挠性及刚挠印制电路板

1、挠性及刚挠印制电路板,挠性及刚挠印制电路板,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,挠性印制板（Flexible Printed Board）: 又称为柔性板或软板。 刚挠印制板（Rigid-Flex Printed Board）: 又称为刚柔结合板,7.1概论,7.1.1 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。 (

2、4)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,7.1概论,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,7.1.2 挠性印制电路板（FPC）的分类,7.1概论,按物理强度的软硬分类 (1) 挠性印制板 (2) 刚挠印制板,7.1概论,7.1.2 挠性印制电路板（FPC）的分类,按基材分类 聚酰亚胺型挠性印制板 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,7.1.2 挠性印制电路板（FPC）的分类,7.1概论,PI

3、（聚酰亚胺）印制板,7.1.3 挠性及刚挠印制电路板的结构形式,7.1概论,7.1.4 历史沿革 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：50m；孔径：0.1mm；层数10层以上。 国内：线宽：75m；孔径：0.2mm；层数4层。,7.

4、1概论,7.2 挠&刚印制板的材料及设计标准,7.2.1 挠性印制板的材料 挠性介质薄膜； 挠性粘结薄膜； 铜箔； 覆盖层材料。,常用的挠性介质薄膜有 聚酯类；聚酰亚胺类；聚氟类。,粘结薄膜材料 丙烯酸类，环氧类和聚酯类。 杜邦公司：改性丙烯酸薄膜，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。 Fortin公司：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。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。,7.2 挠&刚印制板的材料及设计标准,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

5、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。,7.2 挠&刚印制板的材料及设计标准,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。,覆盖层材料根据其形态分

6、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。,7.2 挠&刚印制板的材料及设计标准,表114几种覆盖层工艺的比较,近十年来为了迎合挠性电路发展的需求，开发了在传统覆盖膜上进行激光钻孔以及感光的覆盖层,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。,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

7、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。,7.2 挠&刚印制板的材料及设计标准,7.2.2挠&刚印制板的设计标准,7.2 挠&刚印制板的材料及设计标准,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-249 IPC-223

8、3,7.2 挠&刚印制板的材料及设计标准,7.2.2挠&刚印制板的设计标准 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。,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。,7.3 挠性板的制造,挠性印制板的制造有不同方法，按挠性板类型介绍。 7.3.1挠性单面板制造 挠性单面板是用量

9、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（Roll to Roll）和单片间断式二类。 滚辊连续生产是成卷加工。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：,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。,挠性单面板加工过程示意图,挠性单面板生产工艺流程图,7.3.1挠性单面板制造,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

10、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。,7.3 挠性板的制造,7.3.1挠性单面板制造,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。,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。,7.3 挠性板的制造,7.3.1挠性单面板制造,7.3.2 挠性双面板和挠性多层板的制造 挠性双面印制板：在基材

11、的两个面各有一层导电图形，金属化孔使两面形成电连接，以满足挠曲性设计及功能要求，其最普通的制造方法是非连续法(片材加工法)。 挠性多层板将三层或多层单面挠性电路或双面挠性电路层压在一起，而后钻孔、电镀形成电连接，可以获得高密度和高性能的电子封装。,7.3 挠性板的制造,图1115 双面挠性印制板工艺流程图,图1117 整板电镀蚀刻法挠性双面板制造工艺,7.3.2 挠性双面板和挠性多层板的制造,图1116 常规挠性多层板制造工艺流程图,7.3.2 挠性双面板和挠性多层板的制造,下料 挠性板的下料内容主要有挠性覆铜板、覆盖层、增强板，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

12、等。,钻孔 无论是挠性覆铜板还是覆盖层，它们都是又软又薄难钻孔，因此在钻孔前都要叠板，即十几张覆盖层或十几张覆铜板象本书一样叠在一起。,去钻污和凹蚀 经过钻孔的印制板孔壁上可能有树脂钻污，只有将钻污彻底清除才能保证金属化孔的质量。双面的挠性覆铜板经钻孔后一般需要去钻污和凹蚀，然后进行孔化。,7.3.2 挠性双面板和挠性多层板的制造,当覆盖层上开窗口采用冲孔方法加工时，一定要注意将带有粘结层的方向，否则很容易产生钉头现象。当覆盖层上的钉头是向着胶面时，会降低覆盖层与挠性电路的结合力。,7.3.2 挠性双面板和挠性多层板的制造,孔金属化和图形电镀 (1).工艺流程,金属化孔和图形电镀工艺流程,(2

