FPC材料的技术动向研究

2022-04-20 13:28分类：电子元器件阅读：

FPC原材料的技术性趋势科学研究

摘　要：简述了FPC的科研开发趋势和FPC原材料的技术性趋势。

　　关键字：柔性板(FPC)：无粘接剂型覆铜泊板：聚丙烯腈：防护层

　　序言

　　近些年，全球的民用型电子产品中的FPC需要量已经快速提升，特别是在便携式电話这类的便携式电子产品和平板电视机这类的薄形影象机器设备中消費了大批量的FPC。如图所示1所显示的兼具数据拍摄的电源电路产品的便携式电話中所使用的FPC，等级或是占地面积大大的超出了刚度PCB。在平板显示器(FPD)中的FPC配备成横纵排序。伴随着FPC等的进口替代，FPC的需求量快速提升。

　　图2表明2006年-2010年的5年里以聚丙烯腈为基材的FPC的必须预测分析。2005年全球需求量超出了2 000万平方，到2010年可能加倍的提高，这一时间的年平均增长率为14．1％。将来的FPC不但是总数的提升，也有质的大转变。从以前以单层电源电路为管理中心，到现阶段提升两面电源电路或是双层刚挠电源电路的占比，电源电路相对密度持续提升。因此生产技术每年改进。传统式的减成法(蚀刻加工法)存有着局限，必须开发的生产技术，此外还必须开发设计更性能的原材料。文中就近期FPC的科研开发趋势和FPC原材料的技术性趋势多方面描述。

　　一、FPC的主要结构

　　图3表明了单层构造的FPC的基础组成。传统式的FPC状况下，铜泊电导体固定不动在干预环氧树脂胶等粘接剂的聚丙烯腈等基材塑料薄膜上，随后在蚀刻加工而成的控制电路上遮盖防护膜，如图所示3(a)所显示。这类构造应用环氧树脂胶等粘接剂，因为这类层造成的机械设备稳定性高，即便如今仍旧是较常用的规范构造之一。殊不知环氧树脂胶或是丙烯酸乳液等粘接剂的热稳定性比聚丙烯腈环氧树脂基材膜的耐温性低，因而它变成决策全部FPC应用溫度限制的短板(Bottle Neck)。

　　在这样的情形下，必须清除耐温性低的粘接剂的FPC组成。这类组成既能够使全部FPC的薄厚抑止到最少，进一步提高耐弯折性这类的机械设备特点，还有助于产生细微电源电路或是双层电源电路，如图所示3(b)所显示。只是由聚丙烯腈层和电导体层造成的无粘接剂覆铜泊板原材料早已产品化，它增加了适用各种各样主要用途原材料的选取范畴。

　　如图所示4所显示，在FPC中也有两面全线贯通孔结构或是双层结构的FPC。FPC的两面电源电路的主要结构与硬质的PCB基本相同，图4中的固层粘接应用粘接剂，殊不知近期的性能卓越FPC中清除了粘接剂，只是应用聚丙烯腈环氧树脂组成覆铜泊板的案例许多。FPC的双层电源电路的层组成比印刷PCB繁杂得多，他们称之为双层刚挠(Multilayer Rigid? Flex)或是双层柔性(MulTIlayer Flex)等。叠加层数提升则会减少柔韧度，在弯折主要用途的部位中降低叠加层数，或是清除固层的粘接，则可提升机械设备主题活动的可玩性。为了更好地生产制造双层刚挠板，必须通过很多加温加工工艺，因而使用的材质需要具备高耐温性。如今无粘接剂型的覆铜泊板的需求量已经提升。

　二、FPC的全新技术性趋势

　　伴随着主要用途的多元化和迷你化，电子产品中采用的FPC规定密度高的电源电路的与此同时，还规定质的实际意义上的性能卓越化。图5表明了近期的FPc电源电路相对密度的变化。选用减成法(蚀刻加工法)能够产生电导体节径为30um下列的单层电源电路，电导体节径为50um下列的两面电源电路也早已产品化。联接两面电源电路或是双层电源电路的电导体固层的通断直径也越发小，如今导埋孔直径100um下列的孔已达批量生产经营规模。

