軟硬結合板有很多好處，許多設計師們之前并不了解，因為他們的設計不是必須使用這個技術。然而現(xiàn)在越來越多的設計師將要面對構建越來越高密度的電子設備的壓力，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間。其實，這真的不是什么新的技術難題。很多的工程師和設計師們已經(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合板是非常明智的。這樣，我們可以輕松找設計中的錯誤隱患，防患于未然。現(xiàn)在，讓我們認識一下做這些板子需要哪些基礎材料。

柔性電路的材料

基底和保護層薄膜

首先，我們來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，所以不能應用到某些產(chǎn)品上。但是對于很多簡單裝配的、板子不會持續(xù)移動的電子產(chǎn)品還是合適的。

在更多的應用中，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。這種材質通常用于低成本的電子設備中，印刷的線路包裹在柔軟的薄膜中。由于PET無法承受高溫，更不用說焊接了，所以，一般采用冷壓的工藝制作這種柔性線路板 。我記得這個時鐘收音機的顯示部分采用的是這種柔性連接電路，所以這臺收音機經(jīng)常工作不正常，根本原因就是這個質量差的連接件。所以我們建議軟硬結合板還是選擇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。除此之外，電路還需要使用其他保護膜，通常是PI或PET膜，有時會采用掩膜阻焊油墨。與在硬質板上組焊層保護線路相同，保護膜可以把導體與外界絕緣，保護其免受腐蝕和損壞。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)氧樹脂材質較厚，一般是從2密耳到4密耳。

導體

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

眾所周知，銅在加工硬化和應力疲勞方面一直比較差勁的。如果最終的應用中柔性電路需要反復折疊或者重復移位，那么高等級的軋制韌化銅箔（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偏轉方向彈性增加了，這是我們需要的，在經(jīng)常彎曲和滾動的應用中，它回報給我們更長的壽命。因為軋制韌化過程拉長了在平面方向的晶粒結構。

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

典型的例子就是臺架與銑刀刀頭的鏈接，或者藍光驅動器中的激光頭（如下圖所示）。

圖3：在藍光機器中，柔性電路應用與激光與主電路板之間的連接。請注意，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增強柔性電路的聯(lián)接。

膠粘劑

通常，我們需要膠粘劑來粘合銅箔和PI膜（或其他膜），因為與傳統(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，“無膠”層壓板正變得越來越普遍。在需要更細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了。

當需要在軟硬結合部添加保護膠珠時，我們會使用到硅樹脂、熱熔膠或者環(huán)氧樹脂。這樣會增強軟硬結合部機械強度，確保在重復使用的過程中不會產(chǎn)生應力疲勞或者撕裂。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

清楚了解在柔性電路板或者軟硬結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設計、評估和測試產(chǎn)品的機械部分。如果研發(fā)的是應用于汽車的產(chǎn)品，那么散熱、防潮、化學腐蝕、沖擊等情況都需要仔細模擬，從而采用正確的材料來實現(xiàn)產(chǎn)品的高可靠性以及最小允許彎曲半徑。諷刺的是，驅使我們選擇柔性后者軟硬結合板應用實際，往往會暴露在惡劣的環(huán)境中。例如，低成本的消費類個人電子設備經(jīng)常會受到振動、跌落、汗水等困擾。

構建柔性板

乍一看，典型的柔性板或者軟硬結合板看起來很平淡無奇。然而，把它們制造出來需要一些額外的步驟。制造任何一款軟硬結合板，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（如濺射法）種“種子”，為接下來的化學沉淀流程種下凝結核。接下來單面或者雙面的柔性板的鉆孔、鍍通以及蝕刻的過程，大體上與雙面硬質板的加工過程類似。

柔性板的制造步驟

下面的GIF動畫顯示了一個典型的雙面柔性電路板的制造步驟。

圖1：GIF動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）或者使用化學鍍鍍的方法。

3、鉆孔

過孔和焊盤的孔通常是機械鉆孔。多塊柔性板可以通過工作轉盤實現(xiàn)同時鉆孔。使用與硬質板同樣的辦法，柔性板的預切割可以與鉆孔結合在一起實施，這需要更為細致的記錄，但是對齊精度可以降低。一般采用激光打孔來處理超小鉆孔，這會大大增加成本，因為每片膜都需要分開鉆孔。使用準分子（紫外線）或YAG（紅外線）來處理高精度鉆孔（microvias)，使用CO2激光器來鉆中等大小的鉆孔（4密爾以上）。使用沖壓的方式來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，將采用與硬質板相同的沉積和化學電鍍的辦法，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行曝光，在化學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。柔性板上有時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，這里也可以采用無膠過程。在無膠過程中，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行固化。

圖2：帶覆蓋膜的柔性電路-請注意，覆蓋層中的開口一般小于元件焊盤。

關于保護膜需要注意的是，它通常只放置于一部分暴露的柔性電路上。對于軟硬結合板，保護膜不會放于硬性板上，除非有小部分重疊-通常約半毫米。當然保護膜可以包括整個硬性部分，但是這樣做會不利于硬性板的附著力和z軸的穩(wěn)定性。這種可選擇的保護膜被稱為“比基尼保護膜”，因為它只覆蓋裸露的部分。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邊。我們會在下期博客中探討這個問題。

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間剪切出許多的柔性電路板。對于樣機和小批量的生產(chǎn)一般使用刀模具。把很長的刀片，按照柔性電路板輪廓形狀塑型，然后粘貼到刀模基座（中密度纖維板，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。對于產(chǎn)量更小的原型機制造，可以使用到X/Y切割器，有些類似用于乙烯標牌的制作。

壓制和切割

如果柔性電路板還要與硬質板壓制成軟硬結合板（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板壓制在一起。與普通的柔性板相同，它需要獨立鉆孔、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板壓制在一起，并做成拼板。

層壓疊層

柔性電路板是與硬質電路板和其他柔性板，通過粘接劑熱壓在一起的。每個柔性板彼此是不相鄰的。為了保持靈活性，每個柔性板最多有2個銅皮層。柔性板之間是被硬質半固化片、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。

從本質上講，每個硬質板在柔性板填充的部分都是單獨切割的。

下面是軟硬結合板層壓過程，2個兩層柔性電路嵌入三個硬質板中。層疊結構如圖3和圖4所示。

圖3：金屬蝕刻、電鍍、保護膜和空白柔性板與玻璃環(huán)氧硬質板相結合。