FPC基础入门知识

双面FPC的制造工艺目录01FPC所使用的材料02设计注意事项03开料04孔加工05孔金属化06图形转移07蚀刻08覆盖膜加工09端子加工10外形加工11增强板加工12检查13包装01FPC所使用的材料1.1市场选择了聚酰亚胺（PI）符合FPC要求的材料，有很多种，出众点的，有四种。但由于性能、价格、生产技术、专利、易用性等方面的因素影响，昀后，杜邦开发的聚酰亚胺（PI）“KAPTTON-H”独霸了天下。据统计，目前其已占到整个FPC材料的80％。我们惯常所说的PI，是指在聚酰亚胺薄膜上涂上环氧树脂或丙烯酸类粘接剂，制成覆铜板或覆盖膜。各种软性材料性能对比聚酰亚胺聚酯聚砜聚四氟乙烯比重1.421.38～1.411.24～1.252.1～2.2抗拉强度（kg/mm2）21.514.0～24.55.9～7.51.1～3.2拉伸率（％）7060～16564～110100～350边缘抗撕裂强度（kg/mm2）917.9～53.64.2～4.3—抗拉裂（传播）强度（kg/mm2）0.32，0.5～1.10.4，0.50.4～3.9—耐热性（℃）400150180260燃烧性自熄易燃自熄不燃烧耐有机溶剂性优优优优耐强酸性良良优优耐强碱性差良优优吸水性（％）2.7＜0.80.22＜0.01介电常数（1kMz）33.23.072.0～2.1介质损耗因数（1kMz）0.00210.0050.00080.0002耐电压（Kv/mm)27530030017体积电阻率(Ω-cm）5×10171×10185×10101×10101.2FPC所用主要材料一览FPC使用主要材料规格一览材料名称厚度规格聚酰亚胺膜12.5，25，50，75，125um粘结剂15unm～50um基材铜箔层（12），18，35，70um膜层12.5，25，50，75，125um保护膜粘结剂层15unm～50um压敏胶25um～100um粘合剂热固胶12.5，25，50um电解（12），18，35，70um压延18，35，70um铜箔电镀导体（1），5，10，15，18，35um涂覆油墨层10um～20umDF型25um50um光致阻焊油墨型10um～20um薄膜12.5，25，50，75，100，125，188umFR40.1～2.4mmPET25um～250um金属板没有特别限制增强板酚醛纸板：0.5～2.5mm粘接片12.5，25，40，50，75um备注：（）是指特殊规格加工，需要定制的厚度这只是大体的材料划分，细致部分，有很多需要注意的点：比如电解铜箔有高延展性铜箔和普通电镀铜箔，比如压敏胶有三明治式和纯胶型等，在此就不一一赘述了，待得有空，另开篇幅专题来讲。1.3FPC的主材料组成和结构FPC所使用的材料众多，无法在这里一一展开了讲，但是，其主材料覆铜板（PI）和保护膜（PI），还是需要在这里讲讲的。在此，为了方便初识者易于理解，所以以极其简单的图示来表达，待得理解了基本组成和结构后，如有兴趣，可另觅更深层次的材料钻研。材料组成1.覆盖膜聚酰亚胺(Bondingsheet):粘合剂粘合剂聚酰亚胺2.单/双面覆盖膜(Bonply):粘合剂3.粘合剂粘合剂铜箔粘合剂4.单面结构:聚酰亚胺铜箔粘合剂聚酰亚胺粘合剂5.单/双结构:铜箔常用组成结构18um铜箔12.5um粘合剂1.单/单面压合:12.5um聚酰亚胺35um铜箔20um粘合剂25um聚酰亚胺18um铜箔12.5um粘合剂12.5um聚酰亚胺12.5um粘合剂2.单/双面压合:18um铜箔35um铜箔20um粘合剂25um聚酰亚胺20um粘合剂35um铜箔3.覆盖膜:15um粘合剂(Bondingsheet)12.5um聚酰亚胺25um粘合剂25um聚酰亚胺15um粘合剂12.5um聚酰亚胺4.单/双面覆盖膜Coverlay:(Bonply)15um粘合剂25um粘合剂25um聚酰亚胺25um粘合剂02设计注意事项2.1制前设计流程绝大多数FPC工厂，几乎是OEM，也就是受客户委托制作空板（或制作空板+SMT贴装），因此，在这里只讲接收客户资料后的故事。