深圳聯決電子有限 發表於 2009-12-25 10:08:19
淺談手機用FPC多層板的設計
近幾年中，FPC憑藉其自身特點，在滑蓋手機和摺疊式手機的設計中，扮演著越來越重要的角色。
滑蓋手機板與摺疊手機多層板訂單數量不斷增多，FPC的廠商如何控制品質，在工藝中做好此類產品致關重要
一、前言
隨著電子產品的小型化、高速化、數位化，在個人通訊終端、山寨手機以及3G通訊的飛速發展和情報信息終端(電腦、電視、電話、傳真)網絡化的需求下，以適合通訊端手機產業的滑蓋式手機和摺疊式手機中要求的FPC壽命及阻抗要求越來越細化，而在生產FPC的廠商中，如何去控制在工藝中做好此類產品是致關重要的。
FPC(Flexible Printed Circuit即可橈性印刷電路板，也可稱之為FWPC)的特點主要有以下幾個方面：
(1)柔性好：可任意彎曲變形，盤繞半徑小，可沿X﹑Y﹑Z三個方向自由移動；
(2) 佔用空間小：既輕又薄，使儀器儀表的狹窄空間得到充分利用，滿足了電子產品微型輕小的要求；
(3) 重量輕：軟板是根據載流量而不是機械強度來設計的，故重量較輕；
(4) 密封性好：採用低張力密封設計，可耐受惡劣環境；
(5) 傳輸特性穩定：導線間距可按電氣參數自由設計，一般版圖定稿；
(6) 裝配的工藝性好：產品自由端接和整體端接性能良好，適應於焊接﹑插接，以及立體布線和三維空間連接等；
(7) 絕緣性能好：軟板採用的基材PI和PET類等高分子材料有較高的絕緣強度，而且一般線路均有覆蓋膜保護，故大大提高了絕緣性能。
近幾年中，FPC憑藉其自身特點，在滑蓋手機和摺疊式手機的設計中，扮演著越來越重要的角色。人們對其壽命的要求也越來越嚴格。也因此，近來我司滑蓋手機板與摺疊手機多層板訂單數量增多，為了加強品質及對人員的培訓，特針對滑蓋手機板與摺疊式手機的多層板的設計排版理念、選材及生產過程中工藝維護等方面進行控制，以減少不良的發生，增加一次合格率的百分比。
二、製作要求：
1、設計選材
第一步很重要。如果客戶沒有體現或指定用什麼基材的話，則應該考慮壓延銅，因為它的耐彎性比電解銅要好。但基材有膠與無膠對彎折性能又有著比較大的影響，一般來說無膠基材的耐彎性比有膠基材的耐彎性要好。
基材的分類：
1.1 銅箔：
1.1.1 壓延銅。
壓延銅是將電解陰極銅澱熔煉成條狀物，經延壓成形，由於熔煉之故，成分較單一且結晶分布均勻。因結晶方向平行於軟板，所以適用於頻率高的訊號的傳遞。壓延銅特性比電解銅好。其厚度有1/4OZ、1/3OZ、1/2OZ、1OZ、2OZ幾種。
1.1.2 電解銅：
電解銅箔是利用電鍍原理使銅離子沉積在轉動之平滑陰極鼓輪上，然後將銅箔從陰極滾輪上分離而得到有光面和毛面的銅箔，經過表面處理後可使用。電解銅箔與陰極鼓接觸面非常光滑，但是另外一面因與鍍液接觸，在高電流密度作用下會粗糙。此粗糙面經表面處理後可增加表面接觸面積而有利於提高與保護膜之附著性。其厚度有1/4OZ、1/3OZ、1/2OZ、1OZ、2OZ幾種。
常採用PI(聚醺亞胺)﹑PET(聚乙稀)或GE(玻璃纖維)。其中PI性能最好，價格也較高。 厚度有1/2mil、1mil、2mil幾種。
1.3 設計時選材搭配
因滑蓋手機性能要求較高，在材料的選擇上不管是基材還是CVL都應該朝「薄」的方向去考慮。
1.4 設計排版
1.4.1 彎折區域線路要求：
a)需彎折部分中不能有通孔；
b)線路的最兩側需追加保護銅線，如果空間不足，應選擇在彎折部分的內R角追加保護銅線；
c)線路中的連接部分需設計成弧線。
1.4.2 彎折區域(air gap)要求：彎折區域需做分層，將膠去掉，便於分散應力的作用。彎折的區域在不影響裝配的情況下，越大越好。
2、製作工藝
當材料選好後，從製作工藝中去控制滑蓋板和多層板就顯得更為重要。要增加彎折次數，在製作時特別是沉電銅工序就要特別控制。一般的滑蓋板與多層板的分層板都是有壽命要求的，手機行業一般最低要求彎折達到8萬次。
因FPC採用的一般工藝為整板電鍍工藝，不像硬板會經過一次圖電，所以在電鍍銅時銅厚不要求鍍得太厚，面銅一般為0.1~0.3 mil最為合適。(在電鍍銅時孔銅和面銅的沉積比約為1:1)但為了保證孔銅質量及SMT高溫時孔銅與基材不分層，以及裝在產品上的導電性和通訊性，銅厚厚度要求達到0.8~1.2mil或以上。
