撓性及剛撓印制電路板,1,撓性及剛撓印制電路板,2,撓性印制電路板具有輕、薄、短、小、結構靈活的特點.撓性印制電路板的功能可區分為四種，分別為引腳線路印制電路連接器功能整合系統,撓性印制板（FlexiblePrintedBoard）:又稱為柔性板或軟板。剛撓印制板（Rigid-FlexPrintedBoard）:又稱為剛柔結合板,7.1概論,3,7.1.1撓性印制電路板的性能特點（1）撓性基材是由薄膜組成，體積小、重量。（2）撓性板基材可彎折撓曲，可用于剛性印制板無法安裝的任意幾何形狀的設備機體中。(3)撓性電路可以向三維空間擴展，提高了電路設計和機械結構設計的自由度。(4)撓性板除有普通線路板作用外，還可以有多種功能用途，如可用作感應線圈，電磁屏蔽，觸摸開關按鍵等,7.1概論,4,按線路層數分類(1)撓性單面印制板(2)撓性雙面印制板(3)撓性多層印制板(4)撓性開窗板,7.1.2撓性印制電路板（FPC）的分類,7.1概論,5,按物理強度的軟硬分類(1)撓性印制板(2)剛撓印制板,7.1概論,7.1.2撓性印制電路板（FPC）的分類,6,按基材分類聚酰亞胺型撓性印制板聚酯型撓性印制板(3)環氧聚酯玻璃纖維混合型撓性印制板(4)芳香族聚酰胺型撓性印制板(5)聚四氟乙烯介質薄膜,7.1.2撓性印制電路板（FPC）的分類,7.1概論,PI（聚酰亞胺）印制板,7,7.1.3撓性及剛撓印制電路板的結構形式,7.1概論,8,7.1.4歷史沿革1.53年美國研制成功撓性印制板。2.70年代已開發出剛撓結合板。3.80年代，日本取代美國，產能躍居世界第一位。4.90年代，韓國、臺灣和大陸等地開始批量生產。全球撓性板市場2000年產值達到39億美元，2004年接近60億美元，年平均增長率超過了13，遠遠大于剛性板的5。我國的年增長率達30,目前排在日本、美國和臺灣之后，居世界第四。,目前撓性印制板的技術現狀國外加工精度：線寬：50m；孔徑：0.1mm；層數10層以上。國內：線寬：75m；孔徑：0.2mm；層數4層。,7.1概論,9,7.2撓&剛印制板的材料及設計標準,7.2.1撓性印制板的材料撓性介質薄膜；撓性粘結薄膜；銅箔；覆蓋層材料。,常用的撓性介質薄膜有聚酯類；聚酰亞胺類；聚氟類。,10,粘結薄膜材料丙烯酸類，環氧類和聚酯類。杜邦公司：改性丙烯酸薄膜，丙烯酸與聚酰亞胺薄膜的結合力極好，具有極佳的耐化學性和耐熱沖擊性，而且撓性很好。Fortin公司：無增強材料低流動度環氧粘結薄膜以及不流動環氧玻璃布半固化片。環氧樹脂與聚酰亞胺薄膜的結合力不如丙烯酸樹脂，因而主要用于粘結覆蓋層和內層。,7.2撓&剛印制板的材料及設計標準,11,銅箔印制板采用的銅箔主要分為電解銅箔(ED)和壓延銅箔（RA）。電解銅箔是采用電鍍的方式形成，其銅微粒結晶狀態為垂直針狀，易在蝕刻時形成垂直的線條邊緣，利于精細導線的制作。但是其只適用于剛性印制板。撓性覆銅基材多選用壓延銅箔，其銅微粒呈水平軸狀結構，能適應多次撓曲。但這種銅箔在蝕刻時在某種微觀程度上會對蝕刻劑造成一定阻擋。,7.2撓&剛印制板的材料及設計標準,12,覆蓋層覆蓋層是蓋在撓性印制板表面的絕緣保護層，起到保護表面導線和增加基板強度的作用。通常的覆蓋層是與基材相同材料的絕緣薄膜。覆蓋層是撓性板和剛性板最大不同之處，它不僅是起阻焊作用，而且使撓性電路不受塵埃、潮氣、化學藥品的侵蝕以及減小彎曲過程中應力的影響，它要求能忍耐長期的撓曲。,覆蓋層材料根據其形態分為干膜型和油墨型，根據是否感光分為非感光覆蓋層和感光覆蓋層。傳統的覆蓋膜在物理性能方面有極佳的平衡性能，特別適合于長期的動態撓曲。