11 挠性及刚挠印制电路板

LOGO第11章挠性及刚挠印制电路板现代印制电路原理和工艺挠性及刚挠印制电路板挠性及刚挠印制板的性能要求4.挠性板的制造3.挠性及刚挠印制板的材料及设计标准2.概述1.挠性印制电路板（FPC）的发展趋势5.挠性印制电路板具有轻、薄、短、小、结构灵活的特点.挠性印制电路板的功能可区分为四种，分别为引脚线路印制电路连接器功能整合系统刚性印制板（RigidPrintedBoard）:常称为硬板。挠性印制板（FlexiblePrintedBoard）:又称为柔性板或软板。刚挠印制板（Rigid-FlexPrintedBoard）:又称为刚柔结合板11.1概论(page3-15)11.1.2挠性印制电路板的性能特点（1）挠性基材是由薄膜组成，体积小、重量。（2）挠性板基材可弯折挠曲，可用于刚性印制板无法安装的任意几何形状的设备机体中。（3）挠性板除能静态挠曲外，还可以动态挠曲.（4）挠性电路减少了内连所需的硬件具有更高的装配可靠性和产量(5)挠性电路可以向三维空间扩展，提高了电路设计和机械结构设计的自由度。(6)挠性板除有普通线路板作用外，还可以有多种功能用途，如可用作感应线圈，电磁屏蔽，触摸开关按键等(7)挠性电路具有优良的电性能、介电性能及耐热性.(8)挠性电路有利于热扩散：平面导体比圆形导体有更大的面积/体积比，另外，挠性电路结构中短的热通道进一步提高了热的扩散。1.按线路层数分类(1)挠性单面印制板(2)挠性双面印制板(3)挠性多层印制板(4)挠性开窗板11.1.4挠性印制电路板（FPC）的分类2.按物理强度的软硬分类(1)挠性印制板(2)刚挠印制板3.按基材分类(1)聚酰亚胺型挠性印制板(2)聚酯型挠性印制板(3)环氧聚酯玻璃纤维混合型挠性印制板(4)芳香族聚酰胺型挠性印制板(5)聚四氟乙烯介质薄膜图11－7PI（聚酰亚胺）印制板7.按封装分类(1)TAB(TapeAutomatedBonding)：TAB技术即为一种带载芯片自动焊接的封装技术,此种技术目前大量应用于LCD面板所需的驱动IC之封装上。(2)COF(chiponflex／film)：在挠性薄膜上安装芯片的技术，主要应用以手机为主或PDP(等离子体显示器)。(3)CSP(ChipScalePackage)：即芯片级封装，指芯片封装后的总体积不超过原芯片体积的20％,预计未来CSP将会大量被用在可携式通讯产品或消费性电子产品。(4)MCM(Multi-ChipModule)：即多芯片模块，把多个IC芯片焊接在挠性印制板上。挠性印制板与刚挠印制板都是以挠性材料为主体结构11.1.5挠性及刚挠印制电路板的结构形式挠性印制板发展过程可总结如下：1.53年美国研制成功挠性印制板。2.70年代已开发出刚挠结合板。3.80年代，日本取代美国，产能跃居世界第一位。4.90年代，韩国、台湾和大陆等地开始批量生产。全球挠性板市场2000年产值达到39亿美元，2004年接近60亿美元，年平均增长率超过了13％，远远大于刚性板的5％。我国的年增长率达30％,目前排在日本、美国和台湾之后，居世界第四。目前挠性印制板的技术现状国外加工精度：线宽：50μm；孔径：0.1mm；层数10层以上。国内：线宽：75μm；孔径：0.2mm；层数4层。11.2挠&刚印制板的材料及设计标准（p16-27）挠性印制板的材料主要包括挠性介质薄膜挠性粘结薄膜常用的挠性介质薄膜有聚酯类聚酰亚胺类聚氟类挠性覆铜箔基材是在挠性介质薄膜的单面或双面粘结上一层铜箔。覆盖层是在挠性介质薄膜的一面涂上一层粘结薄膜，然后再在粘结膜上覆盖一层可撕下的保护膜。介质薄膜及铜箔的厚度越小，挠性板的挠性就越好。11.2.2粘结片薄膜生产挠性及刚挠印制板的粘结薄膜主要有丙烯酸类，环氧类和聚酯类。比较常用的是杜邦公司的改性丙烯酸薄膜和Fortin公司的无增强材料低流动度环氧粘结薄膜以及不流动环氧玻璃布半固化片。