柔性电路板的应用与发展

1、编号：Q/NJXX-QR-JX-38-2008 南京信息职业技术学院毕业设计(论文)说明书作者 屈甜甜 学号 31213D12 系部 微电子学院 专业 电子电路设计与工艺 题目 柔性电路板的应用与发展 指导教师 孙凤梅 评阅教师 完成时间： 2015 年 05 月 08 日柔性电路板的应用与发展摘要：随着时代的变迁人们生活水平也在变化着，电子科技已经是人类生活不可缺少的重要组成部分。所以人们对于电子产品的也随之增高。为了将电子产品外形的短小，精巧，轻薄，以及内置的功能要求的多样化集于一体，来满足我们的需求，柔性电路板则是其中必不可少的一环。因为它有着非常明显的优越性，如：结构灵活，体积小巧，重

2、量轻，甚至是旋转折叠等方面的要求。基于中国是世界人口大国，所以柔性电路板在中国有着十分广阔的经济市场，中国的柔性电路板新兴企业都有着难以估量的发展前途。本文在柔性电路板的基本概念这一观点上，详细阐述了柔性电路板的生产流程，工艺要求，应用情况和发展前景等。关键词：柔性电路板 应用 发展Title :Application and development of the flexible printed CircuitAbstract：As time changes, the level of people's lives changes and the society develops a

3、t the same time. Electronic technology is an important part of the human life. So the people to the requirements of electronic products also increased. In order to be short, electronic product appearance exquisite, thin, as well as a variety of built-in functional requirements set in one, to meet ou

4、r needs, The flexible circuit board is an essential part of it. Because it has obvious superiority: Such as: flexible structure, small volume, light weight, Even the rotary folding and other requirements. Based on the Chinese is the most populous country in the world, So the flexible printed  b

5、oard has a very broad market in China. The flexible printed  board China emerging enterprises have prospects immeasurable. This point of view the concept of flexible printed  board. Requirements described in detail the flexible printed  board production process, technology, applicatio

6、n and development prospect.Keywords：Flexible Printed Circuit Application Development目录1. 引言-52. 柔性电路板的定义-53. 柔性电路板的制作工艺-63.1柔性电路板的制作流程-63.2柔性电路板的工艺及其基本技术要求-74. 柔性电路板的应用-114.1柔性电路板的应用领域-124.2柔性电路板的市场优势-125. 柔性电路板的发展动向-13结论-13致谢-14参考文献-141引言20世纪60年代末以来，电子领域行业借助于普通印制电路板的普及，其在小型化方面取得了一定的成功。而在70年代末80年代初期

7、，由于集成电路的高密度、软互连元件、表面安装技术和元件的迅猛崛起，这为电子设备的智能化、小型化、高可靠性提供了必不可少的条件。尤其是在软互连元件这一部分柔性线路板起的作用更加不容忽视，它打破了普通的传统观念，采用柔性即可弯曲性这一特点并且在各界工程技术人才不懈的努力下，已一步一步的开创了电子应用领域的新河。 随着微电子技术的飞速发展，普通印制电路板的制造慢慢由之前的单一向现在的多层化、积层化、功能化和集成化方向进行发展。如今我们对于便携产品的需求正在不断的上升，这也推动了PCB制造商扩大产业进行不断创新来满足我们现在所需的要求，因此纷纷增加柔性电路板(FPC)的供应。跟据市场资料的调

8、查显示，2002年全球柔性电路市场经济额在约为55亿美元左右，而到了2007年则达到了近100亿美元，PCB厂商正加快研制开发厚度更薄、重量更轻和密度更高的FPC即柔性电路板。由于轻、薄、短、小的需求是当今人们最为关注的需求，所以柔性板的应用范围也就变得越来越广。例如：摄像机、移动电话、笔记本电脑、医疗设备、高速喷墨打印机磁头等的大量需求，这使印制电路设计中需要大量采用柔性电路板来实现它的功能。柔性电路板与其它印制板相比,它有着非常特别的优点，用它可以在狭小的空间进行大量布线，这使板子有着更高的可靠性和机动性，尤其是在需要反复弯曲的场合，柔性电路板比其它电缆（线）具有更长的使用寿命。2柔性电路