,7.2撓&剛印制板的材料及設計標準,13,表114幾種覆蓋層工藝的比較,近十年來為了迎合撓性電路發展的需求，開發了在傳統覆蓋膜上進行激光鉆孔以及感光的覆蓋層,14,增強板增強板是粘合在撓性板局部位置的板材，對撓性薄膜基板起支撐加強作用，便于印制板的連接、固定、插裝元器件或其它功能。增強板材料根據用途不同而選擇，常用撓性印制板由于需要彎曲，不希望機械強度和硬度太大。,剛性層壓板用于生產剛撓印制板的剛性層壓板主要有環氧玻璃布層壓板和聚酰亞胺玻璃布層壓板。聚酰亞胺層壓板是比較理想的生產剛撓印制板的材料，具有耐熱性高的優點，但是價格昂貴，且層壓工藝復雜。環氧玻璃布層壓板是最常用的生產剛性印制板的材料，它的價格比較便宜，但是耐熱性差。由于熱膨脹系數較大，因而在Z方向的膨脹較大。,7.2撓&剛印制板的材料及設計標準,15,7.2.2撓&剛印制板的設計標準,7.2撓&剛印制板的材料及設計標準,撓性印制板設計時處理要求考慮撓性印制板的基材、粘結層、銅箔、覆蓋層和增強板及表面處理的不同材質、厚度和不同的組合，還有其性能，如剝離強度、抗撓曲性能、化學性能、工作溫度等，特別要考慮所設計的撓性印制板客戶的裝配和具體的應用。這方面具體參考IPC標準：IPC-D-249IPC-2233,16,7.2撓&剛印制板的材料及設計標準,7.2.2撓&剛印制板的設計標準材料的熱膨脹系數（CTE）剛撓印制板材料的熱膨脹系數對保證金屬化孔的耐熱沖擊性十分重要。熱膨脹系數大的材料，它在經受熱沖擊時，在Z方向上的膨脹與銅的膨脹差異大，因而極易造成金屬化孔的斷裂。,實驗證明，剛撓多層板的平均熱膨脹系數是隨丙烯酸樹脂厚度百分比的提高而升高。平均熱膨脹系數小的剛性板，隨著溫度的升高其尺寸變化最小；平均熱膨脹系數大的撓性板尺寸變化最大；剛撓印制板由于是剛撓混合結構，因而熱膨脹系數居中。,17,7.3撓性板的制造,撓性印制板的制造有不同方法，按撓性板類型介紹。7.3.1撓性單面板制造撓性單面板是用量最大、最普通的撓性印制板種類。按撓性單面板生產過程有滾輥連續式（RolltoRoll）和單片間斷式二類。滾輥連續生產是成卷加工。特點是：生產效率高，但產品品種生產變化不靈活。連續法加工生產按撓性覆銅板受力方式又分兩種：,單片間斷式生產是把覆銅箔基材裁切成單塊（Panel），按流程順序加工，各工序之間是有間斷的。即通常所說的單片加工(Panel-To-Panel)。其特點是：產品品種生產變化靈活，但生產效率低。,18,撓性單面板加工過程示意圖,撓性單面板生產工藝流程圖,7.3.1撓性單面板制造,19,印制和蝕刻加工法（減成法）印制和蝕刻加工法是撓性板制造最常用的工藝方法。在絕緣薄膜基材上覆蓋有金屬箔（銅箔），在銅箔表面印制產生線路圖形，再經化學蝕刻去除未保護的銅，留下的銅形成電路。,7.3撓性板的制造,7.3.1撓性單面板制造,模具沖壓加工法模具沖壓加工法是用特殊制作的模具，在成卷銅箔上沖切出電路圖形，并同步把導體線路層壓在有粘合膠的薄膜基材上。,20,加成和半加成加工法(1)撓性板制造中采用聚合厚膜技術是種加成法工藝。該方法采用導電涂料經絲網印制在薄膜基材表面上印刷電路圖形，再經過紫外光或熱輻射固化。(2)撓性板制造中采用先進的陰極噴鍍涂技術，類似于半加成法工藝。,7.3撓性板的制造,7.3.1撓性單面板制造,21,7.3.2撓性雙面板和撓性多層板的制造撓性雙面印制板：在基材的兩個面各有一層導電圖形，金屬化孔使兩面形成電連接，以滿足撓曲性設計及功能要求，其最普通的制造方法是非連續法(片材加工法)。撓性多層板將三層或多層單面撓性電路或雙面撓性電路層壓在一起，而后鉆孔、電鍍形成電連接，可以獲得高密度和高性能的電子封裝。