柔性電路板的應用與發(fā)展

1、編號：Q/NJXX-QR-JX-38-2008 南京信息職業(yè)技術學院畢業(yè)設計(論文)說明書作者 屈甜甜 學號 31213D12 系部 微電子學院 專業(yè) 電子電路設計與工藝 題目 柔性電路板的應用與發(fā)展 指導教師 孫鳳梅 評閱教師 完成時間： 2015 年 05 月 08 日柔性電路板的應用與發(fā)展摘要：隨著時代的變遷人們生活水平也在變化著，電子科技已經(jīng)是人類生活不可缺少的重要組成部分。所以人們對于電子產(chǎn)品的也隨之增高。為了將電子產(chǎn)品外形的短小，精巧，輕薄，以及內(nèi)置的功能要求的多樣化集于一體，來滿足我們的需求，柔性電路板則是其中必不可少的一環(huán)。因為它有著非常明顯的優(yōu)越性，如：結構靈活，體積小巧，重

2、量輕，甚至是旋轉折疊等方面的要求?；谥袊鞘澜缛丝诖髧?，所以柔性電路板在中國有著十分廣闊的經(jīng)濟市場，中國的柔性電路板新興企業(yè)都有著難以估量的發(fā)展前途。本文在柔性電路板的基本概念這一觀點上，詳細闡述了柔性電路板的生產(chǎn)流程，工藝要求，應用情況和發(fā)展前景等。關鍵詞：柔性電路板 應用 發(fā)展Title :Application and development of the flexible printed CircuitAbstract：As time changes, the level of peoples lives changes and the society develops at the

3、 same time. Electronic technology is an important part of the human life. So the people to the requirements of electronic products also increased. In order to be short, electronic product appearance exquisite, thin, as well as a variety of built-in functional requirements set in one, to meet our nee

4、ds, The flexible circuit board is an essential part of it. Because it has obvious superiority: Such as: flexible structure, small volume, light weight, Even the rotary folding and other requirements. Based on the Chinese is the most populous country in the world, So the flexible printed board has a

5、very broad market in China. The flexible printed board China emerging enterprises have prospects immeasurable. This point of view the concept of flexible printed board. Requirements described in detail the flexible printed board production process, technology, application and development prospect.Ke

6、ywords：Flexible Printed Circuit Application Development目錄1. 引言-52. 柔性電路板的定義-53. 柔性電路板的制作工藝-63.1柔性電路板的制作流程-63.2柔性電路板的工藝及其基本技術要求-74. 柔性電路板的應用-114.1柔性電路板的應用領域-124.2柔性電路板的市場優(yōu)勢-125. 柔性電路板的發(fā)展動向-13結論-13致謝-14參考文獻-141引言20世紀60年代末以來，電子領域行業(yè)借助于普通印制電路板的普及，其在小型化方面取得了一定的成功。而在70年代末80年代初期，由于集成電路的高密度、軟互連元件、表面安裝技術和元件的迅

7、猛崛起，這為電子設備的智能化、小型化、高可靠性提供了必不可少的條件。尤其是在軟互連元件這一部分柔性線路板起的作用更加不容忽視，它打破了普通的傳統(tǒng)觀念，采用柔性即可彎曲性這一特點并且在各界工程技術人才不懈的努力下，已一步一步的開創(chuàng)了電子應用領域的新河。隨著微電子技術的飛速發(fā)展，普通印制電路板的制造慢慢由之前的單一向現(xiàn)在的多層化、積層化、功能化和集成化方向進行發(fā)展。如今我們對于便攜產(chǎn)品的需求正在不斷的上升，這也推動了PCB制造商擴大產(chǎn)業(yè)進行不斷創(chuàng)新來滿足我們現(xiàn)在所需的要求，因此紛紛增加柔性電路板(FPC)的供應。跟據(jù)市場資料的調查顯示，2002年全球柔性電路市場經(jīng)濟額在約為55億美元左右，而到了2

8、007年則達到了近100億美元，PCB廠商正加快研制開發(fā)厚度更薄、重量更輕和密度更高的FPC即柔性電路板。由于輕、薄、短、小的需求是當今人們最為關注的需求，所以柔性板的應用范圍也就變得越來越廣。例如：攝像機、移動電話、筆記本電腦、醫(yī)療設備、高速噴墨打印機磁頭等的大量需求，這使印制電路設計中需要大量采用柔性電路板來實現(xiàn)它的功能。柔性電路板與其它印制板相比,它有著非常特別的優(yōu)點，用它可以在狹小的空間進行大量布線，這使板子有著更高的可靠性和機動性，尤其是在需要反復彎曲的場合，柔性電路板比其它電纜（線）具有更長的使用壽命。2柔性電路板的定義柔性電路板（FlexiblePrintedCircuit，簡稱