　　根据生产制造母术的观点，图6表明了密度高的电源电路的很有可能生产制造范畴。依据电源电路节径和导埋孔直径，密度高的电源电路大概分成三种种类：(1)传统式的FPC；(2)密度高的FP C；(3)极高相对密度F P C。

　　在传统式的减成法中，节径150um和导埋孔直径15 um的FPC早已批量生产化。因为原材料或是生产加工设备的改进，即便在减成法中也能够生产加工30um的路线节径。除此之外，因为CO2激光器或是有机化学蚀刻加工法等加工工艺的导进，能够完成50um直径的导埋孔批量生产生产加工，如今批量生产的绝大多数密度高的FPC全是选用这种技术性生产加工的。

　　殊不知假如节径25um下列和导埋孔直径50um下列，即便改进传统式技术性，也无法提升达标率，务必导进新的加工工艺或是新的原材料。如今提到的加工工艺有各种各样生产加工法，可是应用电铸(磁控溅射)技术性的半加成法是最可用的方式，不但基本上加工工艺各有不同，并且采用的材质和辅材也有一定的差别。

　　另一方面，FPC紧密连接技术性的发展规定FPC具备更好的稳定性能。伴随着线路的密度高的化，FPC的功能提到了多样性和性能卓越化的规定，这种功能需要在较大水平上相互依赖于电源电路生产加工技术性或应用的原材料。

　　三、FPC的生产制造加工工艺

　　目前为止的FPC生产制造加工工艺基本上全部都是选用减成法(蚀刻加工法)生产加工的，如图所示7所显示。一般以覆铜泊板为考虑原材料，运用光刻法产生抗蚀层，蚀刻加工去除不必一部分的铜面产生电源电路电导体。因为侧蚀这类的难题，蚀刻加工法具有着细微电源电路的生产加工限定。

　　根据减成法的生产艰难或是无法保持高达标率细微电源电路，大家觉得半加成法是合理的方式，大家指出了各种各样半加成法的计划方案。图8表明了运用半加成法的细微电源电路生产加工例。半加成法加工工艺以聚酰亚胺膜为考虑原材料，最先在合理的媒介上铸造(涂敷)浆状聚丙烯腈环氧树脂，产生聚酰亚胺膜。然后运用磁控溅射法在聚丙烯腈基材膜上产生植晶层，再在植晶层上运用光刻法产生线路的逆图型的抗蚀层图型，称之为耐涂层。在空缺一部分电镀工艺产生电导体电源电路。随后去除抗蚀层和没必要的植晶层，产生第一层电源电路。在第一层电源电路上施胶光敏感性的聚丙烯腈环氧树脂，运用光刻法产生孔，防护层或是第二层电源电路层要的电缆护套，再在其上磁控溅射产生植晶层，做为第二层电源电路的底材导电性层。反复以上加工工艺，能够产生双层电源电路。

　　运用这类半加成法能够生产加工节径为5um、导埋孔为巾10um的超细微电源电路。运用半加成法制做超细微电源电路的重点在于作为电缆护套的光敏感性聚丙烯腈环氧树脂的特性。

四、FPC的基础组成原材料

　　FPC的基础组成材质是基材膜或是组成基材膜的耐温性环氧树脂，次之是组成电导体的覆铜泊板和防护层原材料。

　　FPC的基材膜原材料从前期的聚酰亚胺膜到能够耐电焊焊接的耐温性膜。第一代的聚酰亚胺膜存有着吸水性高和线膨胀系数大等难题，因此大家采取了密度高的电源电路用的第二代聚丙烯腈原材料。

　　目前为止大家早已研发了多种FPC用的能够替代第一代聚酰亚胺膜的耐温性膜。殊不知，在将来十年，大家觉得做为FPC关键原材料的聚丙烯腈环氧树脂的部位始终不变。此外伴随着FPC的性能卓越化，聚丙烯腈环氧树脂的原料形状会有一定的更改，务必开发设计具备新作用的聚丙烯腈环氧树脂。

　　五、覆铜泊板

　　很多FPC生产商通常以覆铜泊板的方式购买，随后以覆铜泊板为考虑原材料生产成FPC产品。应用第一代的聚酰亚胺膜的FPC用覆铜泊板或是防护膜(Cover Lay Film)是由应用环氧树脂胶或是丙烯酸乳液等粘接剂组成的，如图所示9所显示。这儿采用的粘接剂的耐温性小于聚丙烯腈，因而FPC的耐温性或是其他工艺性能受限制。

