ГИБКИЙ ПЕЧАТНЫЙ КАБЕЛЬ И СПОСОБ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ
FLEXIBLE PRINTED CABLE AND METHOD OF ITS MANUFACTURING

Изобретение относится к области гибких электрических соединений и может быть использовано при изготовлении гибких печатных плат и кабелей, позволяющих повысить надежность монтажных соединений, устойчивость к климатическим воздействиям, уменьшить вес и объем радиоэлектронной аппаратуры.
Известно гибкое соединение - слоистый кабель, содержащий группу параллельных проводников прямоугольного или круглого сечения, расположенных между двумя слоями изоляционного материала, соединенными сваркой или склеиванием. Проводники могут быть предварительно изолированными или не изолированными, (см., например, Гаврюшин Н.Н. Методы изготовления гибких печатных плат и кабелей. - Зарубежная радиоэлектроника, 1985, №5, стр.51).
Недостатком такого слоистого кабеля является увеличение его габаритов и технологические сложности при размещении проводников между двумя слоями изоляционного материала и обеспечении минимального и постоянного зазора между проводниками.
Наиболее близким по технической сути и достигаемому техническому результату является гибкий печатный кабель (ГПК) (см., например, Гаврюшин Н.Н. Методы изготовления гибких печатных плат и кабелей. - Зарубежная радиоэлектроника, 1985, №5, стр.53), принятый авторами за прототип, который содержит изоляционную подложку, сформированный на нем рисунок проводников с нанесенным на него изоляционным защитным покрытием.
Задачей данного технического решения являлось улучшение разрешающей способности печатных проводников, уменьшение толщины ГПК, упрощение технологии его изготовления.
Однако известное техническое решение (прототип) имеет существенные недостатки, заключающиеся в следующем:
- в процессе нанесения лакового изоляционного покрытия при испарении растворителя лака в лаковой пленке образуются капилляры, которые также возникают из-за присутствия в лаке дефектных макромолекул, а также попадания в лак органических микрочастиц (пылинок), которые обугливаются при термообработке лака;
- при изготовлении изоляционных защитных пленок могут возникать дефектные структуры при нарушении технологического режима формирования пленки, что приводит к образованию капилляров;
- при работе ГПК во влажной среде из-за того, что поверхностная энергия изоляционной подложки и изоляционного защитного покрытия существенно больше поверхностной энергии воды, происходит смачивание поверхности ГПК и проникновение влаги в капилляры, что резко снижает сопротивление изоляции, а влага, появляясь под слоем лака (пленки), может привести к коррозии и разрушению проводника;
- большой коэффициент трения поверхности ГПК, что при использовании его в бесколлекторных поворотных устройствах передачи электрических сигналов, например, в системах управления, снижает чувствительность и точность последних.
Для технического осуществления ГПК известен способ изготовления, принятый авторами за аналог (см., например, Гаврюшин Н.Н. Методы изготовления гибких печатных плат и кабелей. - Зарубежная электроника, 1985, №5 стр.55), включающий подготовку поверхности диэлектрического основания с последующей селективной активацией данной поверхности и построения на активированных участках проводящего рисунка проводников путем толстослойного химического осаждения меди.
Такой способ изготовления ГПК технологически сложен и не применим для кабелей, находящихся в постоянном динамическом режиме из-за повышения вероятности возникновения микротрещин в структуре электроосажденной меди.
Наиболее близким по технической сути и достигаемому техническому результату является способ изготовления гибкого печатного кабеля по патенту РФ №2032288 H05K 3/28, опубл. 27.03.1995 г., принятый авторами за прототип, включающий формирование рисунка проводников на фольгированной подложке из полиимида и нанесение на поверхность подложки изоляционного защитного покрытия.
Недостатки данного способа указаны выше при описании соответствующего ГПК.
Задачей предлагаемых авторами технических решений является повышение сопротивления изоляции ГПК при работе во влажной среде, исключение брака при изготовлении, снижение коэффициента трения поверхности.