在這種情況下就會產生一個問題，或許有人會問，面銅要求只有0.1~0.3mil，而(不加基材銅)孔銅要求在0.8~1.2mil以上是怎麼做到的呢？這需要增加一道工序：一般FPC板的工藝流程圖(假如只要求鍍0.4~0.9mil)為：開料→ 鑽孔→沉銅(黑孔)→電銅(0.4~0.9mil)→圖形→後工序。
而要製作有耐彎要求的工藝流程如下：開料→鑽孔→沉銅(黑孔)→ 一電(電 0.1~0.3mil)→通孔製作→二電(0.4~0.9mil)→圖形→後工序。
3、工序控制
一塊板在製作過程中要經過很多道工序，從原先的銅箔到成品。要怎樣去控制呢？
3.1 開料
按照製品流程單上的要求，找到所需要的基材，進行裁剪。人員在操作時要注意材料類型和種類不能搞錯，開料尺寸不能搞錯。避免把所需要的壓延銅開成電解銅或者PET銅箔。
3.2 鑽孔
鑽孔時為了保證品質，鑽孔前的打包數量很重要，打包的多少跟鑽孔的質量有很大關係，特別是多層板。
3.3 沉銅
在做多層板時，沉銅前應該增加一等離孔處理工序，為的是能更好的除掉孔裡面因鑽孔時所形成的一些膠。沉銅線如果是自動線，在外設和各缸藥水都正常的情況下生產是不會有什麼問題的。如果沉銅線為手動線的話，特別是在做多層板時主要的除油缸、預浸缸、活化缸、加速缸、和沉銅缸要增加震動器，並要保證設備搖擺正常的情況下才能生產，以便使藥水能更深入的滲透到孔裡面去。最主要的是各缸藥水濃度都在正常的管控範圍內。
3.4 電銅
一般的雙面板，和多層板可以直接電到所要需要的厚度，只要保證整流器電流輸出正常、掛具導電正常、操作人員電流算準確，問題都不大。而沉銅後電銅前前處裡也需要管控，沉銅後的板子在電銅前不能過微蝕，一過微蝕孔裡面沉的那一層銅就會被微蝕掉，導致孔無銅而降低良率。
而對於有彎折要求的滑蓋手機板和摺疊要求的多層板分層板就不能直接電到所需要的厚度，應該分兩次電鍍，第一次整板電鍍，只要求電0.1~0.3mil就夠了，因為電銅是針對孔的，但在電銅時孔和面都會電上銅。所以基材也就只會增加0.1~0.3mil的厚度，對彎折沒什麼影響。鍍完第一次後轉入圖形工站，用做好的通孔菲林(通孔菲林：在曝光顯影后露出來的只有孔，別的地方都是用幹膜蓋住的)將製品曝出來。然後進行第二次鍍銅，第二次鍍銅就只針對孔，不會針對面。也就是增加一次選鍍(選擇性電鍍)。
需要注意的是工程在設計時應該把第二次電鍍的受鍍面積準確的算出來，並標識在流程單上面。因為在電鍍銅過程中，除了所電厚度對板的彎折有影響外，在電鍍銅過程中所添加的添加劑(光劑)多少對鍍層的彎折也有影響，光劑加得多得到的鍍層會光亮，但鍍層會變得很脆，經不起彎折，所以在生產過程中對於光劑的添加一定要按照供應商所給的添加量為來添加。
3.5 圖形
圖形工站是最能體現產品良率的工序，FPC的不良如，Open/ short，缺口，線寬線距不合格等都和這個工序相關。對於良率的控制可能每個公司都有自己的一些方法，這裡就不再描述。而對於多層板的層間錯位則要特別注意。在多層板生產內層時對位的菲林應該選擇套PIN或三明治菲林來生產。而用來對位的標識孔也應該在設計時考慮到它的全面性，才不會導致多層板內層與外層錯位。
3.6 壓制(壓合)
壓制工序的溫度對產品的耐彎折性也是有一定影響的，不管是壓CVL還是壓基材，溫度過高相對而言都會使產品的耐彎折性能下降，並對漲縮都會有影響，可以跟據供應商提供的參數進行生產。
快壓後烘板對於有彎折要求的製品溫度不要超過180°。控制在160°是比較合理的。
表麵皮膜的處理對耐彎性不影響，畢竟耐彎的區域不會是做過以上處理的地方。但表麵皮膜的品質也是影響產品良率的一大項。一般處理後表面鍍層不可以有起泡、脫落等現象，鍍層厚度達到客戶所要求的厚度都可以放行。
三、總結
隨著通訊市場發展需求日漸增長，針對於FPC來說，產品防護及個人的操作品質意識都對其有著較大的影響，本文所闡述的也只是針對產品耐彎性及多層板所要注意的一些工序的品質要求。也希望越來越多的同行能一起探討。
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