13、).化学镀铜 前处理溶液最好用酸性胶体钯而不宜采用碱性的离子钯。通常，要注意既要防止反应时间过长和速度过快. 反应时间过长会造成挠性材料的溶胀,速度过快会造成孔空洞和铜层的机械性能较差。,7.3.2 挠性双面板和挠性多层板的制造,(3).电镀铜加厚 由于化学镀铜层的机械性能(如延展率)较差，在经受热冲击时易产生断裂。所以一般在 化学镀铜层达到0.30.5m时，立即进行全板电镀加厚至3-4m，以保证在后续的处理过程中孔壁镀层的完整。,7.3.2 挠性双面板和挠性多层板的制造,(4).前清洗和成像 在成像之前，首先要对板进行表面清洗和粗化，其工艺与刚性板材大致相同。但是由于挠性板材易变形和弯曲，宜

14、采用化学清洗或电解清洗；也可以采用手工浮石粉刷洗或专用浮石粉刷板机。挠性板的贴膜、曝光以及显影工艺与刚性板大致相同。显影后的干膜由于已经发生聚合反应，因而变得比较脆，同时它与铜箔的结合力也有所下降。因此，显影后的挠性板的持拿要更加注意，防止干膜起翘或剥落。,5.蚀刻 通常挠性板弯曲部位往往有许多较长的平行导线。为保证蚀刻的一致性，可以在蚀刻时注意蚀刻液的喷淋方向、压力及印制板的位置和传输方向。蚀刻时，应在挠性板之前贴一块刚性板牵引它前进。最后，最好采用蚀刻液自动再生补加系统。,6.覆盖层的对位 蚀刻后的线路板在对位覆盖层之前，要对表面进行处理以增加结合力。钻孔后的覆盖层以及蚀刻后的挠性电路都有

15、不同程度的吸潮。因此这些材料在层压之前应在干燥烘箱中干燥24小时，叠放高度不应超过25mm。,7层压 (1).挠性印制板的覆盖层层压： 根据不同的挠性板材料确定层压时间、升温速率及压力等层压工艺参数。一般来说，它的工艺参数如下：,(2).层压的衬垫材料 衬垫材料的选用对挠性及刚挠印制板的层压质量十分重要。理想的衬垫材料应有良好的敷形性、低流动度，且冷却过程不收缩，以保证层压无气泡和挠性材料在层压中不发生变形。衬垫材料通常分为柔性体系和硬性体系。 柔性体系主要包括聚氯乙烯薄膜或辐射聚乙烯薄膜等热塑性材料。,硬性体系主要是采用玻璃布做增强材料的硅橡胶。,8.烘板 烘板主要是为了去除加工板中的潮气。

16、 9.热风整平(热熔) 烘完后的印制板应立即进行热风整平(或热熔)，以防止板子重新吸潮。,10.外形加工 挠性印制板的外形加工，在大批量生产时是用无间隙精密钢模冲模，可一模一腔，也可一模多腔。 11.包装 通常可采用块与块之间加包装纸或泡沫垫分离，几块板子一起上下加泡沫垫用真空包装机真空包装，也可在真空包装袋内加放干燥剂，延长存放时间。,11.3.3 刚挠结合板制造工艺 刚挠结合板的制造结合了刚性和挠性电路两者的制造技术。每块刚挠印制板上有一个或多个刚性区和一个或多个挠性区。,刚挠印制板工艺流程图,7.4挠,刚挠印制板的性能要求,根据印制板功能可靠性和性能的要求，对印制板产品分下列三个通用等级