9、板的定义柔性电路板（Flexible Printed Circuit，简称FPC），又称饶性电路板，软性线路板等。是由在柔性介质表面制作有导体线路。本文中提到的柔性板指的就是柔性印制电路板。普通的导体与柔性介质之间一般都是用胶粘接的，虽然目前也有无胶铜箔材料。由于柔性板介质的介电常数与普通印制电路板相比较低，这就可以给导体提供良好的绝缘性能和阻抗性能。与此同时柔性介质非常薄并具有柔性，并且同样具有较好的抗拉力、多功能性和散热性能。 柔性电路板与普通的硬质电路板最大的不同就是，柔性板能够以很多种方式来进行弯曲、折叠或重复运动。为了发崛柔性板的所有可能性，设计者大都使

10、用多种结构来满足不同产品的各种需求，如单面板、双面板，多层板和软硬结合板等。 目前市场上有的是两种类型的柔性板：印制（蚀刻）的和丝印的。丝印的柔性板又被称为聚合物厚膜柔性板，它与普通的印制蚀刻技术有着一定的不同，柔性电路板技术是采用其它工序直接在介质薄膜上将丝印导电油墨作为导体，来形成我们所需要的电路。虽然柔性板的应用场合在不断扩大，但是印制的柔性板还是这两种中使用最广的。3柔性板的制作工艺3.1 柔性板的制作流程柔性电路板有单层板，双层板以及多层板之分，所采用的基材大多以聚酰亚胺覆铜板为主。此种材料耐热性高、尺寸稳定性好，与兼有机械保护和良好电气绝缘性能的覆盖膜通过压制而成最终产品

11、。（1）单面板流程铜箔前处理压干膜曝光显影蚀刻剥膜AOI假贴合压合冲孔贴覆盖膜电镀前处理电镀电镀后处理印刷外型冲切电测外观检查出货（2）双面板流程铜箔钻孔黑孔（PTH）镀铜前处理压干膜曝光显影蚀刻剥膜AOI假贴合压合冲孔贴覆盖膜电镀前处理电镀电镀后处理印刷外型冲切电测外观检查出货（3）多层板流程铜箔钻孔铜箔的表面处理电镀前处理贴干膜对位曝光显影图形电镀脱膜前处理贴干膜对位曝光显影蚀刻脱膜表面处理贴覆盖膜压制固化沉镍金印字符剪切电测冲切终检包装出货；3.2柔性电路板的制作工艺及其基本技术要求通过比较柔性电路板和普通印制电路板，我们可以发现柔性电路板的设计难度较大，除了考虑电性互相交联实现方式外，

12、其柔性，可靠性等结构也是我们必须加强重视的部分。对于不同的硬件设施所需要的柔性版性能也会与之不同，所以我们应该根据不同硬件在不同场合的需要，来确定合适的柔性要求。例如：部分柔性版只需要在其安装时弯曲一次就能达到所需的要求然后加以固定。而在另一部分产品中，如几年前的翻盖手机，又或是我们日常生活中经常使用的笔记本电脑，这两个都是通过转轴的柔性板来实现功能的，所以柔性版就需要一定的弯曲次数。然而在具有更高要求的是在硬盘磁头等场合中使用的柔性版，需要更长时间的往返弯曲运动。综上所述：我们需要跟具柔性要求不一样，来选择不同的柔性电路板的加工方式。在这里我以柔性电路板中的双面板为例介绍柔性电路板的制作工艺

