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1、柔性印制電路基礎(chǔ) 1. 柔性印制電路基礎(chǔ) 1.1分類及結(jié)構(gòu) (1) 柔性單面印制板：包含一個導(dǎo)電層，可以有或無增強(qiáng)層。特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡 單，制作方便，其質(zhì)量也最容易控制； 保護(hù)膜 銅箔基材 pi 膠 銅箔 膠 pi (2) 柔性雙面印制板：指包含兩層具有鍍通孔的導(dǎo)電層，可以有或無增強(qiáng)層 結(jié)構(gòu)比單面板要復(fù)雜，需經(jīng)過鍍覆孔的處理，控制難度較高； 保護(hù)膜 銅箔基材 保護(hù)膜 PI 膠 銅箔 PI 銅箔 PI 訂禍沁::辭臨密 ■ - = PI 膠 銅箔 膠 PI 純膠 PI 膠 銅箔 膠 PI 純膠 PI 膠 銅

2、箔 膠 PI (3) 柔性多層印制板：指包含三層或更多層具有鍍通孔的導(dǎo)電層， 可以有或 無增強(qiáng)層。其結(jié)構(gòu)形式就更復(fù)雜，工藝質(zhì)量更難控制。 保護(hù)膜 銅箔基材 純膠 保護(hù)膜 銅箔基材 純膠 銅箔基材 保護(hù)膜 1.2 柔性電路的特性 柔性電路能夠得到廣泛的應(yīng)用，有以下特點(diǎn)： 1）柔性電路體積小 重量輕： 柔性電路板最初的設(shè)計是用于替代體積較大的線束導(dǎo)線。在目前的接插 （cutting-edge）電子器件裝配板上，柔性電路通常是滿足小型化和移動要求的唯 一解決方法。對于既薄又輕、 其結(jié)構(gòu)緊湊復(fù)雜的器件而言， 其設(shè)計解決方案包括 從單面導(dǎo)電線路到復(fù)雜的多層三維組裝。 柔性

3、組裝的總重量和體積比傳統(tǒng)的圓導(dǎo) 線線束方法要減少 70%。柔性電路還可以通過使用增強(qiáng)材料或襯板的方法增加其 強(qiáng)度，以取得附加的機(jī)械穩(wěn)定性。 2） 柔性電路可移動、彎曲、扭轉(zhuǎn)： 柔性電路可移動、彎曲、扭轉(zhuǎn)而不會損壞導(dǎo)線，可以遵從不同形狀和特殊 的封裝尺寸。其僅有的限制是體積空間問題。由于可以承受數(shù)萬次的動態(tài)彎曲， 柔性電路可很好地適用于連續(xù)運(yùn)動或定期運(yùn)動的內(nèi)連系統(tǒng)中， 成為最終產(chǎn)品功能 的一部分。 3） 柔性電路具有優(yōu)良的電性能、介電性能及耐熱性： 柔性電路提供了優(yōu)良的電性能。 較低的介電常數(shù)允許電信號快速傳輸； 良好 的熱性能使組件易于降溫； 較高的玻璃轉(zhuǎn)化溫度或熔點(diǎn)使得組件在更高的溫

4、度下 良好運(yùn)行。 4） 柔性電路具有更高的裝配可靠性和產(chǎn)量： 柔性電路減少了內(nèi)連所需的硬件， 如傳統(tǒng)的電子封裝上常用的焊點(diǎn)、 中繼線、 底板線路及線纜，使柔性電路可以提供更高的裝配可靠性和產(chǎn)量。 5）柔性電路可以進(jìn)行三維（3-D）互連安裝： 許多電子設(shè)備有很多的輸入和輸出陣列，常常需要占據(jù)不止設(shè)備的一個面， 這樣就需要三維的互連結(jié)構(gòu)進(jìn)行互連。 柔性電路在二維上進(jìn)行設(shè)計和制作， 但可 以進(jìn)行三維的安裝。 6）柔性電路有利于熱擴(kuò)散： 平面導(dǎo)體比圓形導(dǎo)線有更大的面積 /體積比率，這樣就有利于導(dǎo)體中熱的擴(kuò) 散，另外，柔性電路結(jié)構(gòu)中短的熱通道進(jìn)一步提高了熱的擴(kuò)散。 7）低成本： 用柔性PCB