　　为了更好地防止应用传统式粘接剂的覆铜泊板的缺陷，包含密度高的电源电路以内的性能卓越FPC选用了没有粘接剂的无粘接剂型覆铜泊板。迄今已有很多生产制造方法，殊不知如今可供好用的有下边三种方法：

(1)锻造工艺

　　锻造工艺是以铜泊为考虑原材料。在表层活性的铜泊上立即施胶浆状的聚丙烯腈环氧树脂，历经热处理工艺而涂膜。这儿采用的聚丙烯腈环氧树脂务必具备与铜泊的良好粘合力和优异的大小可靠性，殊不知迄今都还没能够考虑这两层面规定的聚丙烯腈环氧树脂。如图所示10所示，最先在活性的铜泊表层上施胶一层析粘结力优良的聚丙烯腈环氧树脂(粘接层)，再在粘接层上涂布一定壁厚的大小稳定性能优良的聚丙烯腈环氧树脂(纤维管)。因为这种聚丙烯腈环氧树脂针对热的物理化学性能的差别，假如蚀刻加工铜泊，基材膜便会发生大的凹痕。为了更好地避免这个状况，纤维管上再施胶粘接层，便于得到基材层的优良对称。

　　为了更好地生产制造两面覆铜泊板，粘接层应用热延展性(Hot Melt)的聚丙烯腈环氧树脂，再在粘接层上选用压合法压层铜泊。

　　(2)磁控溅射／电镀

　　磁控溅射／电镀的考虑原材料是规格稳定性能优良的耐温性膜。如图所示I I所显示，最开始的过程是在活力化的聚酰亚胺膜的外表上选用磁控溅射加工工艺产生植晶层。这栽种晶层能够保证针对电导体基材层的粘合抗压强度，与此同时肩负着电镀工艺用的电导体层的每日任务。一般应用镍或是镍基合金，为了更好地保证导电率，再在镍或镍基合金层上磁控溅射层析铜，随后电镀工艺加厚型到要求薄厚的铜。

　　（3）压合法

　　压合法是在规格稳定性能优良的耐温性聚酰亚胺膜表层上施胶热塑性塑料(热延展性的粘结力的环氧树脂)，随后再在热可溶环氧树脂上高溫、压层铜泊，这儿应用了复合型聚酰亚胺膜。

　　这类复合型聚酰亚胺膜是由专业生产商市面上的，生产制造加工工艺比较简单，生产制造覆铜泊板时，把复合袋和铜泊叠合在一起，在持续高温下压合。机器设备项目投资相比较小，适用少量多种类生产制造。两面覆铜泊板的制作也比较非常容易。

　　组成FPc的另一种关键的材质因素是防护层(Cover Lay)，如今明确提出了各种各样维护原材料。最开始好用的防护层是在与基材一样的耐温性膜上，施胶与覆铜泊板应用相同的粘接剂，如图所示1 2所显示。这类结构的特征是对称好，如今依然占有销售市场的关键一部分，一般称之为“膜防护层(Film Cover Lay)”。殊不知这类膜防护层因为难以达到生产加工工程项目的自动化技术，促使全部生产制造成本增加，且因为无法开展细微开窗通风生产加工，因而没法融入近些年变成主要的密度高的SMT的必须。

　　为了更好地满足密度高的组装的规定，近些年选用光敏感性防护层。如图所示1 3所显示，在铜泊电源电路上施胶光敏感性环氧树脂，随后选用光刻技术，在有必要的部位开展开窗通风。光敏感性复合树脂的形状有浆状和湿膜型。如今以环氧树脂胶或丙烯酸乳液为基材的防护层原材料早已产品化，可是他们的物理化学特点尤其是机械设备特点远远地不如以聚丙烯腈为基材的膜防护层。为了更好地改进这类情况，需应用聚丙烯腈环氧树脂或开展以环氧树脂胶或丙烯酸乳液为基材的防护层资料的物理化学特点，或是在制作工艺等层面改进。这儿采用的光敏感性聚丙烯腈环氧树脂有期待作为双层电源电路产生工程项目中的固层绝缘层材料。