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挠性印制板加工工艺研究【摘要】：本文主要介绍了挠性印制板的加工工艺，并对影响挠性板生产质量的重要工序进行控制。【关键词】：挠性印制板聚酰亚胺覆盖层Abstract:Thisarticleintroducestheprocessofflexibleprintedcircuit,researchesemphaticallythecontrollingofkeyworkingprocedureaffectingthemanufacturequalityofFPC.Keyword:FlexiblePrintedCircuitPIEnveil一、前言随着微电子技术的飞速发展，印制电路板制造向多层化、积层化、功能化和集成化方向迅速的发展。市场对于便携产品的需求上升，正在推动PCB制造商扩大产能，并纷纷增加挠性电路板(FPC)的供应量。据市场资料显示，全球挠性电路市场在2002年约为55亿美元，2007年可能达到100亿美元，PCB厂商正加快开发厚度更薄、重量更轻和密度更高的FPC。由于轻、薄、短、小的需求，FPC的应用范围越来越宽广，在计算机与通信、消费电子、汽车、军事与航天、医疗等领域FPC正被大量使用，例如：摄像机、移动电话、CD唱机、笔记本电脑、高速喷墨打印机磁头等的大量需求，促使印制电路设计大量采用挠性印制板。挠性印制板和其它印制板相比,在狭小的空间进行大量布线具有更高的可靠性和机动性，特别是在需要反复弯曲的场合，挠性印制板比其它电缆（线）具有更长的弯曲寿命。二、挠性印制板的设计合理的设计是生产合格挠性印制板的前提，挠性板的设计不同于刚性板，需要特别注意的几点：2.1焊盘图形设计挠性印制板的焊盘图形应尽可能大，以增加焊盘的粘接强度。一般应采用泪滴形、雪人形或焊盘上加盘趾，如图1所示。图1焊盘的盘趾挠性板外层是由覆盖层保护的，需要焊接的焊盘上的覆盖层应留窗口。对于单个焊盘，覆盖层窗口应覆盖盘趾或部分环宽。2.2防止撕裂的措施为了防止挠性印制板弯曲处撕裂，建议在弯折处设计设置铜堤或是钻孔，增强挠性板的强度，如图2所示。2.3弯曲区的布线挠性印制板的弯曲区的导线应是直线，并应与弯曲方向垂直。图3是弯曲区布线的示例。图2防止挠性印制板撕裂的方法图3弯曲区的布线2.4增强板的设计挠性板的另一个特征就是贴增强板。需要装配元件或接插件的部位，要粘贴适当材料的增强板。只要能达到增强的目的，任何合适的材料都可使用。但是一般使用和基体膜相同的聚酰亚胺膜或刚性印制板所使用的原材料，如纸酚醛板、环氧玻璃布层压板、PET、金属板等。根据元器件的大小、多少选择不同的增强材料，随着小型元件的大量使用，一般使用厚度0.2毫米的环氧玻璃布层压板或0.1毫米左右的聚酰亚胺膜就足够了。但如果要把挠性板插头插入刚性印制板内，为保持厚度的一致性，应压1.2～1.4毫米的环氧玻璃布层压板。三、挠性印制板的加工制作3.1材料的选择挠性印制板的主要材料一般使用聚酰亚胺膜（PI），板材是在PI上涂敷环氧树脂或丙烯酸类粘接剂，制成覆铜箔层压板。因为挠性印制板需要弯折或反复不停的弯曲，铜箔一般不使用电解铜箔，而选用压延铜箔，但压延铜箔比电解铜箔的成本高，而且压延铜箔愈薄价格愈高，材料供应商提供的铜箔厚度一般为18µm，35µm，70µm等。覆盖膜也是在PI上涂敷环氧树脂或丙烯酸类粘接剂，热压成半固化态，用离形膜保护粘接剂面，使用时将膜揭开即可。粘接剂有丙烯酸类树脂和环氧树脂类，丙烯酸类树脂的流动度稳定，向线路导体间的填充性良好、操作使用方便；而丙烯酸类粘接剂的绝缘电阻比环氧树脂类低，所以避免使用在线路间距小，电性能要求高的基板上。3.2挠性印制板生产流程挠性双面板生产流程3.3钻孔挠性印制板的钻孔与刚性印制板的钻孔设备相同，但钻孔条件有一些不同。由于FPC板所用的粘接剂柔软，容易粘刀，建议钻孔选用FPC专用刀具，或者使用新钻头（钻孔数少于1000），同时优化钻孔参数，减少钻孔腻污或毛边。