5、裝連，能使總的成本有所降低。這是由于柔性 PCB的導(dǎo)線各種 參數(shù)的一致性，實(shí)行整體端接，消除了電纜導(dǎo)線裝連時經(jīng)常發(fā)生的錯誤和返工 , 且柔性PCB的更換比較方便；柔性PCB的應(yīng)用使結(jié)構(gòu)設(shè)計簡化，它可直接粘附 到構(gòu)件上，減少線夾和其固定件；對于需要有屏蔽的導(dǎo)線，用柔性 PCB 價格較 低；由于柔性覆箔板可連續(xù)成卷狀供應(yīng)，因此可實(shí)現(xiàn)柔性 PCB 的連續(xù)生產(chǎn)，這 也有利于降低制作成本。 柔性印制電路除了有上述優(yōu)點(diǎn)之外， 還存在一些局限之處。 如一次性初始成 本高,由于柔性 PCB 是為特殊應(yīng)用而設(shè)計、制造的，所以開始的電路設(shè)計、布線 和照相底版所需的費(fèi)用較高。除非有特殊需要應(yīng)用柔性 PCB 外，

6、通常少量應(yīng)用 時，最好不采用；柔性 PCB的更改和修補(bǔ)比較困難， 柔性PCB —旦制成后， 要更改必須從底圖或編制的光繪程序開始， 因此不易更改。 其表面覆蓋一層保護(hù) 膜，修補(bǔ)前要去除，修補(bǔ)后又要復(fù)原，這是比較困難的工作；尺寸受限制， 柔 性 PCB 在目前還不是很普遍的情況下，通常用間歇法工藝制造，因此受到生產(chǎn) 設(shè)備尺寸的限制，不能做得很長，很寬； 裝連人員操作不當(dāng)易引起柔性電路的 損壞，其錫焊和返工需要經(jīng)過訓(xùn)練的人員操作。 1.3 柔性印制電路技術(shù)的應(yīng)用 柔性電路有二大類別的使用：柔性安裝（ flex-to-fit or flex-to-install ）和動態(tài) 撓曲（dynamic

7、 flexing）。到目前為止，柔性安裝的應(yīng)用占目前柔性電路的絕大多 數(shù)，該類產(chǎn)品設(shè)計成僅一次撓曲， 當(dāng)它們在安裝應(yīng)用時而進(jìn)行的撓曲， 這類產(chǎn)品 最常見的例子是在噴墨打印機(jī)中的應(yīng)用， 墨盒有一個柔性電路連接到機(jī)架來控制 油墨，該柔性電路提供系列的連接盤來與打印機(jī)電纜連接， 與噴嘴互連就可以打 印出圖形來。 用于動態(tài)撓曲的柔性電路的設(shè)計常常是希望能夠在其使用壽命內(nèi)可以進(jìn)行 很多次的撓曲，要么是間歇式的，如在電子產(chǎn)品或牽引中用作樞紐的柔性電路， 要么是連續(xù)的，如用于磁盤驅(qū)動讀寫頭的柔性電路。 柔性印制電路板下游應(yīng)用極為廣泛，信息產(chǎn)品包括有筆記本電腦（ NB、硬 盤驅(qū)動器（HDD、PDA通訊產(chǎn)

