挠性线路板现状及发展趋势

som123

　近几年来，用于生产挠性线路的材料有了变革性的进展，主要是：由粘结型走向无粘结型的覆铜箔挠性基材；薄铜箔或超薄铜箔的进展与应用；由冲孔后热压可挠性覆盖膜（为了露出焊盘）走向可挠性感光显影型覆盖膜或者液态感光阻焊膜（或保护膜）等。由于这些挠性材料的变革性进步，大大地简化了手工操作劳动，使挠性线路板走上自动化、量产化的轨道上来。

　　

　　无粘结层覆铜箔挠性基材

　　

　　无粘结层覆铜箔挠性基材的开发成功与应用，使挠性线路板的应用领域迅速扩大了。比有粘结层覆铜箔基材的挠性线路具有更薄和更好的结合（粘结）强度（特别是在高温方面）。加上军用规范更改而要求不能采用有粘结层的挠性线路板，所以，无粘结层的聚酰亚胺（或聚酯）/铜箔的挠性基材所生产的挠性线路能够适合和满足更小、更轻的电子产品的需求。

　　

　　1、有粘结层覆铜箔挠性基材

　　

　　有粘结层覆铜箔挠性基材是由介质层材料、粘结层材料和薄铜箔压制而成的。介质层材料大多是采用聚酰亚胺（PI）、聚酯（PE）、Aramide和氟碳化合物。聚酰亚胺具有很好的可挠性、良好的电气性能和好的耐热特性；聚酯除了较差的耐热性能外，其它性能与聚酰亚胺差不多；Aramide（芳香族聚酰胺）具有负的热膨胀系数（CTE），但有很大的吸湿性，使用受到了限制；氟碳化合物具有很好的介电和电气特性，主要应用于微波领域内。

　　

　　粘结层材料，大多采用丙烯类（如丙烯酸树脂）树脂和改性环氧树脂等等。它们除了具有好的粘结力外，还应具有好的耐化学腐蚀、耐热特性、可挠性和电气性能。

　　

　　铜箔，可采用轧制退火（RA）的铜箔。一般来说，它具有更好的可挠性和可获得更理想的精细线宽/间距，但目前大多数采用的是电镀铜箔，尽管比起RA铜箔呈现出较差的可挠曲性能和较低的抗破裂性能以及制造超精细导线不够理想，这对于那些反复挠曲条件（或次数）不多，如不作或少作来回猛烈弯曲运动场合等，它仍然是可用的。

　　

　　很明显，这种有粘结层覆铜箔挠性基材结构的主要缺点有：它需要昂贵的粘结层材料（大多为聚酰亚胺/丙烯酸类），使总成本较高；由于丙烯酸类粘结层的Z向膨胀系数大，加上介质层厚度，使整个Z向热膨胀系数远大于无粘结层的Z向热膨胀系数，因而，不仅会造成挠性板内部引起缺陷(如分层等),从而造成差的结合力和可挠性，而且还会给孔化电镀（PTH）带来隐患（当用于双面板和多层板时）；由于粘结层和介质层材料的差异，对于多层板来说，还会因为化学蚀刻（如去沾污、粗化等）速率不同，造成孔壁上凹凸不平，甚至包覆镀液等而带来隐患，它是孔化电镀方面的问题之一；由于有粘结层结构的基材其厚度较厚，造成挠性板厚度较厚，既不利于“小”、“轻”型化，又不利于抗热性能和电气互连的可靠性（因Z向较厚的有机材料的CTE远大于铜箔的CTE，热膨胀易于引起内连断裂）。

　　

　　2、无粘结层覆铜箔挠性基材

　　

　　在无粘结层的基材中，覆铜箔是采用各种金属化技术的一种方法，把铜层直接结合到介质层上。目前采用了三种方法：一是把聚酰胺酸加到铜箔表面上，然后加热形成聚酰亚胺膜并最后形成聚酰亚胺覆铜箔挠性基材；二是先在介质层上涂覆一层位垒金属，然后进行电镀铜来形成的；三是采用真空溅射技术或蒸发沉积技术，即把铜置于真空室中蒸发，然后把蒸发的铜沉积于介质层上来形成的。