9、FPC），又稱饒性電路板，軟性線路板等。是由在柔性介質表面制作有導體線路。本文中提到的柔性板指的就是柔性印制電路板。普通的導體與柔性介質之間一般都是用膠粘接的，雖然目前也有無膠銅箔材料。由于柔性板介質的介電常數(shù)與普通印制電路板相比較低，這就可以給導體提供良好的絕緣性能和阻抗性能。與此同時柔性介質非常薄并具有柔性，并且同樣具有較好的抗拉力、多功能性和散熱性能。柔性電路板與普通的硬質電路板最大的不同就是，柔性板能夠以很多種方式來進行彎曲、折疊或重復運動。為了發(fā)崛柔性板的所有可能性，設計者大都使用多種結構來滿足不同產(chǎn)品的各種需求，如單面板、雙面板，多層板和軟硬結合板等。目前市場上有的是兩種類型的柔性

10、板：印制（蝕刻）的和絲印的。絲印的柔性板又被稱為聚合物厚膜柔性板，它與普通的印制蝕刻技術有著一定的不同，柔性電路板技術是采用其它工序直接在介質薄膜上將絲印導電油墨作為導體，來形成我們所需要的電路。雖然柔性板的應用場合在不斷擴大，但是印制的柔性板還是這兩種中使用最廣的。3柔性板的制作工藝3.1 柔性板的制作流程柔性電路板有單層板，雙層板以及多層板之分，所采用的基材大多以聚酰亞胺覆銅板為主。此種材料耐熱性高、尺寸穩(wěn)定性好，與兼有機械保護和良好電氣絕緣性能的覆蓋膜通過壓制而成最終產(chǎn)品。（1）單面板流程銅箔前處理壓干膜曝光顯影蝕刻剝膜AOI假貼合壓合沖孔貼覆蓋膜電鍍前處理電鍍電鍍后處理印刷外型沖切電測

11、外觀檢查出貨（2）雙面板流程銅箔鉆孔黑孔（PTH）鍍銅前處理壓干膜曝光顯影蝕刻剝膜AOI假貼合壓合沖孔貼覆蓋膜電鍍前處理電鍍電鍍后處理印刷外型沖切電測外觀檢查出貨（3）多層板流程銅箔鉆孔銅箔的表面處理電鍍前處理貼干膜對位曝光顯影圖形電鍍脫膜前處理貼干膜對位曝光顯影蝕刻脫膜表面處理貼覆蓋膜壓制固化沉鎳金印字符剪切電測沖切終檢包裝出貨；3.2柔性電路板的制作工藝及其基本技術要求通過比較柔性電路板和普通印制電路板，我們可以發(fā)現(xiàn)柔性電路板的設計難度較大，除了考慮電性互相交聯(lián)實現(xiàn)方式外，其柔性，可靠性等結構也是我們必須加強重視的部分。對于不同的硬件設施所需要的柔性版性能也會與之不同，所以我們應該根據(jù)不同

12、硬件在不同場合的需要，來確定合適的柔性要求。例如：部分柔性版只需要在其安裝時彎曲一次就能達到所需的要求然后加以固定。而在另一部分產(chǎn)品中，如幾年前的翻蓋手機，又或是我們?nèi)粘Ｉ钪薪?jīng)常使用的筆記本電腦，這兩個都是通過轉軸的柔性板來實現(xiàn)功能的，所以柔性版就需要一定的彎曲次數(shù)。然而在具有更高要求的是在硬盤磁頭等場合中使用的柔性版，需要更長時間的往返彎曲運動。綜上所述：我們需要跟具柔性要求不一樣，來選擇不同的柔性電路板的加工方式。在這里我以柔性電路板中的雙面板為例介紹柔性電路板的制作工藝：3.2.1開料如圖所示，柔性板所使用的材料大部分都呈卷狀，但是因為并不是所有工序都要在卷狀的基礎山加以加工，所以我們

