热固胶。聚乙烯的强度比较底，如果希望 电路板比较柔软，则选择聚乙烯。 基材和其上的透明胶越厚，电路板越硬。如果电路板有弯折比较大的区域， 则应尽量选用比较薄的基材和透明胶来减少铜箔表面的应力，这样铜箔出现微 裂纹的机会比较小。当然，对于这样的区域，应该尽可能选用单层板。 （3）、铜箔： 分为压延铜和电解铜两种。压延铜强度高，耐弯折，但价格较贵。电解铜价 格便宜的多，但强度差，易折断，一般用在很少弯折的场合。 铜箔厚度的选择要依据引线最小宽度和最小间距而定。铜箔越薄，可达到的 最小宽度和间距越小。 铜箔厚度（微米） 最小线宽（毫米） 最小间距（毫米） 单层板 18um 35um 70um 0.075 0. 1 0.15 0. 075 0. 1 0.15 双层板 18um 35um 0. 125 0.15 0. 125 0.15 选用压延铜时，要注意铜箔的压延方向。铜箔的压延方向要和电路板的主要 弯曲方向一致。 （4）、保护膜及其透明胶： 同样，25um 的保护膜会使电路板比较硬，但价格比较便宜。对于弯折比较 大的电路板，最好选用 13um 的保护膜。 透明胶同样分为环氧树脂和聚乙烯两种，使用环氧树脂的电路板比较硬。 当热压完成后，保护膜的边缘会挤出一些透明胶，若焊盘尺寸大于保护膜 开孔尺寸时，此挤出胶会减小焊盘尺寸并造成其边缘不规则。此时，应尽量 选用 13um 厚度的透明胶。 （5）、焊盘镀层： 表面镀层 制造工艺 厚度(um) 应用范围 热风整平(喷 锡) 416 手焊或 SMT 焊盘 热压焊接或插头部位焊盘 焊锡膏印刷 25100 1 毫米以上间距的热压焊 A: 锡铅 (焊锡) 电镀 812 热压焊接或 SMT 焊盘 电镀镍+化学镀 金 镍:18 金:0.050.1 镍:13 金:0.050.1 热压焊,SMT,超声波焊或插头 部位焊盘 ACF 热压,SMT 电镀镍+硬金 镍:210 金:0.050.150.51.5 插头, 弹簧片连接焊盘 B:镍+金 电镀镍+软金 镍:210 金:0.050.3 镍:13 金:0.050.15超声波焊接 ACF 热压 C:裸铜 表面涂防氧化 层 N.A SMT 焊盘 D:化学锡 化学浸镀 0.51 SMT,ACF 热压 E:纯金 电镀 0.52 ACF 热压,SMT 对于弯折比较大又有部分焊盘裸露的电路板, 应采用电镀镍+化学镀金层.镍层 应尽可能薄: 0.52um, 化学金层 0.050.1um. 4、柔性板的制造工艺： 4、柔性板的制造工艺： （1）、单面板的制造工艺： 进料 贴干膜 暴光、清洗 蚀刻 去除干膜 贴保护膜（若有焊盘，要先钻孔），胶固化 （2）、双面板的工艺： 进料 钻孔 过孔电镀 贴干模等，与单面板相同 贴保护膜，胶固化 5、焊盘及引线的形状设计： 5、焊盘及引线的形状设计： (1). SMT 焊盘： -普通焊盘： 引线和焊盘之间要倒角以防止微裂纹的发生。 -加强型焊盘： 如果要求焊盘强度很高或焊盘上元件工作上受力，焊盘要做加强型设计。 或 元件位置要求不高 元件位置要求较高 -LED 焊盘： 由于 LED 的位置要求很高并且往往在组装过程中受力，故其焊盘要做特殊设 计。 -QFP，SOP或 BGA 的焊盘： 由于角上的焊盘应力较大，要做加强型设计。 (2). 引线： -为了避免应力集中，引线要避免直角拐角，而应采用圆弧形拐角。 -接近电路板外形拐角处的引线，为避免应力集中，应做如下设计： 6、对外接口的设计： 6、对外接口的设计： （1）、焊接孔或插头处的电路板设计： 由于焊接孔或插头处在插接操作时应力较大，要做加强型设计以避免裂 纹。 