Общими признаками с предлагаемой авторами конструкцией гибкого печатного кабеля и способа его изготовления является наличие в ГПК изоляционной подложки, сформированный на ней рисунок проводников и нанесенное на них изоляционное защитное покрытие.
Сущность изобретения заключается в том, что в известном ГПК, содержащем изоляционную подложку, сформированный на ней рисунок проводников и нанесенное на них изоляционное защитное покрытие, в отличие от прототипа, согласно изобретению, на поверхности изоляционной подложки и изоляционного защитного покрытия нанесено дополнительное (верхнее) покрытие в виде тонкой пленки фторсодержащего поверхностно-активного вещества.
В частном случае, то есть в конкретных формах выполнения, заявляемый ГПК характеризуется тем, что в качестве фторсодержащего поверхностно-активного вещества применена перфторполиэфиркислота.
Новая совокупность конструктивных элементов, а также наличие связи между ними, позволяют, в частности, за счет:
- нанесения на поверхность изоляционной подложки и изоляционного защитного покрытия ГПК дополнительного (верхнего) покрытия в виде тонкой пленки фторсодержащего поверхностно-активного вещества снизить их поверхностную энергию с 3000-5000 мН/м до 4-6 мН/м, что придает поверхности ГПК гидрофобные свойства, исключает проникновение влаги в поры и капиллярные каналы, и, как следствие, повышает сопротивления изоляции ГПК при работе во влажной среде;
3
- обработки поверхностей изоляционной подложки и изоляционного защитного покрытия раствором фторсодержащего поверхностно-активного вещества в органическом растворителе и сушки сформировать на них тонкую пленку толщиной (30-50)Å, на поверхности которой располагаются группы CF, что обеспечивает повышение гидрофобности поверхности ГПК, снижение коэффициента трения и износа при работе в динамическом режиме и упрощает технологию нанесения дополнительного (верхнего) покрытия.
Признаки, характеризующие изобретение в конкретных формах исполнения, позволяют, в частности, за счет:
- применения в качестве фторсодержащего поверхностно-активного вещества перфторполиэфиркислоты повысить эксплуатационные характеристики ГПК;
- использования (0,2-5)% раствора перфторполиэфиркислоты марки 6МФК-180 в хладоне 113 обеспечить проникновение раствора в капилляры ввиду его малой вязкости. При концентрации раствора ниже 0,2% эффективность обработки снижается, а при концентрации выше 5% эффективность не улучшается и повышается расход перфторполиэфиркислоты.
Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежом, где на фиг.1 приведена конструктивная схема ГПК с дополнительным (верхним) покрытием в соответствии с предлагаемым изобретением и схема проверки сопротивления его изоляции относительно искусственного электрода - воды, а на фиг.2 изображена конструктивная схема известного ГПК в соответствии с прототипом и схема контроля сопротивления изоляции относительно искусственного электрода - воды.
Гибкий печатный кабель (ГПК) содержит медный проводник 1, изоляционную подложку 2, изоляционное защитное покрытие 3, например, из полиимида, капилляры 4 в подложке 2, капилляры 5 в защитном покрытии 3, дополнительное (верхнее) покрытие 6 из фторсодержащего поверхностно-активного вещества, например, из перфторполиэфиркислоты марки 6 МФК-180.
Схема контроля сопротивления изоляции содержит мегомметр 7, соединенный с медным проводником 1 ГПК, и с искусственным электродом - водой 8.
ГПК работает следующим образом.
По проводнику 1 передается электрический сигнал. Изоляция проводника 1 осуществляется изоляционной подложкой 2 и изоляционным защитным покрытием 3. На подложку 2 и защитное покрытие 3 нанесено дополнительное (верхнее) покрытие 6, которое проникает при нанесении в капилляры 4 в подложке 2 и капилляры 5 в защитном покрытии 3. При этом поверхность подложки 2 и изоляционного защитного покрытия 3 приобретает гидрофобность за счет снижения поверхностной энергии с 3000-5000 мН/м до 4-6 мН/м. Влага с поверхности ГПК не проникает в капилляры 4 и 5, так как их поверхность также гидрофобна, т.е. не смывается водой 8, и проникновение воды 8 в них вследствие капиллярного эффекта не происходит.