　　

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很明显，无粘结层的覆铜箔挠性基材能克服有粘结层覆铜箔基材的一系列缺点，其主要优点：具有更薄的基材厚度。不仅有利于微小孔加工，而且可以生产出更薄型或薄型的线路板来；具有更好的可挠曲性能，即使在相同材料的条件下，越薄的材料其可挠曲性能越好。同时，有粘结层材料本身的可挠性和粘结力也较差，所以，无粘结层的基材必然有更好的可挠曲性能和结合力；具有更好的导热性。一方面越薄材料越易于散热，另一方面有粘结层相对于介质层（特别是聚酰亚胺、聚酯）来说，其导热性也较差；具有更高产品质量和可靠性，因而有很好的性能价格比。

　　

　　感光显影型覆盖膜（保护膜）

　　

　　这种覆盖膜或保护层用来覆盖和保护挠性线路在受热（高温）、潮湿、污染物和腐蚀气体以及恶劣环境下起到“三防”的保护作用。采用干膜或者漏印涂覆层等方法来形成覆盖膜或保护膜都是有效的。

　　

　　1、干膜覆盖层

　　

　　干膜覆盖层是采用涂布有粘结剂的介质材料，然后与加工形成挠性线路层一起叠层层压方法来形成的。干膜覆盖层的介质材料，采用与加工成挠性线路的基材介质层相同的聚酰亚胺、或聚酯材料，而粘结剂大多采用丙烯酸或环氧树脂或聚酯等材料。

　　

　　为了显露出挠性线路板上的焊盘或连接部位的铜导体，在叠层层压之前，必须根据其准确位置，于干膜覆盖层上冲制或钻孔其相应图形来。由于定位、层压等过程会带来位置（尺寸）偏差，同时，加压加热时粘结剂可能的溢流问题，因此，干膜覆盖膜的冲孔或钻孔的相应图形尺寸要大些，也避免定位偏差和粘结剂溢流带来的可焊性和焊接问题。很明显，这种加工图形和层压对位是很费事费时的，有时是很头痛的事，这是造成合格率低、质量差和成本高的主要原因之一。

　　

　　2、网印覆盖层

　　

　　网印覆盖层是采用丝网漏印液态树脂来形成的。所用的液态树脂大多是丙烯酸环氧树脂、丙烯酸聚氨脂类等树脂，然后采用红外线加热或者紫外线辐射固化而成。环氧树脂具有好的电气性能和粘结力，但脆性大而表现出差的可挠性，所以环氧类的覆盖层（或阻焊剂）材料组成的保护层、经不起多次弯曲便会发生“龟裂”、断块、最终分成小块状而剥离下来，而单纯的丙烯酸类虽有很好的可挠曲性，但粘结力和电气性能都不如环氧类。因此，把两者结合起来基本上可以满足要求。

　　

　　3、感光显影型覆盖层

　　

　　对于在挠性线路上要显露出理想的焊盘或连接部位来说，网印覆盖层比干膜覆盖层有了进步，但是这种薄型挠性基板进行网印覆盖层及其厚度的控制难度很大，特别是对于有精细节距的图形，对位度也成问题。因此推动了感光显影型覆盖层的开发和应用。

　　

　　DuPont公司推出一种具有很好可挠曲性的感光显影型干膜盖层，它像感光抗蚀膜（干膜）那样，贴在于挠性板面线路上，经曝光、显影、烘烤来完成的，因而大大提高了生产率和产品质量。Coastes ASI公司大量生产一种水溶性液态感光阻焊膜（LPISM），型号为Aquaflex H20/600，特别适用于挠性线路板上，可采用整板漏印或喷涂、帘涂等方式完成。