表11-2为两种编织类型玻璃布做增强材料的不流动环氧半固化片的一些性能参数。丙烯酸与聚酰亚胺薄膜的结合力极好，具有极佳的耐化学性和耐热冲击性，而且挠性很好。环氧树脂与聚酰亚胺薄膜的结合力不如丙烯酸树脂，因而主要用于粘结覆盖层和内层。表11-3为不同类型粘结片覆盖层性能比较。11.2.3铜箔印制板采用的铜箔主要分为电解铜箔(ED)和压延铜箔（RA）。电解铜箔是采用电镀的方式形成，其铜微粒结晶状态为垂直针状，易在蚀刻时形成垂直的线条边缘，利于精细导线的制作。但是其只适用于刚性印制板。挠性覆铜基材多选用压延铜箔，其铜微粒呈水平轴状结构，能适应多次挠曲。但这种铜箔在蚀刻时在某种微观程度上会对蚀刻剂造成一定阻挡。11.2.4覆盖层覆盖层是盖在挠性印制板表面的绝缘保护层，起到保护表面导线和增加基板强度的作用。通常的覆盖层是与基材相同材料的绝缘薄膜。覆盖层是挠性板和刚性板最大不同之处，它不仅是起阻焊作用，而且使挠性电路不受尘埃、潮气、化学药品的侵蚀以及减小弯曲过程中应力的影响，它要求能忍耐长期的挠曲。覆盖层材料选用与基材相同的材料，在挠性介质薄膜的一面涂上一层粘结薄膜，然后再在粘结膜上覆盖一层可撕下的保护膜。覆盖层材料根据其形态分为干膜型和油墨型，根据是否感光分为非感光覆盖层和感光覆盖层。传统的覆盖膜在物理性能方面有极佳的平衡性能，特别适合于长期的动态挠曲。精度（最小窗口）可靠性（耐挠曲性）材料选择设备/工具技术难度经验需求成本传统的覆盖膜低（800μm）高（寿命长）PI,PETNC钻机热压高高覆盖膜＋激光钻孔高（50μm）高（寿命长）PI,PET热压机构低高网印液态油墨低（600μm）可接受（寿命短）环氧，PI网印中低感光干膜型高（80μm）可接受（寿命短）PI，丙烯酸层压、曝光、显影中中感光液态油墨型高（80μm）可接受（寿命短）环氧，PI涂布、曝光、显影高低表11－4几种覆盖层工艺的比较近十年来为了迎合HDI挠性电路发展的需求，开发子在传统覆盖膜上进行激光钻孔以及感光的覆盖层(见表)11.2.5增强板增强板是粘合在挠性板局部位置的板材，对挠性薄膜基板起支撑加强作用，便于印制板的连接、固定、插装元器件或其它功能。增强板材料根据用途不同而选择，常用挠性印制板由于需要弯曲，不希望机械强度和硬度太大，而需要装配元件或接插件的部位就要粘贴适当材料的增强板。11.2.6刚性层压板用于生产刚挠印制板的刚性层压板主要有环氧玻璃布层压板和聚酰亚胺玻璃布层压板。聚酰亚胺层压板是比较理想的生产刚挠印制板的材料，具有耐热性高的优点，但是价格昂贵，且层压工艺复杂。环氧玻璃布层压板是最常用的生产刚性印制板的材料，它的价格比较便宜，但是耐热性差。由于热膨胀系数较大，因而在Z方向的膨胀较大。11.2.7材料的热膨胀系数（CTE）刚挠印制板材料的热膨胀系数对保证金属化孔的耐热冲击性十分重要。热膨胀系数大的材料，它在经受热冲击时，在Z方向上的膨胀与铜的膨胀差异大，因而极易造成金属化孔的断裂。表11-5为几种材料的热膨胀系数与玻璃化温度的比较。实验证明，刚挠多层板的平均热膨胀系数是随丙烯酸树脂厚度百分比的提高而升高。平均热膨胀系数小的刚性板，随着温度的升高其尺寸变化最小；平均热膨胀系数大的挠性板尺寸变化最大；刚挠印制板由于是刚挠混合结构，因而热膨胀系数居中。特性试验方法丙烯酸膜聚酰亚胺膜环氧铜玻璃化温度（0C）IPC-TM-6502.4.2545185103无Z轴热膨胀系数IPC-TM-65010-6/0C2.3.24(25-2750C)50013024017.6表11-5几种材料的玻璃化温度及热膨胀系数11.2.8挠性印制电路设计标准挠性印制板设计时处理要求考虑挠性印制板的基材、粘结层、铜箔、覆盖层和增强板及表面处理的不同材质、厚度和不同的组合，还有其性能，如剥离强度、抗挠曲性能、化学性能、工作温度等，特别要考虑所设计的挠性印制板客户的装配和具体的应用。