13、：3.2.1开料如图所示，柔性板所使用的材料大部分都呈卷状，但是因为并不是所有工序都要在卷状的基础山加以加工，所以我们在多数开料时，都是从大块基材上分割我们所需要的大小尺寸来进行加工，而柔性覆铜箔层压板对外力的承受能力极差，很容易收到损坏，并且在开料时受到的损伤将对以后各工序的合格率产生严重影响。由此我们可以知道即使看上去是十分简单的开料，为了保证材料的品质不受人为因素的影响，我们也必须在小心的基础上认真进行作业。工艺要求：板子的尺寸公差越小越好；板子的边缘必须平整无屑；板子的平面上避免有刮痕3.2.2钻孔柔性电路板的钻孔程序与普通印制电路板都是在子昂通的机器设备上进行钻孔这项程序，但是由于板

14、子性质的不同，我们在钻孔时所需的条件也并不相同。因为柔性板所使用的粘结剂非常柔软，很容易将我们的刀头黏住，所以我们在对柔性板钻孔时最好使用柔性板专用刀具。由于柔性板的覆盖层增强层的钻孔基本一致并且都较薄，钻孔时我们可以采用叠加试来进行作业。但是在使用这种方式时由于柔性板的粘结剂十分容易残留在钻头上，所以我们必须经常对钻头进行检查，并在适当时调节钻头速度。图1开料 图2钻孔机3.2.3黑孔黑孔至柔性电路板的制作中所起到的作用于PTH相同，黑孔的实质就是在孔壁上不以传统的化学通方式来将孔壁进行导体化，而是以在孔壁上沉积一层黑色的碳膜为主来提高孔壁的吸附力，使后续电镀流程能更加顺利的进行。黑孔的工艺

15、流程：清洁整孔处理黑孔化处理干燥微蚀干燥电镀铜;黑孔化原理：黑孔化的实质就是把精细的石墨与炭黑通过物理作用在孔壁上的一层导电膜，我们可以利用这个导电膜不经过化学沉铜直接进行电镀铜。黑孔的主要特点：1.环保：黑孔化水全是采用环保原料，不比PTH含有难以分解的EDTA、EDTP以及可以致癌的甲醛等有害物质。不会对环境造成污染，并且废水处理简单便捷且成本较低；2.高效：黑孔化水相比PTH而言工作流程短，生产效果好且效率明显提高。至今最快的黑孔化制作过程仅需16分钟，大概为PTH的三分之一；3.控制便捷：黑孔化的工艺流程的操作过程十分便捷，黑孔化溶液的分析，维护，调整也十分简单；4.成本低：黑孔化的工

16、艺整体费用与PTH相比要低得多；5.可靠，有效：黑孔化工艺在很多方面超过PTH，由于使用PTH法容易造成闪镀，所以相比之下黑孔化工艺的效率及产品性能比PTH高很多；石墨过程原则：图3 调节 图4 碳颗粒粘结在表面 图5 密集导电碳导电膜 图6去除铜的导电膜表面的Cu-Cu接口3.2.4压干膜由于黑孔化过后的柔性板不许经一次铜而是直接镀二铜，所以电路上的线路镀铜厚度基本都会超过1mil以上，因此，只要有一点电流控制不当，就有可能会有overplanting，从而造成剥膜异常。所以在经过黑孔化处理之后的柔性板在压干膜时，干膜厚度最好在1.5mil以上。3.2.5曝光曝光实在紫外线的照射下进行的一种

17、物理反应。曝光大都在自动曝光机内进行。为了得到清晰的图像曝光的时间是重中之重。当曝光不足时，之后显影出来的图像容易线条不清晰，色泽暗淡，这样的柔性板在蚀刻过程中它的膜层容易翘起，甚至是脱落；而当曝光过度时，过量的曝光或是我们所需的图像线条变细，在接下来的蚀刻过程中很可能出现线路断路的可能。所以为了保证产品的质量要求，我们要选择最佳的曝光时间，来对干膜进行曝光。3.2.6蚀刻蚀刻的原理是，在一定条件下蚀刻液与没有保护铜箔覆盖的感光胶的外露铜箔进行氧化还原反应，把不需要的铜箔去掉，得到我们所需要的电路图形的工艺过程叫做蚀刻。在进行蚀刻的过程中，最容易出现的问题则是侧蚀和突沿。然而侧蚀是产生突沿的前