　　

　　连接层（Bond Plies）

　　

　　这是指用来连结多层挠性线路板内层的粘结膜。它可采用基材中与介质层同类型的材料，或者特殊的粘结膜。

　　

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　介质材料的粘结膜，如FR-4材料中的同类型材料的粘结片（prepreg半固化片）一样，然后与加工后的内层进行叠压而成。在某些刚－挠性多层板结构中为了提高刚－挠性部位内的结合力、降低成本和量产化，连接层（又作挠性部位的覆盖层）采用了改性的环氧树脂的半固化片，既保证了刚性部分的好结构强度，又能保证挠性部分的粘结力和可挠性。但是，这种B－阶段的改性环氧树脂连续层是不含玻璃布增强材料的。

　　

　　特殊形式的粘结膜是采用Shedahl’s Z-Link材料，它仅以垂直方向起导体（conduct）连接作用。Z-Link是含有焊料球的聚酯树脂来组成的。当连接层被覆盖到内层上以后树脂中的焊料球便在X、Y面内随机（或无规则）地扩散开来，而在叠压过程中这些内层被压缩时，则焊料球便展平开来并在内层焊盘之间形成导体通路。导电颗粒在加热加压下（含压缩）丧失其圆球状而实现中间金属连接（intermetallic joints）。

　　

　　三、挠性电路板的制造技术

　　

　　挠性线路板的制造技术与刚性PCB制造技术是相似的。但是挠性PCB由于采用可挠性基材和不含有增强材料，如玻璃布等，因此很薄、挠曲大，加上树脂不同（采用聚酰亚胺或聚酯等），因而给挠性线路板的制造技术带来了新的问题，主要是薄而可挠曲性、尺寸稳定性和孔化电镀通孔质量等问题。

　　

　　传统工艺

　　

　　压制成具有粘结层的挠性覆铜箔基材（或无粘结层的覆铜箔基材），通过钻孔、孔化电镀（单面挠性板除外）、然后进行图像转移形成线路，这些加工过程要设有特制拉紧的夹具和索拉丝网才能完成。对于单双面挠性板来说，还要贴压上覆盖膜（保护膜）。这种含有粘结剂并有与介质层相同的覆盖膜要经过冲孔或钻孔，然后对位贴准压制而成。正如前面所述，由于尺寸稳定性，加上粘结剂在高温高压下溢流问题，因此冲孔或钻孔尺寸要明显地大于实际的焊盘尺寸，以保证焊接盘不受局部覆盖和污染，达到焊接时完善性和可靠性。显然，这种薄而可挠性膜材料的整个加工过程和操作是很费时费力的，是个令人很头痛的事。

　　

　　感光显影型工艺

　　

　　由于传统工艺中的有粘结层覆铜箔基材存在着粘结力和孔化电镀带来的缺陷，加上覆盖膜冲孔（或钻孔）加工、对位和操作困难大，生产率低。随着导体线路密度和迅速增加，新的规范（或标准）的制定与贯彻，这种传统工艺已处于淘汰之中。

　　

　　因此，采用无粘结层的覆铜箔基材和感光显影型覆盖膜的工艺技术是必然的发展趋势并将带来明显的好处。主要是：较好地解决了铜箔（或导体）与介质层的结合强度、更好的可挠性和改善了孔化电镀（孔壁）的质量；采用感光显影型保护膜，通过贴压（干膜型），或网印、喷涂、帘涂、帘涂（皆为液态感光材料）再烘干，然后进行图像转移工艺而得到的保护膜，便能很好解决焊盘的精确对位问题，因而可制造出更精细的线宽/间距来。

　　

　　值得注意的是：采用环氧类的液态感光阻焊剂（用于刚性板上）的网印或喷涂等方法得到的覆盖膜是不能满足要求的。尽管环氧类的粘结力好，但脆性大，在受挠曲时便会发生“龟裂”，多次挠曲后便会“纷纷”剥离下来。因此，一般都采用含有丙烯酸类树脂复合材料，来解决粘结力和可挠曲性问题。