17、：1级一般的电子产品，2级专用设施的电子产品，3级高可靠性电子产品。,按性能要求的不同，挠性印制板可分为五种类型： 1型：挠性单面印制板 2型：挠性双面印制板 3型：挠性多层印制板 4型：刚挠材料组合的多层印制板 5型：挠性或刚挠印制板,7.4.1挠性印制板的试验方法 挠性印制板有如下的试验方法，具体的测试方法可参考IEC-326-2、IPC-TM-650以及JIS C 5016等标准。 1)表面层绝缘电阻 2)表面层耐电压 3)导体剥离强度 4)电镀结合性 5)可焊性 6)耐弯曲性 7）耐弯折性 8)耐环境性 9)铜电镀通孔耐热冲击性 10)耐燃性 11)耐焊接性 12)耐药品性,7.4.2

18、挠性及刚挠印制板的尺寸要求 挠性印制板应符合采购文件规定的尺寸要求，尺寸检验主要包括以下几方面； 1)外形 2)孔 3)导体 4)连接盘 5)金属化孔镀铜厚度 6)端子电镀层厚度,7.4.3挠性及刚挠印制板的外观 导体 导体不允许有断线、桥接、裂缝，导体上缺损或针孔宽度应小于加工后导体宽度的30，残余或突出的导体宽度应小于加工后的导体间距的1/3，由腐蚀后引起的表面凹坑，不允许完全横穿过导体宽度方向。,绝缘基板膜面的 缺陷允许范围,绝缘基板膜 导体不存在的基板膜面外观允许缺陷范围列于表。不允许有其它影响使用的凹凸、折痕、皱纹以及附着异物。,覆盖层 覆盖膜及覆盖涂层外观的缺陷允许范围见下表， 不

19、允许有影响使用的凹凸、折痕、皱纹及分层等。,电镀的外观 (1)镀层空洞 对于1级产品，每个镀覆孔允许有3个空洞，同一平面不准有2个或2个以上的空洞。 空洞长度不允许超过挠性印制板厚的5%，不准有周边空洞， 对于2级和3级产品，每个试样的空洞应不超过一个，必须符合以下判据： 每个试样的镀层空洞不能超过一个； 镀层空洞尺寸不应超过挠性印制板厚的5； 内层导电层与电镀孔壁的界面处不应有空洞； 不允许有环状空洞。,(2)镀层完整性 对于2级和3级产品，不应有镀层分离和镀层裂缝，并且孔壁镀层与内层之间没有分离或污染。对于1级产品，只允许20%的有用焊盘有内层分离，而且只能出现在每个焊盘孔壁的一侧，弯曲处

20、允许有最大长度为0.125mm的分离，只允许20%的有用焊盘有夹杂物，而且只能出现在每个焊盘孔壁的一侧。 (3)电镀渗透或焊料芯吸作用 焊料芯吸作用或电镀渗透不应延伸到弯曲或柔性过渡区，并应满足导体间距要求。电镀或焊料渗入导体与覆盖层之间部分对于2级产品应在0.5mm以下，对于3级产品应在 0.3mm以下。,刚挠结合板的过渡区,刚挠印制板的外观 刚挠印制板成品板的挠性段或挠性印制板，它们的切边应无毛刺、缺口、分层或撕裂。电路接头引起的缺口和撕裂的限度应由供需双方商定。,7.4.4物理性能要求 1耐弯折性 1和2型板的弯折半径应为挠性印制板弯折处总厚度的6倍，但应不小于1.6mm。3、4和5型板的弯曲半径应为挠性印制板弯折处总厚度的12倍，但应不小于1.6mm。,2耐弯曲性 挠性和刚挠印制板应能耐100,000次挠曲而无断路、短路、性能降低或不可接受的分层现象。耐挠曲性采用专用设备，也可采用等效的仪器测定，被测试样应符合有关技术规范要求。 布设总图应规定下列要求： a挠曲周期数； b挠曲半径； c挠曲速率； d挠曲点； e回转行程(最小25.4mm)。,7.5 挠性印制电路板的发展趋势,近10年，柔性印制板的加工技术的进步是十分明显的，因而柔性印制板线路的设计规则也必须随之作大幅度变化。为了充分