这方面具体参考IPC标准：IPC-D-249IPC-223311.3挠性板的制造(p28-47)挠性印制板的制造有不同方法，按挠性板类型介绍。11.3.1挠性单面板制造挠性单面板是用量最大、最普通的挠性印制板种类。按挠性单面板生产过程有滚辊连续式（RolltoRoll）和单片间断式二类。滚辊连续生产是成卷加工，图11－12是加工过程示意。特点是：生产效率高，但产品品种生产变化不灵活。连续法加工生产按挠性覆铜板受力方式又分两种：(A)卷轴传动连续法(B)齿轮传动连续法单片间断式生产是把覆铜箔基材裁切成单块（Panel），按流程顺序加工，各工序之间是有间断的。即通常所说的单片加工(Panel-To-Panel)。其特点是：产品品种生产变化灵活，但生产效率低。图11－12滚輥连续生产示意图1.印制和蚀刻加工法（减成法）印制和蚀刻加工法是挠性板制造最常用的工艺方法。在绝缘薄膜基材上覆盖有金属箔（铜箔），在铜箔表面印制产生线路图形，再经化学蚀刻去除未保护的铜，留下的铜形成电路。图11－13是此工艺的加工过程示意图。图11－14是单面挠性板生产流程图。挠性单面板加工过程示意图丝印涂覆层涂覆层固化裁切覆铜板材或薄膜基材覆箔板或薄膜钻孔或冲孔裁切覆膜材料覆盖膜钻孔或冲孔薄膜上丝印导电胶和固化覆箔板上印刷电路图形蚀刻导电图形去除抗蚀剂电镀电路图形去除抗蚀剂快速蚀刻应用覆盖层层压覆盖层涂覆可焊性保护层模具冲切电路板最终检验挠性单面板生产工艺流程图2.模具冲压加工法模具冲压加工法是用特殊制作的模具，在成卷铜箔上冲切出电路图形，并同步把导体线路层压在有粘合胶的薄膜基材上。3.加成和半加成加工法(1)挠性板制造中采用聚合厚膜技术是种加成法工艺。该方法采用导电涂料经丝网印制在薄膜基材表面上印刷电路图形，再经过紫外光或热辐射固化。(2)挠性板制造中采用先进的阴极喷镀涂技术，类似于半加成法工艺。4．挠性单面板两面通路（露背）的加工法该类挠性板是只有一层导体层，因此也是单面板，但其两个表面都有露出的连接盘（点），可供连接。两面通路的加工方法有多种，介绍如下。（1）预冲薄膜基材层压铜箔法此种方法是常规可行的最流行的露背电路制造法。得到一层导体在两面都有通路。（2）聚酰亚胺的化学蚀刻法这是采用聚酰亚胺薄膜基材时可采用的特殊方法。采用一种专用的金属层或有机物层作抗蚀层，形成图形保护聚酰亚胺，而未被保护的聚酰亚胺在蚀刻液中被溶解去除，暴露出铜箔盘（点）。（3）机械刮削法此种方法是对已覆盖有绝缘保护膜的导体层上局部应暴露处之覆盖膜采取机械方式刮削去除。（4）激光加工法在高密度印制板中微小孔的加工已采用激光穿孔，常用的有CO2或YAG激光和准分子激光，这同样可用于贯穿覆盖膜使铜面暴露，得到两面通路的单面板。（5）等离子蚀刻加工法这是用等离子体蚀刻去除挠性板上覆盖膜，挠性板在进行等离子体蚀刻前不希望被蚀刻掉的覆盖膜是用金属层遮盖保护，仅露出要除覆盖膜的区域，经蚀刻开口得到露背面。11.3.2挠性双面板和挠性多层板的制造挠性印制板不同的制造方法有不同特点，但最普通的制造方法是非连续法(片材加工法)。图11-15为双面挠性印制板片材加工法常规工艺流程图。挠性多层板有三层或更多层导体层构成，可以获得高密度和高性能的电子封装。常规挠性多层板制造工艺如下（图11－16）：图11－16的工艺采用的是图形电镀蚀刻法，也可采用整板（全板）电镀蚀刻法，整板电镀蚀刻法工艺如图11－17上层膜覆盖裁切双面覆铜板覆铜板钻图形孔化学镀铜电镀铜A.快速镀B.全板增厚镀形成抗蚀图形A.电镀图形B.抗蚀、掩孔图形电镀铜和锡铅去除抗蚀膜蚀刻铜退出锡铅去除抗蚀膜两面印制涂覆层固化两面覆上覆盖膜层压涂覆可焊性保护层电气测试外形冲切最终检验裁切覆膜材料覆盖膜冲或钻孔下层膜覆盖图11－15双面挠性印制板工艺流程图选择材料内层成像表面处理层压钻孔蚀刻去膜图形电镀成像孔金属化前处理热熔烘板局部退pb/sn烘板压覆盖层前处理全板退pb/sn压覆盖层外形加工热风整平图11－16常规挠性多层板制造工艺流程图图11－17