挠性板、覆盖层和增强层的钻孔基本相同，由于覆铜板和覆盖层都较薄，钻孔时可以将多块重叠钻孔（根据板厚覆铜板可叠7~10片左右，覆盖层可叠10~15片）。上垫板可使用铝垫板或环氧黄垫板，下垫板用环氧黄垫板。3.4铜箔的表面处理挠性板在孔金属化之前需要对表面进行清洁处理，以提高孔金属化镀层与基体的结合力。同时孔金属化后图形成像前对铜表面进行有效的处理，对于增强铜与抗蚀层的粘附强度也是非常必要的。FPC板在孔金属化前表面未处理干净，孔化镀层可能出现分层、起泡的现象；图形成像前对铜表面清洁粗化不够，与抗蚀剂的结合不牢，制作精细的线路图形几乎不可能，在后续的电镀工序容易出现渗镀，造成线条边缘不整齐甚至短路，影响图形精度。图形转移前的覆铜板粗表面清洁粗化的方法主要有以下几种：A．磨料刷子清洁这种方法是通过旋转磨料与板面之间相切运动的作用，机械的刮切和粗化板面，同时也除去了表面的污物。这种方法处理后的板面会形成许多平行的凹痕。凹痕越密越细，板面与抗蚀剂的结合力就越好，但这些凹痕会给基板留下表面有刷痕的隐患。B．浮石粉刷板机浮石粉是来自火山灰的一种复杂的天然硅化合物，它的颗粒大小不一，重量较轻，比重小于1。采用浮石粉和尼龙刷辊进行刷板时，浮石粉对板面的冲击形成了微观上凹凸不平的粗化表面。这种粗化痕迹没方向性，不会形成明显的凹痕，抗蚀剂能够理想的附着在板面上。是比较理想的清洁方法之一。C．化学清洗化学清洗是首先用化学试剂除去表面的有机杂质和无机污染物，然后用微蚀液对表面进行粗化处理。经过处理后的铜板表面具有良好的粗糙度，而且不存在任何的机械划痕或残留的刷料微粒，因此是精细导线加工中理想的清洁粗化处理方法。但是，这种方法在进行清除铜箔表面污物时一定要进行彻底，必须保证在微蚀前将表面上所有的污物清洗干净，这样才能做到微蚀后具有均匀的粗糙表面。根据上述几种清洁方法的比较，生产挠性印制板时采用浮石粉尼龙辊刷板或化学清洗是理想的选择，既保证清除表面污物，又能做到板面具有良好的粗糙且无明显的划痕。挠性板的生产，表面清洁处理是至关重要的一道工序。因为它不仅要求表面的状态良好，同时对尺寸稳定性也提出了严格的要求。尺寸稳定性不仅取决于铜箔层压板的尺寸变化率，还与线路图形、生产的设备、工艺条件有关。挠性板的基材薄而软，在机械刷板时，刷辊旋转方向和板子的传动方向相反，如果刷辊压力过大，基材将受到很大的张力而被拉长，这是引起尺寸变化的重要原因之一。刷板过程还应避免基材划伤、撕裂和卡板，如果不具备薄板的生产条件，建议采用托板（光滑的环氧黄垫板支撑，双面刷磨），这样能避免由于机器的水平滚轮间距大，板子自身重量和清洗水的压力以及冷热风的影响造成基材卡板损伤。3.5孔金属化挠性多层板的孔化前需要去腻污，常用的去腻污工艺有两种：一是碱性高锰酸钾溶液处理，二是等离子处理。因为丙烯酸粘接剂耐碱性差，碱性高锰酸钾工艺只适用环氧类粘接剂。所以对于挠性板多采用等离子处理工艺，不仅能有效去除腻污还能对绝缘介质进行凹蚀，使内层铜成可靠的三维结构，增强孔壁镀层的结合力。等离子处理的工艺参数如下表：利用检孔镜观察孔壁状态，经过等离子处理后完整的铜环清晰的凸出，确保孔壁清洁无钻污，孔金属化时增大接触面积镀层结合更好。孔金属化工艺需要特别注意的是调整去油工位：因为挠性板的粘接剂耐碱性差的原因，通常印制板生产采用的碱性去油工艺（60℃左右的温度）不适合挠性板，因此建议选用酸性去油调整工艺。另外采用快速高活性化学沉铜溶液，减少丙烯酸树脂和聚酰亚胺与碱性沉铜溶液接触的时间，防止反应时间长造成挠性材料的溶胀，同时避免速度过快造成孔空洞和镀层的机械性能较差。3.6图形制作挠性板的图形转移与普通印制板区别不大，通常用的抗蚀层有液态抗蚀剂和干膜两种。液态抗蚀层涂敷应避免由于静电灰尘、漂浮物吸附到抗蚀层中，另外选择好抗蚀剂的粘稠度和烘板的时间、温度，保证抗蚀剂与铜板粘结力达到最大并保持干燥，以防止在图像转移时粘底版，造成图形不完整或边缘不整齐。