Сопротивление изоляции ГПК во влажной среде не уменьшается в отличие от того, как это происходит в ГПК без дополнительного (верхнего) покрытия 6 (фиг.2), где вода 8 проникает в капилляры 4, 5 и, при этом, от искусственного электрода - воды 8 течет ток через капилляры 4 и 5, заполненных водой 8, к проводнику 1.
Примеры реализации способа изготовления ГПК.
Пример 1. Изготовлен ГПК по известному способу (прототип).
На фольгированную изоляционную подложку из диэлектрика ДЛ-ПМ (НХО.ОЗ.102 ТУ) с толщиной полиимидного слоя 20 мкм и толщиной фольги 30 мкм после обезжиривания поверхности нанесена маска из фоторезиста ФП-383, проведено химическое травление медной фольги для формирования печатных проводников ГПК. После удаления фоторезистора поверхность заготовки обезжирена и на нее нанесен слой полиимидного лака АД-9103 (ТУ 6-19-28-3-85) толщиной 20-25 мкм и проведена термообработка лака в печи ИК-сушки и последующее охлаждение до комнатной температуры.
На готовом кабеле длиной 2,5 м шириной 37 м с 30 печатными проводниками проверено сопротивление изоляции мегомметром Ф 4102/1-1 м на 100V относительно искусственного электрода - воды, определен угол смачивания при нанесении на поверхность ГПК капли воды, характеризующий поверхностную энергию, замерен коэффициент трения при скольжении ГПК по ГПК и ГПК по алюминию и фторопласту.
Пример 2. Тот же ГПК, изготовленный в примере 1, поместили в ванну с 0,5% раствором перфторполиэфиркислоты 6МФК-180 (ТУ 6-02-2-503-77) в хладоне 113 (ГОСТ 23844-79), выдержали в течение 7 минут и высушили при температуре 50°C до полного удаления растворителя.
Аналогично примеру 1 проверили сопротивление изоляции, угол смачивания и коэффициент трения.
Результаты измерения приведены в таблице 1, из которой следует, что в гибком печатном кабеле, (ГПК), изготовленном по предлагаемому авторами способу, во влажной среде повышено сопротивление изоляции, отсутствуют точки с пониженным сопротивлением изоляции, увеличился краевой угол смачивания, что свидетельствует об увеличении гидрофобности поверхностей, уменьшился коэффициент трения при трении ГПК по ГПК, а также при трении по другим материалам конструкций.
Таблица 1
Параметры ГПК
Способ изготовления ГПК
Без дополнительного (верхнего) покрытия
С дополнительным (верхним) покрытием, согласно изобретению
Длина
2,5 м
2,5 м
Ширина
37 мм
37 мм
Количество печатных проводников
30
30
Количество точек с пониженным сопротивлением изоляции
14
Нет
Краевой угол смачивания воды на поверхности ГПК
(5-6)°
(60-70)°
Коэффициент трения
Полиимид-полиимид
0,586
0,389
Полиимид-алюминий
0,434
0,260
Полиимид-фторопласт
0,369
0,265
Выполнение гибкого печатного кабеля в соответствии с изобретением позволило за счет введения дополнительного (верхнего) покрытия в виде тонкой пленки фторсодержащего поверхностно-активного вещества повысить сопротивление изоляции при работе ГПК во влажной среде, исключить брак по сопротивлению изоляции при изготовлении, снизить коэффициент трения поверхности, что уменьшит ее износ при работе в динамическом режиме.
Указанный положительный эффект подтвержден испытаниями ГПК, выполненного в соответствии с изобретением.
В настоящее время разработана конструкторская и технологическая документация, намечено серийное производство.