,7.3撓性板的制造,22,圖1115雙面撓性印制板工藝流程圖,23,圖1117整板電鍍蝕刻法撓性雙面板制造工藝,7.3.2撓性雙面板和撓性多層板的制造,24,圖1116常規撓性多層板制造工藝流程圖,7.3.2撓性雙面板和撓性多層板的制造,25,下料撓性板的下料內容主要有撓性覆銅板、覆蓋層、增強板，層壓用的主要輔助材料有分離膜、敷形材料或硅橡膠板、吸墨紙或銅板紙等。,鉆孔無論是撓性覆銅板還是覆蓋層，它們都是又軟又薄難鉆孔，因此在鉆孔前都要疊板，即十幾張覆蓋層或十幾張覆銅板象本書一樣疊在一起。,去鉆污和凹蝕經過鉆孔的印制板孔壁上可能有樹脂鉆污，只有將鉆污徹底清除才能保證金屬化孔的質量。雙面的撓性覆銅板經鉆孔后一般需要去鉆污和凹蝕，然后進行孔化。,7.3.2撓性雙面板和撓性多層板的制造,26,當覆蓋層上開窗口采用沖孔方法加工時，一定要注意將帶有粘結層的方向，否則很容易產生釘頭現象。當覆蓋層上的釘頭是向著膠面時，會降低覆蓋層與撓性電路的結合力。,7.3.2撓性雙面板和撓性多層板的制造,27,孔金屬化和圖形電鍍(1).工藝流程,金屬化孔和圖形電鍍工藝流程,(2).化學鍍銅前處理溶液最好用酸性膠體鈀而不宜采用堿性的離子鈀。通常，要注意既要防止反應時間過長和速度過快.反應時間過長會造成撓性材料的溶脹,速度過快會造成孔空洞和銅層的機械性能較差。,7.3.2撓性雙面板和撓性多層板的制造,28,(3).電鍍銅加厚由于化學鍍銅層的機械性能(如延展率)較差，在經受熱沖擊時易產生斷裂。所以一般在化學鍍銅層達到0.30.5m時，立即進行全板電鍍加厚至3-4m，以保證在后續的處理過程中孔壁鍍層的完整。,7.3.2撓性雙面板和撓性多層板的制造,29,(4).前清洗和成像在成像之前，首先要對板進行表面清洗和粗化，其工藝與剛性板材大致相同。但是由于撓性板材易變形和彎曲，宜采用化學清洗或電解清洗；也可以采用手工浮石粉刷洗或專用浮石粉刷板機。撓性板的貼膜、曝光以及顯影工藝與剛性板大致相同。顯影后的干膜由于已經發生聚合反應，因而變得比較脆，同時它與銅箔的結合力也有所下降。因此，顯影后的撓性板的持拿要更加注意，防止干膜起翹或剝落。,30,5.蝕刻通常撓性板彎曲部位往往有許多較長的平行導線。為保證蝕刻的一致性，可以在蝕刻時注意蝕刻液的噴淋方向、壓力及印制板的位置和傳輸方向。蝕刻時，應在撓性板之前貼一塊剛性板牽引它前進。最后，最好采用蝕刻液自動再生補加系統。,6.覆蓋層的對位蝕刻后的線路板在對位覆蓋層之前，要對表面進行處理以增加結合力。鉆孔后的覆蓋層以及蝕刻后的撓性電路都有不同程度的吸潮。因此這些材料在層壓之前應在干燥烘箱中干燥24小時，疊放高度不應超過25mm。,31,7層壓(1).撓性印制板的覆蓋層層壓：根據不同的撓性板材料確定層壓時間、升溫速率及壓力等層壓工藝參數。一般來說，它的工藝參數如下：,32,(2).層壓的襯墊材料襯墊材料的選用對撓性及剛撓印制板的層壓質量十分重要。理想的襯墊材料應有良好的敷形性、低流動度，且冷卻過程不收縮，以保證層壓無氣泡和撓性材料在層壓中不發生變形。襯墊材料通常分為柔性體系和硬性體系。柔性體系主要包括聚氯乙烯薄膜或輻射聚乙烯薄膜等熱塑性材料。,硬性體系主要是采用玻璃布做增強材料的硅橡膠。,33,8.烘板烘板主要是為了去除加工板中的潮氣。9.熱風整平(熱熔)烘完后的印制板應立即進行熱風整平(或熱熔)，以防止板子重新吸潮。,10.外形加工撓性印制板的外形加工，在大批量生產時是用無間隙精密鋼模沖模，可一模一腔，也可一模多腔。11.包裝通常可采用塊與塊之間加包裝紙或泡沫墊分離，幾塊板子一起上下加泡沫墊用真空包裝機真空包裝，也可在真空包裝袋內加放干燥劑，延長存放時間。,34,11.3.3剛撓結合板制造工藝剛撓結合板的制造結合了剛性和撓性電路兩者的制造技術。