13、在多數(shù)開料時，都是從大塊基材上分割我們所需要的大小尺寸來進行加工，而柔性覆銅箔層壓板對外力的承受能力極差，很容易收到損壞，并且在開料時受到的損傷將對以后各工序的合格率產(chǎn)生嚴重影響。由此我們可以知道即使看上去是十分簡單的開料，為了保證材料的品質不受人為因素的影響，我們也必須在小心的基礎上認真進行作業(yè)。工藝要求：板子的尺寸公差越小越好；板子的邊緣必須平整無屑；板子的平面上避免有刮痕3.2.2鉆孔柔性電路板的鉆孔程序與普通印制電路板都是在子昂通的機器設備上進行鉆孔這項程序，但是由于板子性質的不同，我們在鉆孔時所需的條件也并不相同。因為柔性板所使用的粘結劑非常柔軟，很容易將我們的刀頭黏住，所以我們在對

14、柔性板鉆孔時最好使用柔性板專用刀具。由于柔性板的覆蓋層增強層的鉆孔基本一致并且都較薄，鉆孔時我們可以采用疊加試來進行作業(yè)。但是在使用這種方式時由于柔性板的粘結劑十分容易殘留在鉆頭上，所以我們必須經(jīng)常對鉆頭進行檢查，并在適當時調節(jié)鉆頭速度。圖1開料 圖2鉆孔機3.2.3黑孔黑孔至柔性電路板的制作中所起到的作用于PTH相同，黑孔的實質就是在孔壁上不以傳統(tǒng)的化學通方式來將孔壁進行導體化，而是以在孔壁上沉積一層黑色的碳膜為主來提高孔壁的吸附力，使后續(xù)電鍍流程能更加順利的進行。黑孔的工藝流程：清潔整孔處理黑孔化處理干燥微蝕干燥電鍍銅;黑孔化原理：黑孔化的實質就是把精細的石墨與炭黑通過物理作用在孔壁上的一

15、層導電膜，我們可以利用這個導電膜不經(jīng)過化學沉銅直接進行電鍍銅。黑孔的主要特點：1.環(huán)保：黑孔化水全是采用環(huán)保原料，不比PTH含有難以分解的EDTA、EDTP以及可以致癌的甲醛等有害物質。不會對環(huán)境造成污染，并且廢水處理簡單便捷且成本較低；2.高效：黑孔化水相比PTH而言工作流程短，生產(chǎn)效果好且效率明顯提高。至今最快的黑孔化制作過程僅需16分鐘，大概為PTH的三分之一；3.控制便捷：黑孔化的工藝流程的操作過程十分便捷，黑孔化溶液的分析，維護，調整也十分簡單；4.成本低：黑孔化的工藝整體費用與PTH相比要低得多；5.可靠，有效：黑孔化工藝在很多方面超過PTH，由于使用PTH法容易造成閃鍍，所以相比

16、之下黑孔化工藝的效率及產(chǎn)品性能比PTH高很多；石墨過程原則：圖3 調節(jié) 圖4 碳顆粒粘結在表面 圖5 密集導電碳導電膜 圖6去除銅的導電膜表面的Cu-Cu接口3.2.4壓干膜由于黑孔化過后的柔性板不許經(jīng)一次銅而是直接鍍二銅，所以電路上的線路鍍銅厚度基本都會超過1mil以上，因此，只要有一點電流控制不當，就有可能會有overplanting，從而造成剝膜異常。所以在經(jīng)過黑孔化處理之后的柔性板在壓干膜時，干膜厚度最好在1.5mil以上。3.2.5曝光曝光實在紫外線的照射下進行的一種物理反應。曝光大都在自動曝光機內(nèi)進行。為了得到清晰的圖像曝光的時間是重中之重。當曝光不足時，之后顯影出來的圖像容易線條

17、不清晰，色澤暗淡，這樣的柔性板在蝕刻過程中它的膜層容易翹起，甚至是脫落；而當曝光過度時，過量的曝光或是我們所需的圖像線條變細，在接下來的蝕刻過程中很可能出現(xiàn)線路斷路的可能。所以為了保證產(chǎn)品的質量要求，我們要選擇最佳的曝光時間，來對干膜進行曝光。3.2.6蝕刻蝕刻的原理是，在一定條件下蝕刻液與沒有保護銅箔覆蓋的感光膠的外露銅箔進行氧化還原反應，把不需要的銅箔去掉，得到我們所需要的電路圖形的工藝過程叫做蝕刻。在進行蝕刻的過程中，最容易出現(xiàn)的問題則是側蝕和突沿。然而側蝕是產(chǎn)生突沿的前提條件。我們都知道在蝕刻時板子在蝕刻液中所呆的時間越長，蝕刻就會與嚴重。這種情況下就會影響到我們制作導線的精度，所以在