18、提条件。我们都知道在蚀刻时板子在蚀刻液中所呆的时间越长，蚀刻就会与严重。这种情况下就会影响到我们制作导线的精度，所以在有非常严重的侧蚀情况下是要得到精密的导线是不可能的事。因此为了保证板子的质量我们要尽可能的减少甚至是避免侧蚀。侧蚀：造成侧蚀的因素有很多，分别是1. 侧蚀的方式侧蚀通常分为四大类分别是，浸泡式、鼓泡式、泼溅式和喷淋式。四种方法中浸泡式和鼓泡式会造成较大的侧蚀，所以在需要精确电路板时我们并不采用这种方式；而泼溅式和喷淋式蚀刻侧蚀较小，在多数情况下我们都会选用喷淋式作为蚀刻方式。2. 蚀刻液的种类不同的时刻也的化学分组并不相同，所以蚀刻速率也并不相同，时刻系数也就不会相同。3. 蚀

19、刻速率蚀刻速率越慢所造成的蚀刻也就更加严重。蚀刻的质量与蚀刻速率有着很大的关系，其蚀刻速度越快，板子会在蚀刻液中滞留的时间就越短，侧蚀就会较少；而蚀刻速度越慢，板子在蚀刻液中滞留的时间就越长，侧蚀就会较大。4. 蚀刻液的pH值蚀刻液的pH值越高则说明蚀刻液中的碱性越大，侧蚀就会越大，所以为了减少侧蚀，一般碱性蚀刻液的pH值应该控制在8.5以下。5. 蚀刻液的密度碱性蚀刻液的密度太低时，侧蚀的速度会加快，所以我们英选用高铜浓度的蚀刻液来减少侧蚀。图7 喷淋式蚀刻机 图8 覆盖膜3.2.7覆盖膜在柔性电路板制作中覆盖膜时必不可少的一部分，它对柔性板的质量有着重大影响，这也是它与普通印制电路板的不同

20、之处。柔性板的绝缘保护层可选用覆盖膜或是印刷液态柔性油墨后者常被用于汽车产品和部分民用产品中，且因其有硬、耐弯折性差的特点并不适用于需要多次弯折的柔性电路板上；因此，我们多把前者作为柔性电路板绝缘保护层。我们在使用时可以发现它的粘结剂膜上有一层离型膜，这种半固化态的环氧树脂粘结剂在室温下会慢慢固化，所以我们必须对其进行冷藏处理。不适合的储存环境会素缎覆盖膜的使用寿命。在贴覆盖膜之前，我们要对柔性板的线路表面进行清洁处理，除去附着在线路表面的污染和氧化。为了防止在层压时覆盖膜不和板子位置发生偏移，我们要现在已经蚀刻好的基板上把已经开好窗口孔的覆盖膜去掉离型膜的同时，我们还需要用丁酮黏住图形的边缘

21、。因为撕掉离型膜后的覆盖膜没有足够的强度进行支撑，并且有很多的窗口孔，我们把它再次与基板进行定位时要小心操作，不能强制性的来把膜拉长，更加不能是膜昌盛褶子，不然对于我们来说很容易造成对位不准或是外观不美观，不平整。3.2.8外形加工一般情况下柔性板的孔和外形加工基本上都是采取冲切的方法来进行加工，但是这也并不是唯一的办法。我们可以根据不同的情况来使用不同的方法来进行。在进行批量加工柔性板时，使用最多的方法任然是冲切法，然而我们进行小批量或是样板则是采取数控钻铣加工。但是随着电子市场的发展，我们也需要与时俱进。越来越多的高精度化和多元化也有了新的加工技术：如激光蚀刻法、化学蚀刻法、等离子蚀刻法等

