Технология PCB - технический обзор FPC в схемных платах

Спрос на FPC в потребительских электронных устройствах во всем мире быстро растет, и большое количество FPC потребляется в портативных электронных устройствах, таких как мобильные телефоны, и тонких видеоустройствах, таких как плоскопанельные телевизоры. Количество точек или общая площадь FPC, используемого в портативном телефоне, который также имеет схему цифровой камеры, значительно превышает площадь жесткой печатной платы. FPC в плоскопанельном дисплее (FPD) располагается вертикально и горизонтально. С увеличением размеров FPC быстро растет их использование.

В будущем FPC не только увеличатся в количестве, но и претерпят значительные изменения в качестве. Если в прошлом основное внимание уделялось односторонним схемам, то в настоящее время увеличивается доля двухсторонних схем или многослойных жестко-гибких схем, а с началом массового производства на заводе BOE в Чэнду гибкие экраны официально стали доступны людям. Все фантазируют о том, когда телефон можно будет свернуть и положить в карман, а планшет - сложить. На самом деле для того, чтобы свернуть мобильный телефон, необходимо решить множество технических проблем, например, сделать гибким аккумулятор, гибкой печатную плату...

Сегодня я расскажу вам о технологии производства гибких печатных плат FPC и рассмотрю тенденции развития технологии FPC и технологии производства материалов для FPC.

В последние годы спрос на FPC в потребительских электронных устройствах во всем мире быстро растет, и большое количество FPC потребляется в портативных электронных устройствах, таких как мобильные телефоны, и тонких видеоустройствах, таких как плоские телевизоры. Количество точек или общая площадь FPC, используемого в портативном телефоне, который также имеет схему цифровой камеры, значительно превышает площадь жесткой печатной платы. FPC в плоскопанельном дисплее (FPD) располагается вертикально и горизонтально. С увеличением размеров FPC быстро растет их использование.

В будущем FPC будут не только увеличиваться в количестве, но и претерпят значительные изменения в качестве. Начиная с прошлого, когда основное внимание уделялось односторонним схемам, и заканчивая нынешним увеличением доли двухсторонних схем или многослойных жестко-гибких схем, плотность схем продолжает расти. По этой причине технология производства совершенствуется с каждым годом. Традиционный субтрактивный метод (метод травления) имеет свои ограничения и требует разработки новых технологий производства, а вместе с тем и разработки более высокопроизводительных материалов.

Плотность продолжает расти. Поэтому технология производства совершенствуется с каждым годом. Традиционный субтрактивный метод (метод травления) имеет свои ограничения и требует разработки новых технологий производства, а вместе с тем и создания более высокопроизводительных материалов.

Базовая структура FPC

Базовая структура одностороннего FPC. В случае традиционного FPC проводник из медной фольги закрепляется на пленке-основе, например полиимидной, с интерполяцией клеем, например эпоксидной смолой, а затем сформированная травлением цепь покрывается защитной пленкой. В этой конструкции используется клей, например эпоксидная смола. Благодаря высокой механической надежности такая композиция слоев и сегодня является одной из часто используемых стандартных структур. Однако теплостойкость таких клеев, как эпоксидная или акриловая смола, ниже, чем у матричной пленки из полиимидной смолы, поэтому она становится "узким местом", определяющим верхний предел температуры использования всего ФПК (Bottle Neck).

В этом случае необходимо исключить из структуры ФПК связующее с низкой теплостойкостью. Такая конфигурация не только минимизирует толщину всего ФПК, значительно улучшает механические свойства, например сопротивление изгибу, но и облегчает формирование тонких контуров или многослойных схем. Практическое применение получили бесклеевые медные ламинаты, состоящие только из полиимидного слоя и проводникового слоя, что расширяет диапазон выбора материалов, пригодных для различных целей.

Существуют также ФПК с двухсторонней структурой сквозных отверстий или многослойной структурой ФПК. Базовая структура двухсторонней схемы FPC примерно такая же, как и у жесткой печатной платы. Для межслойного соединения используется клей. Однако в современных высокопроизводительных FPC клей не используется, а для формирования медной платы используется только полиимидная смола. Примеров тому множество. Состав слоев многослойных схем FPC гораздо сложнее, чем у печатных плат. Они называются Multilayer Rigid Flex или Multilayer Flex. Увеличение числа слоев приведет к снижению гибкости, а уменьшение числа слоев в детали на изгиб или устранение адгезии между слоями позволяет увеличить степень свободы механического перемещения. Для изготовления многослойных жестко-гибких плат требуется много процессов нагрева, поэтому используемые материалы должны обладать высокой термостойкостью. Все большее применение находят ламинаты с медными плакированными слоями без связующего.