8、品有手機(jī)、無線通訊，視訊產(chǎn)品有攝像機(jī)，消費(fèi) 性電子產(chǎn)品有照相機(jī)，監(jiān)視器有 LCD PDP等。其中應(yīng)用于NB手機(jī)及LCD監(jiān)視 器的柔性印刷電路板是市場成長最快速的領(lǐng)域。 手機(jī)使用柔性印制電路板的部分，包括 LCD面板、按鍵、Voice彈片等。 2. 柔性印制板的材料 從柔性印制電路板的結(jié)構(gòu)分析， 構(gòu)成柔性印制電路板的材料有絕緣基材、 膠 粘劑、金屬導(dǎo)體層（銅箔、 、覆蓋層以及增強(qiáng)材料。 2.1 導(dǎo)體層 用于柔性覆箔的金屬導(dǎo)體有：銅箔、鋁箔和銅 - 鈹合金箔等，在選擇金屬箔 導(dǎo)體時，應(yīng)綜合考慮其電載荷容量、最終組件的撓曲能力、連接的形式、工作溫 度、耐化學(xué)性能以及在組裝和加工過程中的性能

9、， 同時還應(yīng)考慮金屬在最終使用 時的物理和化學(xué)性能。 2.1.1 銅箔的分類及性質(zhì) 柔性印制板最常用的導(dǎo)體層是銅箔，分為壓延銅箔（RA、和電解銅箔（ED）, 它是覆蓋粘結(jié)在絕緣基材上的導(dǎo)體層，經(jīng)過最后選擇性蝕刻成為所需要的圖形。 選擇何種類型的銅箔作為柔性板的導(dǎo)體，要根據(jù)圖形的精度要求和應(yīng)用范圍 所決定。但從兩種銅箔性能上的比較，各有優(yōu)點(diǎn)，壓延銅箔的延展性、抗彎曲性 能要優(yōu)越于電解銅箔，它的延伸率達(dá) 20－45％，電解銅箔為 4－40％。 2.1.2 銅箔的規(guī)格 銅箔的厚度規(guī)格有： 1) 18 微米或單位面積重 2) 35 微米或單位面積重 3) 70 微米或單位面積重 0

10、.5 OZ/ft 2; 1 OZ/ft 2 OZ/ft 2 J 2 。 2.2 絕緣基材 柔性板的絕緣基材， 必須是可撓曲的絕緣薄膜， 作為載體它應(yīng)具有良好的物 理和化學(xué)性能。 應(yīng)用比較多的柔性板的載體是聚酰亞胺薄膜系列， 其次是聚酯薄 膜系列。 2.2.1 ．聚酯薄膜 聚酯薄膜是最為廣泛使用的一種薄膜，用于柔性覆銅板中的聚酯應(yīng)具有以下 基本特征： 1) 良好的介電性能； 2) 較好的耐化學(xué)性和較低的吸濕性； 3) 較好的尺寸穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性，并要求可在 105C以下連續(xù)使用。 與聚酰亞胺相比， 聚酯材料具有價格低廉的優(yōu)點(diǎn)， 較佳的耐濕性能， 有類似 的電氣和物

11、理性能。聚酯基材的厚度通常為 1-5mil，適用于-40 C?55E的工作 環(huán)境，廣泛應(yīng)用于汽車儀表盤、照相機(jī)、打印機(jī)等。聚酯的耐高溫性能較差，不 能采用常規(guī)的錫鉛焊料焊接， 通常采用特殊的焊接技術(shù)如： 冷壓接技術(shù)或低溫焊 料合金或使用導(dǎo)電粘結(jié)劑。 2.2.2．聚酰亞胺薄膜 該類材料具有獨(dú)特的化學(xué)、 物理、力學(xué)和電學(xué)性能。 聚酰亞胺薄膜由如下特 點(diǎn)： 八、、? 1 ) 具高度曲柔性，可立體配線，依空間限制改變形狀； 2) 耐高低溫，耐燃； 3) 可折疊而不影響訊號傳遞功能，可防止靜電干擾； 4) 化學(xué)變化穩(wěn)定，安定性、可信賴度高； 5) 利于相關(guān)產(chǎn)品的設(shè)計， 可減少裝配工時及錯