18、有非常嚴重的側蝕情況下是要得到精密的導線是不可能的事。因此為了保證板子的質量我們要盡可能的減少甚至是避免側蝕。側蝕：造成側蝕的因素有很多，分別是1. 側蝕的方式側蝕通常分為四大類分別是，浸泡式、鼓泡式、潑濺式和噴淋式。四種方法中浸泡式和鼓泡式會造成較大的側蝕，所以在需要精確電路板時我們并不采用這種方式；而潑濺式和噴淋式蝕刻側蝕較小，在多數(shù)情況下我們都會選用噴淋式作為蝕刻方式。2. 蝕刻液的種類不同的時刻也的化學分組并不相同，所以蝕刻速率也并不相同，時刻系數(shù)也就不會相同。3. 蝕刻速率蝕刻速率越慢所造成的蝕刻也就更加嚴重。蝕刻的質量與蝕刻速率有著很大的關系，其蝕刻速度越快，板子會在蝕刻液中滯留的

19、時間就越短，側蝕就會較少；而蝕刻速度越慢，板子在蝕刻液中滯留的時間就越長，側蝕就會較大。4. 蝕刻液的pH值蝕刻液的pH值越高則說明蝕刻液中的堿性越大，側蝕就會越大，所以為了減少側蝕，一般堿性蝕刻液的pH值應該控制在8.5以下。5. 蝕刻液的密度堿性蝕刻液的密度太低時，側蝕的速度會加快，所以我們英選用高銅濃度的蝕刻液來減少側蝕。圖7 噴淋式蝕刻機 圖8 覆蓋膜3.2.7覆蓋膜在柔性電路板制作中覆蓋膜時必不可少的一部分，它對柔性板的質量有著重大影響，這也是它與普通印制電路板的不同之處。柔性板的絕緣保護層可選用覆蓋膜或是印刷液態(tài)柔性油墨后者常被用于汽車產(chǎn)品和部分民用產(chǎn)品中，且因其有硬、耐彎折性差的

20、特點并不適用于需要多次彎折的柔性電路板上；因此，我們多把前者作為柔性電路板絕緣保護層。我們在使用時可以發(fā)現(xiàn)它的粘結劑膜上有一層離型膜，這種半固化態(tài)的環(huán)氧樹脂粘結劑在室溫下會慢慢固化，所以我們必須對其進行冷藏處理。不適合的儲存環(huán)境會素緞覆蓋膜的使用壽命。在貼覆蓋膜之前，我們要對柔性板的線路表面進行清潔處理，除去附著在線路表面的污染和氧化。為了防止在層壓時覆蓋膜不和板子位置發(fā)生偏移，我們要現(xiàn)在已經(jīng)蝕刻好的基板上把已經(jīng)開好窗口孔的覆蓋膜去掉離型膜的同時，我們還需要用丁酮黏住圖形的邊緣。因為撕掉離型膜后的覆蓋膜沒有足夠的強度進行支撐，并且有很多的窗口孔，我們把它再次與基板進行定位時要小心操作，不能強制

21、性的來把膜拉長，更加不能是膜昌盛褶子，不然對于我們來說很容易造成對位不準或是外觀不美觀，不平整。3.2.8外形加工一般情況下柔性板的孔和外形加工基本上都是采取沖切的方法來進行加工，但是這也并不是唯一的辦法。我們可以根據(jù)不同的情況來使用不同的方法來進行。在進行批量加工柔性板時，使用最多的方法任然是沖切法，然而我們進行小批量或是樣板則是采取數(shù)控鉆銑加工。但是隨著電子市場的發(fā)展，我們也需要與時俱進。越來越多的高精度化和多元化也有了新的加工技術：如激光蝕刻法、化學蝕刻法、等離子蝕刻法等等。這些新的加工方法不僅有較大的生產(chǎn)效率，并且工藝成本較以前相比也少了很多，尤其是化學蝕刻法。但是這些工藝技術并不是經(jīng)