一般的制前设计流程如下：客户资料提供客户资料审查工厂制前设计CAD/CAMFlowchartTOOLINGPanelizationAOIArtworkElectricalTestNetlistNCDrillingProgramNCRoutingProgram2.2柔性板设计的基本项目接收订单，下表资料制前设计中必备的项目。也许，有的客户会提供实物样品，或者零件图等。但这些其实属于额外资料，可靠性是大打折扣的。如果公司是处于市场战略需要，或者其它商机需要，则可酌情接收。但工程设计部门要抖擞起百般精神来应对。在这里，差之毫厘，可真是谬以千里的。柔性板设计基本项目单、双、多结构（如线路悬空等）孔（有无通孔）覆盖层层的结构增强板铜箔层压板覆盖层粘结剂材料增强板电镀、OSP、HAL等插接头及焊盘表面形状、尺寸精度线宽/线隙电路密度尺寸精度2.3主要材料选用FPC的布线、尺寸等很多地方设计，与PCB类似。主要不同处材料上。下面，我将着重讲5个方面的材料及相关特性对比，供设计、工艺人员参考。2.3.1覆盖层及其与教材的匹配性FPC的覆盖层，一般包含保护膜、丝印型覆盖层和光致型覆盖层三种。三种覆盖层不同，其性能也不同。覆盖层可加工性对比类型厚度昀小孔径孔可加工精度孔位精度耐弯曲性可生产性材料成本加工成本先开孔①30um～160umΦ0.5mm±0.2mm±0.3mm高低高中保护膜后开孔②30um～160umΦ0.05mm±0.01mm±0.05mm高低高高丝印10um～25umΦ0.8mm±0.2mm±0.5mm中高低低干膜型25um～50umΦ0.1mm±0.03mm±0.05mm低中中中光致型液态型10um～25umΦ0.07mm±0.03mm±0.05mm中高低低备注：①所谓先开孔，是指在进行保护膜定位层压前，先在保护膜上加工孔。②所谓后开孔，是指把保护膜全部层压的FPC上之后，再做孔加工。保护膜和基材的组合搭配匹配性基材有胶基材无胶基材保护膜PI基底PET基底PI基底有胶PET基底●○○PI基底×●○保护膜无胶PI基底××●PET基●○×环氧树脂基○●○丝印类覆盖层PI树脂基××●液态环氧×●●液态PI××●DF型丙烯酸类×●●光致型覆盖层DF型PI××●●匹配性良好○基本可以×不匹配2.3.2增加板在前面的材料介绍中，我已经有涉及到增强板及粘结胶的规格，这里主要给出增强板的性能对比，供参考：增加板用材料及性能比较酚醛板环氧玻璃布板PETPI金属板厚度（mm）0.6～2.40.1～2.40.025～0.250.0425～0.125没有特别限制耐浮焊性可良好不可良好良好实用温度～70℃～110℃～50℃～130℃～130℃机械强度大大小小大热固胶不可可不可可可自燃性UL94V-0可UL94V-0可UL94V-0可UL94V-0可UL94V-0可成本中高低高中■有些厂家能达到UL94V-0阻燃级别，有些达不到增强板用粘接剂比较压敏胶热固胶厚度25um～100um25um～50um粘接强度中高蠕变特性低良好耐药品性低高耐浮焊性良好良好生产率高低材料成本低低加工成本低高2.3.3表面处理接触端和焊盘表面的处理，因客户的需求不同，也有所不同。下面，给出了适合各种用途的表面处理列表：接触端表面处理厚度用途不处理－机械连接OSP处理单分子层预焊，防蚀～2um（HAL）防触，焊接5um～15umSMT，FC,连接器焊接15um～25um回流焊～0.1um（闪镀）焊接用～0.5um防蚀用，连接器插入用（镍）/金（硬）0.5um～1.0um连接器用（高可靠性）（镍）/金（软）0.5um～2.0um压接用焊盘表面处理厚度用途OSP处理单分子层预焊，防蚀HAL～5um焊接用电镀金～0.1um（闪镀）防蚀/焊接用电镀Sn/Pb20um～50um防蚀/压焊用化学镀Sn5um～10um焊接用氧化锡～1um焊接用化学镀金～0.1um防蚀用，焊接用当然，客户实际的需求可能比这个更复杂，以上表格中数据，仅作为一个速查索引，供参考。