每塊剛撓印制板上有一個或多個剛性區和一個或多個撓性區。,剛撓印制板工藝流程圖,35,7.4撓,剛撓印制板的性能要求,根據印制板功能可靠性和性能的要求，對印制板產品分下列三個通用等級：1級一般的電子產品，2級專用設施的電子產品，3級高可靠性電子產品。,按性能要求的不同，撓性印制板可分為五種類型：1型：撓性單面印制板2型：撓性雙面印制板3型：撓性多層印制板4型：剛撓材料組合的多層印制板5型：撓性或剛撓印制板,36,7.4.1撓性印制板的試驗方法撓性印制板有如下的試驗方法，具體的測試方法可參考IEC-326-2、IPC-TM-650以及JISC5016等標準。1)表面層絕緣電阻2)表面層耐電壓3)導體剝離強度4)電鍍結合性5)可焊性6)耐彎曲性7）耐彎折性8)耐環境性9)銅電鍍通孔耐熱沖擊性10)耐燃性11)耐焊接性12)耐藥品性,37,7.4.2撓性及剛撓印制板的尺寸要求撓性印制板應符合采購文件規定的尺寸要求，尺寸檢驗主要包括以下幾方面；1)外形2)孔3)導體4)連接盤5)金屬化孔鍍銅厚度6)端子電鍍層厚度,7.4.3撓性及剛撓印制板的外觀導體導體不允許有斷線、橋接、裂縫，導體上缺損或針孔寬度應小于加工后導體寬度的30，殘余或突出的導體寬度應小于加工后的導體間距的1/3，由腐蝕后引起的表面凹坑，不允許完全橫穿過導體寬度方向。,38,絕緣基板膜面的缺陷允許范圍,絕緣基板膜導體不存在的基板膜面外觀允許缺陷范圍列于表。不允許有其它影響使用的凹凸、折痕、皺紋以及附著異物。,覆蓋層覆蓋膜及覆蓋涂層外觀的缺陷允許范圍見下表，不允許有影響使用的凹凸、折痕、皺紋及分層等。,39,40,電鍍的外觀(1)鍍層空洞對于1級產品，每個鍍覆孔允許有3個空洞，同一平面不準有2個或2個以上的空洞。空洞長度不允許超過撓性印制板厚的5%，不準有周邊空洞，對于2級和3級產品，每個試樣的空洞應不超過一個，必須符合以下判據：每個試樣的鍍層空洞不能超過一個；鍍層空洞尺寸不應超過撓性印制板厚的5；內層導電層與電鍍孔壁的界面處不應有空洞；不允許有環狀空洞。,41,(2)鍍層完整性對于2級和3級產品，不應有鍍層分離和鍍層裂縫，并且孔壁鍍層與內層之間沒有分離或污染。對于1級產品，只允許20%的有用焊盤有內層分離，而且只能出現在每個焊盤孔壁的一側，彎曲處允許有最大長度為0.125mm的分離，只允許20%的有用焊盤有夾雜物，而且只能出現在每個焊盤孔壁的一側。(3)電鍍滲透或焊料芯吸作用焊料芯吸作用或電鍍滲透不應延伸到彎曲或柔性過渡區，并應滿足導體間距要求。電鍍或焊料滲入導體與覆蓋層之間部分對于2級產品應在0.5mm以下，對于3級產品應在0.3mm以下。,42,剛撓結合板的過渡區,剛撓印制板的外觀剛撓印制板成品板的撓性段或撓性印制板，它們的切邊應無毛刺、缺口、分層或撕裂。電路接頭引起的缺口和撕裂的限度應由供需雙方商定。,43,7.4.4物理性能要求1耐彎折性1和2型板的彎折半徑應為撓性印制板彎折處總厚度的6倍，但應不小于1.6mm。3、4和5型板的彎曲半徑應為撓性印制板彎折處總厚度的12倍，但應不小于1.6mm。,2耐彎曲性撓性和剛撓印制板應能耐100,000次撓曲而無斷路、短路、性能降低或不可接受的分層現象。耐撓曲性采用專用設備，也可采用等效的儀器測定，被測試樣應符合有關技術規范要求。布設總圖應規定下列要求：a撓曲周期數；b撓曲半徑；c撓曲速率；d撓曲點；e回轉行程(最小25.4mm)。,44,7.5撓性印制電路板的發展趨勢,近10年，柔性印制板的加工技術的進步是十分明顯的，因而柔性印制板線路的設計規則也必須隨之作大幅度變化。為了充分靈活地運用最新柔性印制板功能，必須充