FPC基础简介课件.ppt

柔性印刷板基础简介FlexiblePrintedCircuit制作人 制作时间 September2006 FlexiblePrintedCircuit 柔性印刷板 FlexiblePrintedCircuit 也称为挠性印制电路 就是我们通常所说的软板 FPC FlexiblePrintedCircuit 1 什么是FPC2 FPC的发展简史3 FPC的特性及其应用4 FPC的结构5 FPC的一般工艺制作流程 FlexiblePrintedCircuit 1 什么是FPC 在IPC T 50中对挠性印制电路 FPC 的定义是 使用挠性的基材制作的单面 双面或多层线路的印制电路 可以有覆盖层 也可以没有覆盖层 下面是我们B2F公司生产的型号为116的软板 产品编号 802F116TOP面BOT面 FlexiblePrintedCircuit 2 FPC的发展过程挠性印制电路 FPC 作为一种特殊的电子互连技术 有着十分显著的优越性 它具有轻 薄 短 小 结构灵活的特点 除可静态弯曲外 还能作动态弯曲 卷曲和折叠等 挠性印制电路是当今最重要的电子互联技术之一 几乎在每一类电子产品中都有应用 包括从简单的玩具和游戏机到手机和计算机 再到高端复杂的宇航电子仪器等 可以肯定的说 你所拥有的产品中有许多时利用挠性印制电路来进行电子互连的 挠性印制电路是现代电子互连技术中出现最早的技术之一 早在1898年发表的英国专利中记载有在石蜡纸基板上制作的平面导体 几年后托马斯 爱迪生在与助手的实验记录中描述的概念使人联想到现在的厚膜技术 在20世纪的前半个世纪 科研工作者设想和发展了多种新的方法来使用挠性电子互连技术 直到用于汽车仪表盘仪器线路的连接 才推动了挠性印制电路的批量生产 FlexiblePrintedCircuit 80年代电子产品的急速发展 对挠性印制电路的需求大幅度地扩大 特别是在通信产品 视频产品 个人电脑和外围产品以及办公设备等范围的实际应用 20世纪80年代末到90年代初期间 许多挠性印制电路生产厂都开发出了新的产品 提高了生产效率 降低了成本 节约了能源 促进了挠性印制电路技术的高速发展 近年来高密度互连 HDI 趋势在挠性印制电路上兴起 而顺应此发展的最显著地方便是间距走向更密集 HDI挠性印制电路的高速成长 且芯片直接在挠性板上封装 COF 将取代带式自动接合技术 TAB 封装 挠性印制电路将有更广泛的应用 早期挠性印制电路主要应用在汽车仪表 小型或薄型电子机构及刚性PCB间的连接等领域 20世纪70年代末期则逐渐应用在计算机 照相机 打印机 汽车音响等电子资讯产品 FlexiblePrintedCircuit FlexiblePrintedCircuit 目前日本挠性印制电路市场仍以消费性电子产品为主 而美国则由以往的军事用途逐渐转成消费性民用用途 挠性印制电路下游应用极为广泛 信息产品包括笔记本电脑 NB 硬盘驱动器 HDD 掌上电脑 PDA 通信产品有手机 无线通信 视讯产品有摄录放映机 消费性电子产品有照相机 显示器有液晶显示器 LCD 等离子体显示器 PDP 等 其中应用于NB 手机及LCD显示器的挠性印制电路是市场成长最快速的领域 我国挠性印制电路的研究与应用起步较晚 总体来说技术水平还较落后 产品主要集中在单面板和双面板 但近年来随着美国 日本和中国台湾等公司的涌入 对国内挠性印制电路市场产生了一定的冲击 同时也刺激了国内挠性印制电路技术的提升 FlexiblePrintedCircuit 3 FPC的特性及应用3 1FPC的特性 轻薄短小轻 重量比PCB 硬板 轻可以减少最终产品的重量薄 厚度比PCB薄可以提高柔软度 加强在有限空间內作三维空间的组装短 组装工时短所有线路都配置完成 省去多余排线的连接工作小 体积比PCB小可以有效降低产品体积 增加携带上的便利性 FlexiblePrintedCircuit 除了上述特点之外 FPC还有一些特点 例如 FPC可移动 弯曲 扭转 FPC具有优良的电性能 介电性能及耐热性 FPC有利于热扩散 低成本 高密度布线 可连续卷式生产 RollToRoll