12、誤， 并提高有關(guān)產(chǎn)品的使用壽命； 6) 良好的絕緣性能，體積電阻率可達(dá) 1015Q.cm； 7) 優(yōu)良的介電性能，介電常數(shù) 3.0~3.4，介電損耗 0.01~0.002； 8) 對常用基體、金屬和介電材料的粘結(jié)性優(yōu)良； 9) 根據(jù)需要，可形成薄膜，也可形成厚膜。 FPC中常用的PI膜是Dupo nt公司的Kapton，目前已有的厚度為，7.5, 12.5, 25， 50， 75和 125微米。 表 2-1 聚酰亞胺、聚酯薄膜性能對照表 性能 聚酰亞胺 (Kapt on) 聚酯 極限張力N/mm2 172 172 極限延伸率 70% 120% 因蝕刻引起的尺寸

13、變 化 mm/m 2.5 5.0 介電常數(shù)(103Hz) 3.5 3.2 損耗角正切(103Hz) 0.0025 0.005 體積電阻率M Q .cm 1012 1012 燃燒性 自熄 易燃 介電強(qiáng)度MV/m 275 300 吸潮 2.7% <0.8% 耐熱性能 400C 150C 浮焊試驗(yàn) 通過 通過 2.3 粘結(jié)層 有粘結(jié)層的柔性基材中，粘結(jié)層是將金屬箔與絕緣層結(jié)合在一起的中間層， 其性能直接影響到柔性基材的性能，如介質(zhì)薄膜與金屬箔之間的剝離強(qiáng)度、抗撓 曲性能、化學(xué)性能、耐濕性能、抗電遷移性能、工作溫度等。由于粘結(jié)劑與介質(zhì) 基片

14、之間在柔性板的制造過程中還有一定的化學(xué)反應(yīng)， 因此對于不同的介質(zhì)基片 還應(yīng)選擇相對應(yīng)的粘結(jié)劑體系，粘結(jié)劑的性能必須與介質(zhì)基片相適應(yīng)。 柔性板使 用的粘結(jié)劑必須能夠承受各種工藝條件和在印制線路板的制造中所使用的化學(xué) 藥品的侵蝕，并沒有分層或降解的現(xiàn)象。 表2-2柔性板常用粘結(jié)劑性能比較 粘結(jié)劑類 型 熱 耐性 耐化學(xué) 性 介電性 能 結(jié)合 力 匕匕 厶冃 曲 彎力 吸濕 性 成本 聚酯 中等 好 極好 .極好 極好 好 低 環(huán)氧樹脂 好 好 極好 :極好 中等 好 中等 丙烯酸 極好 好 好 極好 好 中等 中等 P

15、I 極好 好 好 :中等 中等 差 高 酚醛 好 中等 好 中等 中等 好 低 粘結(jié)劑比較常用的是丙烯酸樹脂類和環(huán)氧樹脂類， 但由于制造廠不同有很大 差異，不能一概而論。 2.4覆蓋層 覆蓋層是柔性板和剛性板最大不同之處， 其作用超出了剛性板的阻焊膜，它 不僅是起阻焊作用，而且使柔性電路不受塵埃、潮氣、化學(xué)藥品的侵蝕以及減小 彎曲過程中應(yīng)力的影響，它要求能忍耐長期的撓曲。由于覆蓋層是覆蓋于蝕刻后 的電路之上，這就要求它有良好的敷形性，才能滿足無氣泡層壓的要求。 覆蓋層材料根據(jù)其形態(tài)可分為干膜型和油墨型，根據(jù)是否感光性而分為非感 光覆蓋層和感光覆蓋層。如