　　

　　新的Roll-to-Roll工艺技术

　　

　　常规的工艺技术是采用一片片的分开来进行制造，再一块块板的压制形成挠性板（单面、双面和多层）。这种常规的挠性板制造方法，不仅费时费力、劳动强度大、生产率低，而且其尺寸稳定性（受热、受湿等引起）也较难保证，对于制造高密度精细节距的线宽/间距相对来说，合格率不高、质量也较难保证，因而开发了连续传送滚筒（Roll-to-Roll）生产工艺。

　　

　　Roll-to-Roll工艺过程是：介质材料的聚酰亚胺薄膜在导通孔形成处冲制或激光（视孔径大小，微孔采用激光为宜）形成导通孔。接着传送到真空金属化室，使薄膜两面上和孔壁内真空沉积上2000埃厚的铜层，然后进入电镀（水平式）铜加厚到5m m的低应力铜层。接着采用光致抗蚀剂（贴压干膜、或网印或喷涂液态感光抗蚀剂）、图像转移（曝光、显影）来形成内层图形。对于要求5m m厚的导体来说，便直接采用减成法（蚀刻）工艺来制得。如果要求更厚的铜层有两种方法：一是在金属化后在电镀铜时加长电镀时间等来达到要求的厚度，不过全生产线的控制程序或加工参数相应地加以调整；二是显影后再行图形电镀（PP）来达到，然后通过退膜后蚀刻。制成的内层（或双面）线路进行检测，贴压聚酰亚胺薄膜（对于双面挠性板为保护膜，对于多层挠性板为连接层即Bond plies）、图像转移（曝光、显影）、进行焊盘电镀，切割成所需要的尺寸（事先设计好图形尺寸）。对于双面挠性板来说可进入检测工序，但对于多层挠性板（或MCM-L）还要进行正向连接、叠层对位层压、最后进行测试。当然，在层压多层挠性板前的切割的内层还要再次检测内层以除去不合格品。

　　

som123

　很明显，采用Roll-to-Roll生产工艺，不仅提高了生产率，而更重要的是提高了自动化程度。这种高自动化的生产明显地减少了人为操作和管理因素，受环境条件（温度、湿度洁净度等）变化小，因而具有更均匀一致而稳定的尺寸偏差，从而也易于进行修正和补偿（如通过底片、导通孔形成时），因为挠性基材没有增强的玻璃布等，其尺寸变化或偏差远大于刚性基材，只要其尺寸变化和偏差是有规律的，是可控的，那么这种尺寸变化和偏差是易于解决的。由于采用Roll-to-Roll工艺，其尺寸变化和偏差规律性好，所以它具有更高的产品合格率、质量和可靠性。

　　

　　总之，随着三维（立体或3D）和可挠性组装的应用要求和扩大、超精细节距的高密度技术发展和电子产品继续向“轻、薄、短、小”化的要求，将推动着挠性板材料及其制造技术的进步，使挠性印制板的地位将越来越重要，其增长速度会加快。首先是刚性印制板和挠性印制板结合起来形成刚－挠性印制板，以实现更薄、更精细导线和更优越的互连（取代刚性的转接）的产品。其次是挠性线路将进入高科技领域并形成新一代产品，如MCM-L，从经济和制造技术角度上看，优选挠性材料将更为有利。

　　

graham

不错啊，都是哪里收集来的？

liubo0026

是的现在发展真的是太快了呀！今年新开的FPC厂家好多啊，在这个方面的人才也是很抢手的。我们去年还是单面双面的生产，最多是3层的实验。可是今年就不是那个样子了呀！现在是大批量的生产多层了，一般都是5。6层。真是速度太快了。随着现在科技发达。在材料方面有了更好的选择，所以说最近发达的，我想还是那些生产主要材料的厂家。而不是那些FPC厂家。