FlexiblePrintedCircuit 3 2FPC的应用因为FPC独特的性能使得FPC有着广泛的应用 FlexiblePrintedCircuit FPC的产品应用 CD随身听著重FPC的三度空间组装特性与薄的厚度 将庞大的CD化成随身携带的良伴 FlexiblePrintedCircuit FPC的产品应用 行动电话著重FPC轻的重量与薄的厚度 可以有效节省产品体积 轻易的连接电池 话筒 与按键而成一体 FlexiblePrintedCircuit FPC的产品应用 磁碟机无论硬碟或软碟 都十分依赖FPC的高柔软度以及0 1mm的超薄厚度 完成快速的读取资料 不管是PC或NOTEBOOK FlexiblePrintedCircuit FPC的产品应用 电脑与液晶荧幕利用FPC的一体线路配置 以及薄的厚度 将数位讯号转成画面 透过液晶荧幕呈现 FlexiblePrintedCircuit 4 FPC的结构与分类4 1FPC的结构从挠性印制电路板的结构分析 构成挠性印制电路的材料有绝缘基材 黏结剂 金属导体层 铜箔 覆盖层以及补强材料等 4 1 1绝缘基材绝缘基材是FPC的主体材料 作为载体它必须具有良好的机械和电气性能 是FPC中的绝缘层 简称基材 FPC中的绝缘基材必须是可挠曲的绝缘薄膜 通常用的是聚酰亚胺 PI 薄膜和聚酯 PET 薄膜两种 PI价格较高 但其耐燃性较佳 PET价格较低 但不耐热 因此若有焊接要求时多均选用PI薄膜 应用在FPC中的基材多是PI薄膜系列 其次是PET薄膜系列 FlexiblePrintedCircuit 4 1 2金属导体层 铜箔 挠性印制电路最常用的金属导体层是铜箔 分为压延铜箔 RA 和电解铜箔 ED 它是覆盖黏结在绝缘基材上的导体层 经过最后选择性蚀刻成为所需要的图形 从特性上来说 压延铜箔的机械性能较好 有挠折性要求时多用压延铜箔 铜箔的厚度有18微米 35微米和70微米或更厚的铜箔 在制造一般密度的挠性板采用压延铜箔厚度35微米就能满足其性能要求 FlexiblePrintedCircuit 4 1 3黏结剂也可以称为接着剂 胶粘剂 简称胶 Adhesive 黏结层是将金属箔与绝缘层结合在一起的中间层 其性能直接影响到挠性基材的性能 用于黏结层的材料有聚脂 丙烯酸 改性环氧 氟碳树脂 聚酰亚胺等 由于黏结剂与绝缘基材之间在FPC的制造过程中还有一定的化学反应 因此对于不同的基材还应该选择相对应的黏结剂体系 黏结剂的性能必须与基材相适应 胶一般有Acrylic胶 丙烯酸类胶 和Epoxy胶 环氧类胶 两种 最常使用Epoxy胶 黏结层的厚度依客户要求而定 FlexiblePrintedCircuit 铜箔基材 FCCL 铜箔基材又叫作 挠性 覆铜箔板 由绝缘基材PI 胶 铜箔组合而成 3层 现亦有无胶铜箔基材 即由绝缘基材PI 铜箔组成 2层 所以铜箔基材 FCCL 有3层和2层之分 无胶铜箔基材其价格较高 在市面上应用较少 除非有特殊需求 一般都是使用3层结构的铜箔基材 铜箔基材 FCCL 是制造FPC的基本材料 铜箔基材 FCCL 有单面和双面两种类型 FlexiblePrintedCircuit 1 单面板铜箔基材的组成 铜箔 胶 PI2 单面板铜箔基材的叠构 铜箔胶PI3 双面板铜箔基材的组成 铜箔 胶 PI 胶 铜箔 FlexiblePrintedCircuit 4 双面板铜箔基材的叠构 铜箔胶PI胶铜箔 FlexiblePrintedCircuit 4 1 4覆盖层覆盖层是覆盖在挠性电路板表面上的绝缘保护层 它的作用是使挠性电路不受尘埃 潮气 化学药品的浸蚀 及减少弯曲过程中应力的影响 特别是在较长时间的弯折期内具有较高的坚韧度以使挠性电路发挥其重要的优势 覆盖膜 即保护膜Coverlay 由绝缘基材 胶组成 基材有PI和PET两种 视铜箔基材 FCCL 所用的基材而选则材质为覆盖膜所搭配 一般是PI 覆盖膜的胶与铜箔基材 FCCL 所用的胶相同 FlexiblePrintedCircuit 4 1 4覆盖层保护膜的组成 胶 PI保护膜的叠构 胶PI FlexiblePrintedCircuit 4 1 5补强材料 