22、常單獨使用，而是進行組合使用。 4柔性電路板的應用 我把柔性電路板的發(fā)展史基本由時期分為三大部分，分別是二十世紀八十年代的中期技術發(fā)展時期、二十世紀九十年代的近期多功能發(fā)展時期和二十一世紀初高技術、新領域發(fā)展時期。在不同的發(fā)展時期，我們所研究擴展的新領域也有不同程度的進展，如八十年代對于軍工產(chǎn)品和電子產(chǎn)品的發(fā)展；九十年代對于信息產(chǎn)品（計算機），通訊產(chǎn)品（手機），辦公自動化設備等；二十一世紀初的通訊產(chǎn)品（觸屏手機），LCD,LED等；由于時代的飛速發(fā)展，人們對于電子信息的需求要來越多，而柔性板在這種情況下有著必不可少的作用。4.1柔性電路板的應用領域隨著全球信息化的加強，電子領域的其中扮演著舉足

23、輕重的作用，接下來我要介紹柔性板的各種應用用途。十年前的柔性板就已經(jīng)收到廣泛應用，小到MP3，MP4，家用VCD，DVD,數(shù)碼照相機，手機和電腦（包括臺式電腦和筆記本電腦），大到醫(yī)療，汽車，航天領域等。而手機和電腦的應用則是全球柔性板需求最大的應用市場，且長盛不衰。在一部手機上的柔性板至少要用到6至10片，這些柔性板主要是單面和雙面的。柔性的多層板大多用于顯示模塊和照相模塊。近年來，隨著3G，4G，智能型手機，平板電腦的問世，電子行業(yè)對于柔性板的要求可謂達到了空前的地步。我把柔性板的電子領域分成了三大類表1 柔性電路板的主要應用應用領域產(chǎn)品家用類電子設備單反攝像機，手機，電視，音響，電腦（臺式

24、，筆記本式，平板式）等辦公類電子設備打印機，復印機，掃描機，DVD/ROM ，VCD，硬盤等其他醫(yī)療器械，汽車產(chǎn)品，工業(yè)設備，航空設備，軍事設備等4.2柔性電路板的市場優(yōu)勢電子產(chǎn)品的發(fā)展史順應時代變遷而進行改變的。在1973年，手機的發(fā)明者馬丁庫帕在4月的街頭打了一通電話而引人駐足，這就是世界上的第一部手機，由美國著名的摩托羅拉公司研制而成的，在80年代進入中國，當時的大哥大約有兩塊磚頭大，不僅功能非常單一，而且由于它的體積大，重量重所以非常不便于攜帶；在2000年后，手機就真正開始流行了，與之前的大哥大相比，手機的功能也有了新的變化，從之前只能接打電話發(fā)展都可以進行短信的收發(fā)，體積也變的越來

25、越小，外形也有著不同的變化，翻蓋式，滑動式，直板式甚至還有旋轉式，手機的發(fā)展進入了新的時期。如今，我們可以發(fā)現(xiàn)智能手機已經(jīng)占據(jù)了手機的主流市場。這些手機的變遷與我們的柔性板有著密不可分的關系。從以上可以看出，僅僅只是手機一樣東西，在這短短幾十年就可以有這么大的變化。據(jù)統(tǒng)計，在信息科技產(chǎn)品中柔性電路板的使用率高達百分之五十，行動電話占了其中的百分之三十，其他類型的產(chǎn)品占據(jù)了百分之二十。中國是世界人口大國，消費市場具有非常大的潛力，今后消費電子產(chǎn)品肯定會持續(xù)增長。日本人曾經(jīng)把電系消費類的產(chǎn)品進行了分類12類在這12類電子產(chǎn)品中，其中有8類的生產(chǎn)在全球排于第一位。這8類分別是：DVD機，DVD光驅，筆記本電腦，手機，PDA，彩電，汽車音響；而這8類的產(chǎn)品在生產(chǎn)中柔性板都是必不可少的部分。在這些信息下我們可以知道柔性板的市場前景是廣闊的，且經(jīng)久不衰的。5柔性電路板的發(fā)展動向柔性電路板產(chǎn)業(yè)現(xiàn)在正走向電子市場的核心部分，隨著電子產(chǎn)品輕薄化，多功能化，操作便捷化的要求，舊產(chǎn)品會慢慢退出歷史的舞臺，未來的柔性板行業(yè)的規(guī)模會進一步擴大，為了順應這種趨勢柔性板的店里產(chǎn)品領域會有著不可估量的潛力。目前市場上大多數(shù)的柔性板生產(chǎn)商大都集中在日本，臺灣，韓國，美國等地區(qū)，而中國大