用加强板来增加电路板焊接孔插头处的硬度，厚度一般为 0.20.3mm，材 料为聚酰亚胺、PET 或金属。对于焊盘镀层, 插头最好选电镀镍+硬金,焊 孔选电镀镍+化学金. （2）、热压焊接处的设计： 一般用于两个柔性板或柔性板与硬电路板的连接。 若在热压焊区域附近需要弯折电路板, 要在此区域上贴聚酰亚胺胶带或点 胶进行保护以避免焊盘根部折断。 （3）、ACF 热压处的设计： 7、冲压孔和小电路板边角的设计： 7、冲压孔和小电路板边角的设计： 冲压外形 最小尺寸（毫米） 图示 冲压孔 最小直径 0.5 边角 最小圆角半径 0.2 冲压槽 最小宽度 0.5 最小长度 10 Min. 0.3mm Min 1 5mMin. 0.3mm 60%间距50%间距保护膜保护膜引线引线圆孔间距 (同一模具冲压) 最小间距 0.5 最大孔径 2.5 方孔间距(同一模具冲压) 最小间距 0.8 最大边长 2.5 8、针对 SMT 的设计： 8、针对 SMT 的设计： （1）、元器件的方向: 元件的长度方向要避开柔性板的弯曲方向。 （2）、大的 QFP 或 BGA 要在柔性板反面贴加强板或在 IC 下灌胶。 加强板的材料为 FR4，厚度大于 0.2 毫米，面积大于元件外边缘 0.5 毫米。 （3）、柔性板靠近边缘的部位要做两个定位孔。还需要做两个贴片用识别焊盘，其直 径为 1 毫米，距离其他焊盘至少 3.5 毫米，表面镀金或镀锡，平面度要好。 （4）、如果大的柔性板是由许多小板组成，每个小板上要做一个环形（内径 3.2 毫 米）的坏电路板识别焊盘。若此小电路板已损坏，可用黑色记号笔把此识别 焊盘涂黑，以避开以后的操作。 （5）、元件离电路板边缘的最小距离为避免 2.5 毫米，元件之间的最小间距为 0.5 毫米。 （6）、元件下不要有过孔，因为助焊剂会流过过孔造成污染。 9、针对电性能的设计： 9、针对电性能的设计： （1）、最大电流和线宽，线高的关系： （2）、阻抗和噪音的控制： -选用绝缘性强的透明胶，如：聚乙烯。避免选用环氧树脂。 -在高阻抗或高频电路中，要增加导线和接地板间的距离。 -还可采用以下几种设计方式： 18um高引线 35um高引线 电流(mA) 最小线宽(mm) 电流(mA) 最小线宽(mm) 60 0.05 140 0.10 70 0.08 175 0.13 75 0.10 225 0.18 100 0.13 275 0.20 125 0.18 475 0.25 150 0.20 570 0.30 250 0.25 650 0.38 300 0.30 750 0.51 350 0.38 850 0.64 400 0.51 1000 0.76 500 0.64 1250 1.02 600 0.76 1550 1.27 600 1.02 1750 1.52 1000 1.27 2000 1.78 1100 1.52 2250 2.16 1200 1.78 2500 2.54 1400 2.16 1500 2.54 10、SMT 工艺的特殊设计：10、SMT 工艺的特殊设计： （1）、在印锡膏和贴片工艺中的定位方式： 由于柔性板厚度很薄并有柔性，若用电路板边缘定位，定位精度很差。应采用 定位孔定位。在印锡膏时为了躲开漏板，要采用带弹簧销的支撑平板。 （2）、印锡膏、贴片、过加热炉直到目检完，全程使用支撑板固定。以避免操作中造 成焊点损坏。