Stiffener 软板上局部区域为了焊接零件或增加补强以便安装而另外压合上去的硬质材料 补强胶片 分为PI和PET两种材质FR4 为Epoxy材质树脂板 一般称尿素板补强材料一般均以感压胶与软板贴合 但PI补强胶片则均使用热熔胶压合 FlexiblePrintedCircuit 4 2FPC的分类4 2 1按导体的层数分类4 2 1 1单面板单面挠性印制电路 只有一层导体 表面可以有覆盖层或没有覆盖层 所用的绝缘基底材料 随产品的应用的不同而不同 其特点是结构简单 制作方便 其质量也容易控制 单面板的叠构组成 a 单面板组成 铜箔基材 保护膜b 单面板叠构 FlexiblePrintedCircuit 单面FPC又可进一步分为如下四类 1 无覆盖层单面连接的这类FPC的导线图形在绝缘基材上 导线表面无覆盖层 像通常的单面刚性PCB一样 这类产品是最廉价的一种 通常用在非要害且有环境保护的应用场合 其互连是用锡焊 熔焊或压焊来实现 它常用在早期的电话机中 2 有覆盖层单面连接的这类和前类相比 只是根据客户要求在导线表面多了一层覆盖层 覆盖时需把焊盘露出来 简单的可在端部区域不覆盖 要求精密的则可采用余隙孔形式 它是单面FPC中应用最多 最广泛的一种 在汽车仪表 电子仪器中广泛使用 3 无覆盖层双面连接的这类的连接盘接口在导线的正面和背面均可连接 为了做到这一点 在焊盘处的绝缘基材上开一个通路孔 这个通路孔可在绝缘基材的所需位置上先冲制 蚀刻或其它机械方法制成 它用于两面安装元 器件和需要锡焊的场合 通路处焊盘区无绝缘基材 此类焊盘区通常用化学方法去除 FlexiblePrintedCircuit 4 有覆盖层双面连接的这类与前类不同处是表面有一层覆盖层 但覆盖层有通路孔 也允许其两面都能端接 且仍保持覆盖层 这类软性PCB是由两层绝缘材料和一层金属导体制成 被用在需要覆盖层与周围装置相互绝缘 并自身又要相互绝缘 末端又需要正 反面都连接的场合 4 2 1 2双面板双面挠性印制电路 有两层导体 可以有或无覆盖层 这类双面FPC的应用和优点与单面FPC相同 其主要优点是增加了单位面积的布线密度 总厚度比单面板厚 柔软度要低 结构比单面板要复杂 需经过钻孔 化学镀 电镀制作导通孔的处理 工艺控制难度较高 它可按有 无金属化孔和有 无覆盖层分为 a无金属化孔 无覆盖层的 b无金属化孔 有覆盖层的 c有金属化孔 无覆盖层的 d有金属化孔 有覆盖层的 无覆盖层的双面软性PCB较少应用 FlexiblePrintedCircuit 双面板的叠构组成 A 双面板组成 保护膜 铜箔基材 保护膜B 双面板叠构 FlexiblePrintedCircuit 4 2 1 3多层板FPC如多层PCB那样 采用多层层压技术 可制成多层FPC 多层FPC的优点是基材薄膜重量轻并有优良的电气特性 如低的介电常数 最常用的多层FPC结构是四层结构 用金属化孔实现层间互连 中间二层一般是电源层和接地层 1 双层板的叠构组成a 双层板组成 保护膜 铜箔基材 纯胶 铜箔基材 保护膜b 双层板叠构 FlexiblePrintedCircuit 2 三层板的叠构组成 a 三层板组成 保护膜 铜箔基材 纯胶 保护膜 铜箔基材 纯胶 铜箔基材 保护膜b 三层板叠构 FlexiblePrintedCircuit 4 2 1 4刚 挠结合多层板该类型通常是在一块或二块刚性PCB上 包含有构成整体所必不可少的FPC FPC层被层压在刚性多层PCB内 这是为了具有特殊电气要求或为了要延伸到刚性电路外面 以朝代Z平面电路装连能力 这类产品在那些把压缩重量和体积作为关键 且要保证高可靠性 高密度组装和优良电气特性的电子设备中得到了广泛的应用 刚性 挠性多层PCB也可把许多单面或双面FPC的末端粘合压制在一起成为刚性部分 而中间不粘合成为软性部分 刚性部分的Z面用金属化孔互连 可把可挠性线路层压到刚性多层板内 这类PCB越来越多地用在那些要求超高封装密度 优良电气特性 高可靠性和严格限制体积的场合 2019 12 20 31 可编辑 FlexiblePrintedCircuit 4 2 2按有无黏结层分类4 2 2 