Тенденции развития технологии FPC

В связи с диверсификацией областей применения и компактностью от ФПК, используемых в электронных устройствах, требуется высокая плотность схем, а также высокая производительность в качественном смысле. Последние изменения в плотности схем ФПК. Субтрактивный метод (метод травления) позволяет сформировать одностороннюю схему с шагом проводников 30 мм и менее, а также получить практическое применение двухсторонней схемы с шагом проводников 50 мм и менее. Диаметр сквозных отверстий между слоями проводников, соединяющих двухсторонние схемы или многослойные схемы, также становится все меньше и меньше, и в настоящее время отверстия с диаметром менее 100 мм достигли масштабов массового производства.

С точки зрения технологии производства, возможен диапазон изготовления схем высокой плотности. В зависимости от шага и диаметра сквозных отверстий микросхемы высокой плотности условно делятся на три типа: 

(1) традиционные FPC; 

(2) высокоплотные FPC; 

(3) сверхвысокоплотные ФПК.

При традиционном субтрактивном методе серийно выпускаются ФПК с шагом 150 мм и диаметром сквозных отверстий 15 мм. Благодаря совершенствованию материалов или технологического оборудования шаг контура 30 мм может быть обработан даже субтрактивным методом. Кроме того, благодаря внедрению таких технологий, как CO2-лазер или химическое травление, стало возможным массовое производство и обработка сквозных отверстий диаметром 50um, и большинство серийно выпускаемых в настоящее время высокоплотных FPC обрабатываются по этим технологиям.

Однако если шаг меньше 25 мм, а диаметр сквозных отверстий меньше 50 мм, то даже при усовершенствовании традиционной технологии трудно увеличить выход продукции, и необходимо внедрять новые процессы или новые материалы. Существуют различные методы обработки для предлагаемого процесса, но наиболее подходящим является полуаддитивный метод с использованием технологии гальванопластики (напыления). Отличается не только базовый процесс, но и используемые материалы и вспомогательные средства.

С другой стороны, развитие технологии соединения FPC требует от них более высоких показателей надежности. В связи с высокой плотностью схем к характеристикам FPC предъявляются разнообразные и высокоэффективные требования. Эти требования в значительной степени зависят от технологии обработки микросхем или используемых материалов.

Процесс изготовления FPC

Практически все технологические процессы изготовления FPC до настоящего времени осуществлялись субтрактивным методом (методом травления). Обычно в качестве исходного материала используется медная планка, слой резиста формируется методом фотолитографии, а ненужная часть медной поверхности вытравливается и удаляется для формирования проводника схемы. Из-за таких проблем, как подрезка, метод травления имеет ограничения при обработке тонких схем.

В связи с трудностями обработки, возникающими при использовании субтрактивного метода, или сложностью обеспечения высокой производительности микросхем, эффективным методом считается полуаддитивный метод, и были предложены различные полуаддитивные методы. Пример обработки микросхем полуаддитивным методом. При полуаддитивном способе изготовления печатных плат в качестве исходного материала берется полиимидная пленка. Сначала на соответствующий носитель наносится жидкая полиимидная смола, образуя полиимидную пленку. Затем методом напыления на полиимидную пленку формируется посевной слой, а затем методом фотолитографии на посевном слое формируется резистивный рисунок обратной схемы, который называется антигальваническим слоем печатной платы. На заготовку наносят гальваническое покрытие для формирования проводниковой цепи. Затем удаляют резистивный слой и ненужный посевной слой для формирования первого слоя схемы. На первый слой схемы наносят фоточувствительную полиимидную смолу, с помощью фотолитографии формируют отверстия, защитный или изолирующий слой для второго слоя схемы, а затем напыляют на него посевной слой, являющийся вторым базовым проводящим слоем двухслойной схемы. Повторяя описанный выше процесс, можно сформировать многослойную схему.