16、圖2.5所示 圖2.5覆蓋層工藝的選擇 覆蓋膜材料結(jié)構(gòu)如圖所示 保護(hù)層 粘接層 介質(zhì)膜 2.5增強(qiáng)板 柔性印制板由于需要彎曲，不希望機(jī)械強(qiáng)度和硬度太大，而需要裝配元件或 接插件的部位就要粘貼適當(dāng)材料的增強(qiáng)板，一般常用和基材相同材質(zhì)的薄膜或剛 性印制板所使用的原材料，如紙酚醛板、環(huán)氧玻璃布、 PET PI、金屬板等。 如果插裝焊接大量的有引線的元件與大型接插件時，應(yīng)使用較厚的環(huán)氧玻璃 布層壓板，即使厚薄相同，環(huán)氧玻璃布層壓板的機(jī)械強(qiáng)度要比紙酚醛層壓板大得 多。最近，使用鋁板和不銹鋼板作為增強(qiáng)板的情況也不斷增加， 由于金屬板還可 兼作散熱板，不僅機(jī)械強(qiáng)度大，而且成

17、型加工容易，許多方面都能使用。金屬板 和其它材料的增強(qiáng)板在加工方面有些不同， 特別是不銹鋼板粘結(jié)強(qiáng)度差，粘結(jié)前 必須進(jìn)行適當(dāng)?shù)谋砻嫣幚怼? 2.6無粘結(jié)層的柔性基材 傳統(tǒng)柔性板基材，主要是以聚酰亞胺膜/粘結(jié)劑/銅箔之三層結(jié)構(gòu)為主， 粘 結(jié)劑是以B階改性環(huán)氧（Epoxy）或丙稀酸（Acrylic ）為主，但粘結(jié)劑的耐熱性 與尺寸穩(wěn)定性不佳，長期使用溫度限制在 100C--120 C,使得三層有膠柔板基 材（3-Layer FCCL的應(yīng)用領(lǐng)域受限。新發(fā)展的無膠柔板基材（2-Layer FCCL僅由 聚酰亞胺膜/銅箔之二層結(jié)構(gòu)所組成，因?yàn)椴恍枋褂谜辰Y(jié)劑而具有長時間可靠 性、尺寸穩(wěn)定性、耐熱性、

18、耐化學(xué)腐蝕性等優(yōu)異性，符合現(xiàn)今高檔電子產(chǎn)品朝向 輕巧化、人性化、高功能、細(xì)線化、高密度之趨勢，所以無膠柔板基材勢必成為 市場的主流，而且未來銅厚度在 5卩m以下的需求將大大增加。 目前無粘結(jié)劑柔性基板的主要應(yīng)用于高密度的 IC元件組裝，包括LCD驅(qū)動 IC組裝的COF及CSP的Flex Type構(gòu)裝柔性板。另外一項很熱門的應(yīng)用是行動 通訊顯示器的組裝，自1998年開始量產(chǎn)使用COF技術(shù)，所使用的柔性載板即是 無粘結(jié)劑型，目前僅有少數(shù)日本大廠進(jìn)入量產(chǎn)，但相信它將是未來行動通訊顯示 器組裝的主流。在COF技術(shù)發(fā)展出來之前，行動通訊顯示模組已經(jīng)歷三代演進(jìn)， 第一代為打線圭寸裝(wire bonding)，第二代為 TAB (Tape automated bonding，第 三代為COG (Chip on glass)，第一代打線封裝使用傳統(tǒng) PCB，產(chǎn)品體積大，TAB 技術(shù)其撓曲性差且可靠度不佳，COG技術(shù)雖然技術(shù)有重大突破，但此技術(shù)仍然 受限于體積無法縮小，玻璃阻抗高及無法附加被動元件等缺點(diǎn)。在 COF技術(shù)問 世后立即克服上述構(gòu)裝技術(shù)的缺失，成為市場主流技術(shù)。目前大尺寸 LCD構(gòu)裝 還是以TAB技術(shù)為主流，但在1-4寸行動通訊顯示模組，在強(qiáng)調(diào)輕量及高可靠 性的產(chǎn)品導(dǎo)向之下將以COF為主流技術(shù)，而COF中所用的柔性板材料就將以無 粘結(jié)劑材料為主要選擇。