1有黏结层FPC就是通常所说的挠性印制电路 在导体层与绝缘基材和覆盖层之间通过黏结层连接起来 4 2 2 2无黏结层FPC指采用铜箔与基材之间无黏结层覆铜板而制成的挠性印制电路 无黏结层的挠性印制电路可大大提高动态弯曲次数 4 2 3按线路密度分类4 2 3 1普通型FPC4 2 3 2高密度型 HDI FPC高密度挠性印制电路是一种超细线距的挠性印刷电路板 5 FPC的一般工艺制作流程 裁剪Cutting Shearing 机械鉆孔CNCDrilling 镀通孔PlatingThroughHole 显影Develop 露光Exposure 贴膜DryFilmLamination 蚀刻Patternetching 剥膜DryFilmStripping 假貼PreLamination 表面处理SurfaceFinish 加工組合Assembly 测试O STesting 冲制Punching 检验Inspection 包装Packing 热压合HotPressLamination FlexiblePrintedCircuit 例如ProjectNo 802F159BF1的生产板的lotcard上的工艺流程如下 发料钻孔除孔污沉铜全板镀铜干菲林二次全板电镀退菲林二次干菲林干菲林后蚀板退菲林自动光学测试初检贴覆盖膜压板贴补强板二次压板锔板镀金啤工具孔字符切板啤板电测最后全查最后检查包装 FlexiblePrintedCircuit 5 1发料柔性板的发料内容主要有柔性覆铜箔板 覆盖层 增强板 以及层压用的主要辅助材料有分离膜 敷形材料或硅橡胶板 吸墨纸或铜板纸等 通常柔性覆铜板和覆盖层都是卷状的 为了符合产品不同尺寸的要求 必须依不同产品尺寸规划设计将材料分裁成需要的尺寸 软板材料的分裁通常是用卷状材料自动下料机 FlexiblePrintedCircuit 5 2钻孔一般电路板为符合客户设计要求及制程要求 都会在材料 单 双面板 上以机械钻孔方式钻出定位孔 测试孔 零件孔等 在制造柔性印制电路板过程中 多数采用机械式的钻孔设备 但随着高密度互连技术的发展 电路上所需要的孔径越来越小 机械式的钻孔已不适应新技术的要求必须更换新的工艺手段 柔性电路板微孔的制作除了机械钻孔外 还有镭射激光钻孔 冲孔 等离子体蚀刻 化学蚀刻和光致成孔等 机械钻孔能钻的最小孔径是0 2mm 利用镭射钻机可以钻出更小孔径的孔 FlexiblePrintedCircuit 5 镀通孔 PlatingThroughHole PTH 双面板 多层板材料经机械钻孔后 上下两层导体铜并未真正导通 必须在钻孔孔壁上镀上导电层 使孔壁的非导体部份的树脂进行金属化 以进行后来的电镀铜制程 完成足够导电及焊接的金属孔壁 其工艺流程如下 钻孔除孔污沉铜全板镀铜干菲林二次全板电镀退菲林其中二次全板电镀的目的是加厚孔壁的铜厚 使孔铜厚达到客户的设计要求 FlexiblePrintedCircuit 机械钻孔 机械钻孔 双面板机械钻孔后 未镀通孔前 铜箔Copper 接着剂Adhesive 基材Basefilm 铜箔Copper 接着剂Adhesive FlexiblePrintedCircuit 镀铜后 全板镀PanelPlating 孔沉铜后 选镀SelectingPlating FlexiblePrintedCircuit 镀孔铜后 干菲林后二次全板电镀 FlexiblePrintedCircuit 5 图形转移图形转移就是将照相底版 菲林 上的电路图形转移到覆铜箔板上 形成一种抗蚀或抗电镀的掩膜图形 通常包含有贴膜 曝光 显影 蚀刻 剥膜等过程 5 4 1贴膜 DryFilmLamination 镀通孔完成后 利用加热滚轮加压的方式 在清洁完成的材料上贴合干膜 作为蚀刻阻剂 因为干膜对紫外线敏感 为避免干膜未贴合完成即发生反应 干膜贴合作业环境必须为黄光区 FlexiblePrintedCircuit 所用的干膜 dryfilmphotoresist 是指作为抗蚀刻或抗电镀用的感光抗蚀剂 是由聚酯薄膜 光致抗蚀剂膜及聚乙烯保护膜三个部分组成 聚乙烯保护膜光致抗蚀剂膜聚酯膜 FlexiblePrintedCircuit 干膜 