22、等。这些新的加工方法不仅有较大的生产效率，并且工艺成本较以前相比也少了很多，尤其是化学蚀刻法。但是这些工艺技术并不是经常单独使用，而是进行组合使用。 4柔性电路板的应用 我把柔性电路板的发展史基本由时期分为三大部分，分别是二十世纪八十年代的中期技术发展时期、二十世纪九十年代的近期多功能发展时期和二十一世纪初高技术、新领域发展时期。在不同的发展时期，我们所研究扩展的新领域也有不同程度的进展，如八十年代对于军工产品和电子产品的发展；九十年代对于信息产品（计算机），通讯产品（手机），办公自动化设备等；二十一世纪初的通讯产品（触屏手机），LCD,LED等；由于时代的飞速发展，人们对于电子信息的需求要来

23、越多，而柔性板在这种情况下有着必不可少的作用。4.1柔性电路板的应用领域随着全球信息化的加强，电子领域的其中扮演着举足轻重的作用，接下来我要介绍柔性板的各种应用用途。十年前的柔性板就已经收到广泛应用，小到MP3，MP4，家用VCD，DVD,数码照相机，手机和电脑（包括台式电脑和笔记本电脑），大到医疗，汽车，航天领域等。而手机和电脑的应用则是全球柔性板需求最大的应用市场，且长盛不衰。在一部手机上的柔性板至少要用到6至10片，这些柔性板主要是单面和双面的。柔性的多层板大多用于显示模块和照相模块。近年来，随着3G，4G，智能型手机，平板电脑的问世，电子行业对于柔性板的要求可谓达到了空前的地步。我把柔

24、性板的电子领域分成了三大类表1 柔性电路板的主要应用应用领域产品家用类电子设备单反摄像机，手机，电视，音响，电脑（台式，笔记本式，平板式）等办公类电子设备打印机，复印机，扫描机，DVD/ROM ，VCD，硬盘等其他医疗器械，汽车产品，工业设备，航空设备，军事设备等4.2柔性电路板的市场优势电子产品的发展史顺应时代变迁而进行改变的。在1973年，手机的发明者马丁·库帕在4月的街头打了一通电话而引人驻足，这就是世界上的第一部手机，由美国著名的摩托罗拉公司研制而成的，在80年代进入中国，当时的大哥大约有两块砖头大，不仅功能非常单一，而且由于它的体积大，重量重所以非常不便于携带；在2000年

25、后，手机就真正开始流行了，与之前的大哥大相比，手机的功能也有了新的变化，从之前只能接打电话发展都可以进行短信的收发，体积也变的越来越小，外形也有着不同的变化，翻盖式，滑动式，直板式甚至还有旋转式，手机的发展进入了新的时期。如今，我们可以发现智能手机已经占据了手机的主流市场。这些手机的变迁与我们的柔性板有着密不可分的关系。从以上可以看出，仅仅只是手机一样东西，在这短短几十年就可以有这么大的变化。据统计，在信息科技产品中柔性电路板的使用率高达百分之五十，行动电话占了其中的百分之三十，其他类型的产品占据了百分之二十。中国是世界人口大国，消费市场具有非常大的潜力，今后消费电子产品肯定会持续增长。日本人曾经把电系消费类的产品进行了分类12类在这12类电子产品中，其中有8类的生产在全球排于第一位。这8类分别是：DVD机，DVD光驱，笔记本电脑，手机，PDA，彩电，汽车音响；而这8类的产品在生产中柔性板都是必不可少的部分。在这些信息下我们可以知道柔性板的市场前景是广阔的，且经久不衰的。5柔性电路板的发展动向柔性电路板产业现在正走向电子市场的核心部分，随着电子产品轻薄化，多功能化，操作便捷化的要求，旧产品会慢慢退出历史的舞台，未来的柔性板行业的规模会进一步扩大，为了顺应这种趋势柔性板的店里产品领域会有着不可估量的潜力。目前市场上大多数的柔性板生产商大都集中在日本，台湾，韩国，美国等地