贴干膜需要特别注意的是，覆铜板较软，应选用薄板贴膜机，保证干膜与基材紧密贴合。曝光参数与常规印制板相同，但由于板子薄不平整，吸真空度可能较差，为此可借助刮刀，赶走空气，确保挠性板吸真空良好。光聚合后的干膜比未聚合的干膜挠性差，操作中应避免板子弯折引起干膜与基材脱落。显影时建议采用刚性板牵引，这样能避免显影液的喷淋压力和冷热风的影响导致挠性板弯折或卡板。3.7图形电镀和蚀刻挠性板的最大特性即可挠曲性，因此电镀时切忌镀层过厚或者粗糙，线条愈厚挠曲性愈差，而粗糙的镀层影响图形的外观。挠性板制作时要分析调整电镀溶液的主盐、添加剂含量，选择合适的电流密度和电镀时间，镀层厚度一般是15~20µm,军用的挠性板为了保障可靠性镀层厚度一般大于25µm。上夹具时要考虑挠性板的特点，采用边框加强支撑挠性板，如果板子面积过大，在电镀铜过程要将空气搅拌减弱或关闭，只用循环过滤和阴极移动，防止板子起皱褶。挠性板的去膜过程要严格控制，聚酰亚胺耐碱性较差，丙烯酸胶耐碱性更差，所以采用强碱溶液去膜时要严格掌握去膜液的温度、浓度和去膜时间，去膜后立即用清水洗净板面和孔内的残留液。制作挠性板对蚀刻机的要求较高，蚀刻前首先要清洗蚀刻机，将传动辊上的结晶清除干净以避免残渣结晶划伤图形；清洗喷嘴保证喷淋腐蚀的均匀一致性。为掌握好喷淋时间，首先要做好喷淋时间与蚀刻速度的曲线图，然后根据所需要的蚀刻量选择喷淋时间。一般情况下，腐蚀时板子边缘的铜会先蚀刻掉，局部不干浄可采取点喷的方式解决，操作时要避免线条过腐蚀或欠蚀，否则导线边缘整齐性差。腐蚀后的基板更软，所以建议采用硬板牵引防止卡板、折板。3.8覆盖层的选用挠性板和刚性板最大的不同之一是覆盖层。挠性线路的绝缘保护层可选用覆盖膜和印刷液态挠性油墨，丝网印刷液态覆盖层油墨其材料成本低，批量生产成本也低，所以被广泛应用于汽车和部分民用产品上。但挠性油墨由于硬、耐弯折性差的缺点，需要多次弯曲的板子和高密度微细线路产品很少采用液态油墨，而使用和基体膜相同材料的覆盖膜。覆盖膜的粘接剂膜上有一层离型膜（或纸），半固化态的环氧树脂粘接剂在室温条件下会逐步固化，所以应低温冷藏保管（在使用之前保存在5℃左右的冷藏库房）。不恰当的储存环境将缩短覆盖层的使用寿命，到了寿命末期，粘接剂流动度极小，如果层压温度和压力不高，就不能得到填满图形空隙和粘接强度高的覆盖膜。贴覆盖层之前，要对线路表面进行清洁处理，去除表面污染和氧化。把已开好窗口孔的覆盖膜去掉离型膜后，贴在已蚀刻好的基板上，用丁酮粘住图形的边缘，防止层压时位置偏离。撕掉离型膜后的覆盖层没有支撑强度，而且有很多窗口孔，再与基板定位时要小心操作，不能强制把膜拉长，也不能使膜产生褶子，否则造成对位不准或外观不平整。3.9挠性多层板的制作与层压挠性多层印制板内层的制作程序与刚性板一致，内层覆盖膜不需开窗口，粘贴覆盖层之前，也要对线路表面进行清洁处理，去除表面污染和氧化。挠性板内层粘贴覆盖膜后，在层压前，应对表面进行清洗粗化，以提供优良的层间结合力，使挠性内层板、覆盖膜、粘接片之间紧密结合，无层压气泡、无层压变形；层压前挠性板材料还要置于干燥箱干燥24小时。叠层层压示意图（以四层板为例）：层压工艺参数如下：压机温度：173℃层压时间：60分压力：150~300N/cm23.10热风整平/镀金由于聚酰亚胺吸水性高，热风整平前应在120℃烘箱内预烘2～4小时，以防止在经受热冲击时，金属化孔断裂或内层分层起泡。烘完的印制板应立即热风整平，以避免板子重新吸潮。热风整平时建议采用刚性边框加固挠性板，同时调整工艺参数：浸铅锡时间减短（由5秒降为2~3秒），前后风刀压力降低（由4MPa降为2.5Mpa）。为了避免挠性印制板经热处理吹皱或撕裂，提高成品合格率，也有选用化学镀镍/金工艺的。3.11外形加工挠性印制板的外形加工在大批量时采用专用冲模冲，小批量可以用剪刀剪，手工剪外形精度较差，但成本低，适合品种多样数量少的产品。四、结论挠性印制板作为一种特殊的电子互连技术，有着十分显著的优越性。批量生产还需要工艺、机器设备的不断完