2.3.4孔及尺寸变化问题2.3.5线路及尺寸变化问题03开料FPC的材料绝大部分都是卷材，而带通孔的双面FPC都无法用RTR工艺，所以需要对材料进行片状开料加工。FPC的材料非常薄，因此也非常脆弱。所以开料时特别需要注意对材料的防护。如果量小，可采用手工裁剪。如果量大，就需要自动切片机来切了。开好的料，昀好能用采用设备自动叠放整齐，这样可以有效减少压坑、折痕、褶皱的问题的发生。如果需要手工叠，记得一定要采用不易掉纤维的手套，昀好是采用乳胶之类的手套，防止材料表面污染。如果所裁切的材料是覆铜板，还需要注意压延铜的压延方向。一般的裁切机，可确保裁切尺寸精度达到±0.3mm之内。需要注意的是，在制前设计，或者后续加工中，千万不要采用开料边框当做后工序的定位基准。04钻孔FPC基材孔的加工方法有NC钻，机械冲，激光钻，等离子蚀刻、化学蚀刻等。理论上，NC钻机目前可钻出0.1mm以下的孔来。但从生产角度考虑，孔小于0.25mm时，成本就会大幅度上升，如果孔小于0.15mm时，其生产成本相当高，工艺难度大，不适于量产。机械冲孔不是新技术，但有两个问题制约着它：1）批量冲孔仅限于0.6～0.8mm；2）开料后加工孔阶段，材料都很大，模具也大，费用太高，成本仍然太高。模具冲目前主要还是用在加工保护膜开窗和胶开窗方面。其余的孔加工法，目前对于普通FPC厂的来说，尚属于“天方夜谭”，所以这里就不细谈了。以下是几种孔加工的技术对比：钻孔技术比较NC钻等离子蚀孔激光钻孔冲孔化学蚀刻孔孔径0.25mm～0.05mm～0.03mm～0.8mm0.05mm～盲孔困难可可不可可垂直性良好有倾斜良好良好有倾斜生产率高中低中高05孔金属化FPC孔金属化的过程，与PCB基本相同，因此在这里也不赘述。在这里，主要讲讲FPC在金属化孔生产中需要注意的几点：1）FPC需要使用特殊夹具，确保在化学镀铜缸中不被弄皱；2）全板镀铜时，也需要能很好固定FPC的夹具，以确保FPC不移动，能获得良好的镀层，且保证不把板弄皱；3）如外发，昀好发给有FPC生产经验的厂，否则，会变成白老鼠。06图形转移图形转移前，先要对铜箔表面进行清洗处理。主要是目的是为了保证铜表面清洁，减少蚀刻时造成断线或者短路的机会。一般工厂采用化学清洗和磨刷处理相结合的方式来处理。但请注意，如果可以，应尽量减少处理次数和返工。FPC的基材实在是太脆弱了，每处理一次，基材受力后可能就会拉长一次，这会引起后续加工中尺寸的变化。6.1抗蚀剂技术对比图形转移中，使用蚀材料大致有三种：抗蚀剂技术对比丝印DF液态感光材料线宽/线隙0.3mm0.04mm0.01mm成本低中低生产效率高中高可操作性需熟练工容易容易其中以使用干膜DF者居多，故给出干膜参数：干膜厚度及尺寸公差技术要求公差规格名称标称尺寸一级二级25～30±2.5±3聚酯片基光致抗蚀层38、50±3±3.5聚乙烯保护膜25～30±5±10厚度/um总厚度75～110±10.5±16.5宽度/mm485,300±5长度/m1006.2图形形成单片曝光，柔性板与刚性板所使用的设备相同，但定位夹具有所不同。柔性板专用的图形掩膜定位家具，一般情况下，都是厂家自己制作的，大多都采用销钉定位。但由于柔性板容易收缩变形，一般很难达到50um以上的精度。而线路在80um以下的精密图形，如果使用散射光的曝光机，线路边缘会形成明暗不清的晕边，不能得到清晰的线条。昀好是使用平行光光源。特别是50um以下的线路，必须使用平行光曝光机。如果图形定位要求精度很高，可采用在原版照片的不同位置上设置3～4个定位孔，采用CCD确定出定位孔位置，使台面移动进行重合定位。若想得到高精细和高尺寸的精度图形，底片掩膜昀好能使用玻璃，如果再配以高精度的曝光机，上下图形的重合精度可以达到±15um以下。07蚀刻我们都知道，蚀刻液一般有三氯化铁、氯化铜