dryfilmphotoresist 光致抗蚀剂是一种感光材料 光致抗蚀剂膜是干膜的主体 多为负性的感光材料 其厚度视其用途不同有若干种规格 最薄的可以是十几个微米 最厚的可达100微米 感光胶层光致抗蚀剂的主要成分是光聚合单体 光引发剂 粘结剂 聚酯薄膜是支撑感光胶层的载体 使感光材料光致抗蚀剂涂覆成膜 厚度通常为25um 聚酯薄膜在曝光之后 显影之前除去 防止曝光时氧气向抗蚀剂层扩散 破坏游离基 引起感光度下降 聚乙烯保护膜是覆盖在感光胶层上的保护膜 防止灰尘等污物污染干膜 且避免在卷膜时 每层抗蚀剂膜之间相互粘连 聚乙烯保护膜在贴膜时除去 FlexiblePrintedCircuit 5 4 2曝光 Exposure 贴膜完成的材料 利用影像转移的方式 将设计完成的工作底片 菲林 上的线路型式 以紫外线曝光 转移至干膜上 曝光用的工作底片 菲林 采取负片方式 镂空透光的部分即为线路及留铜区 作业环境 黃光区域作业机器 全自动曝光机 半自动曝光机 FlexiblePrintedCircuit FlexiblePrintedCircuit 5 4 3显影 Developing 曝光完成的材料 紫外线照射过区域的干膜部分聚合硬化 经显影特定药水冲洗 可将未经曝光硬化部分冲掉 使材料铜层露出 经显影完成的材料 可看出将形成线路的形状 形式 作业溶液 Na2CO3 K2CO3 弱碱性溶液 显影溶液 胶 铜箔 硬化部分的干膜 基材 未经曝光 聚合未硬化 的干膜 FlexiblePrintedCircuit 5 4 4蚀刻 PatternEtching 经显影完成的材料 经过蚀刻药水的冲洗 会将未经干膜保护的铜层裸露部分去除 而留下被保护的线路 蚀刻完成的材料即是我们所需的线路型成 蚀刻是线路成型的关键制程 蚀刻所用的药水主要是酸性CuCl2作业原理 蚀刻化学反应式 再生还原反应 Cu CuCl2 Cu2Cl2Cu2Cl2 HCl H2O2 2CuCl2 H2O FlexiblePrintedCircuit 蚀刻溶液 胶 铜箔 基材 未被硬化干膜保护之裸露 已硬化之干膜 FlexiblePrintedCircuit 5 4 5剥膜 DryFilmStripping 经蚀刻完成的材料 板面上仍留有已硬化的干膜 利用剥膜制程 使干膜与材料完全分离 让线路完全裸露 铜层完全露出 剥膜药液 NaOH强碱性溶液作业方式 二段式NaOH剥膜 酸洗中和 水洗 2 3 各一段 25 HCl FlexiblePrintedCircuit 剥膜溶液 胶 铜箔 基材 利用NaOH使硬化干膜和材料分离 FlexiblePrintedCircuit D E S FlexiblePrintedCircuit 5 5压板 Lamination 为保护线路及符合客户需求 需在线路上披覆一层绝缘材料 此绝缘材料称为保护胶片 即我们通常所说的覆盖膜 保护膜 简称 coverlay 覆盖膜不仅是起阻焊作用 而且使柔性电路不受尘埃 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 作业时 将经过钻孔 开窗口的覆盖膜在对准位置后 假性接着贴附于清洁处理过的铜箔材料上 再在高温高压下层压到柔性板上 作业步骤一般是 贴覆盖膜压板贴补强板二次压板锔板 FlexiblePrintedCircuit 5 6表面处理 SurfaceFinish 柔性板层压保护膜 或阻焊层 后裸铜待焊面上必须依客户指定需求涂布有机助焊保护剂 OrganicSolderabilityPreservatives OSP 热风整平 HASL 或以电镀 化学镀方式镀上锡铅合金 镍 金 锡 银 钯等金属镀层 以保护裸露部分不再氧化及确保符合性能要求 通常的要求是沉镍金或是电镍金 FlexiblePrintedCircuit 5 7印刷字符依据客户要求在软板一面或两面丝印上数字编号等字符 最常用的方法是丝网印刷 最近出现了喷印字符的技术 网印技术在印制电路中有较广泛的应用 该方法的特点是能形成批量性大生产 同时能实现自动化产业结构 制作简便 成本低 FlexiblePrintedCircuit 5 8加工组合 A