FPC制造技術的發展,對FCCL提出的更高性能要求
隨著FPC應用新領域的不斷增加,它的產品結構形式、產品功能、產品性能也發生著很大的變化。其變化趨勢表現在以下幾個方面:(1)FPC在IC基板應用方面,不但是已經廣泛的應用在單芯片直接安裝的CSP、COF等上,而且FPC還作為撓性基板開始應用在一個封裝內有幾個IC所組成的SIP中;(2)FPC多層化及剛撓PCB的發展迅速;(3)FPC電路圖形的微細化;(4)撓性基板的內藏元件開發成果已問世;(5)適應于無鹵化、無鉛化的FPC的快速發展;(6)撓性基板的構成,正向著適應于信號高傳送速度方面發展等。

以上發展趨勢,給FPC用基板材料提出的更高更新的性能要求。對性能的新要求集中表現在以下性能上:即高頻性(低介電常數性)、高撓曲性、高耐熱性(即高TG)、高尺寸穩定性、低吸濕性、無鹵化等。
1.適應FPC的高密度化
目前FPC的制造方法多為減成法。它所用的基板材料為FCCL。FPC高密度化的發展,得由一般單面FPC的導線距離為100um縮小到50um以下。雙面FPC的導線間距也由一般的200um減少為100um以下。貫穿孔(TH)孔徑由一般的300um變為100um以下。導通孔(IVH)孔徑一般為100um,最近出現了50um的IVH孔徑設計與制造。導線寬度、導線間距的細微化,要求它所使用的FCCL更加薄型化。具體將就是FCCL結構中的絕緣層-PI膜要降低到25um以下的薄度。它所構成線路的導體層(多為銅箔),從原來的35um,減到17.5um、12um、9um,甚至達到5um。FCCL采用薄型化的銅箔,對制作細微線路也是有利的。但同時由于FCCL的絕緣層、導電層(銅箔)的薄型化,也使得在FPC生產操作中容易產生使板折斷和損傷的問題,致使不合格制品的增加。因此在FPC的生產工藝的設計上,解決此方面的問題是十分重要的。必須在FPC生產的搬送等過程中,在工藝或裝備上加以改進。
2.高撓曲性
最近,新型液晶顯示器和高像素數碼照相機都在所用的軟板方面,提高了它的導線微細程度和導線數量。這使得FPC設計上更加趨于雙面FPC或多層FPC。并且所用FPC只有數毫米的寬度。雙面FPC一般要比單面FPC在折動撓曲性上低。雙面FPC在進行反復的折動撓曲時,在電路圖形上會同時發生更大的拉伸和收縮的應力。因此,如何在FCCL組成中采用特殊的基材成份來解決撓曲特性提高的問題,已經成為目前FCCL業面臨的一個新課題。
隨著近年的FPC使用環境和使用方法的轉變,提高系特性成為了技術開發的新課題。有高撓曲性要求的FPC,一般應用于音頻電子產品和計算機的CD/DVD/HDD拾音器磁頭部位上。但近年隨著汽車導航系統等應用更加廣泛,FPC在車載用途方面得到了增加。而車載環境與家庭環境相比,其環境溫度條件就更加嚴厲。主要表現在FPC所處的工作環境是在更加高溫之下。特別是汽車電子產品中的HDD部件,是在內部接近60℃的環境溫度中長期工作。
移動電話和小型電子產品在近年的技術發展,對FPC的高折曲特性的要求越來越嚴格。特別是在電子產品內所使用電子元器件、CPU等,隨著他們的功能上的增加,其在發熱量上也有明顯的增長。這樣,就使得在整機內的平均工作溫度有所上升。因此,FPC的高溫下撓曲性就更成為整機所要求的重要項目。
再例如,在筆記本電腦、汽車用電子產品中,在整機產品連續使用的過程中,它的工作環境溫度甚至可達到80℃。使用的在常溫下可獲得高撓曲性的FPC,在這種高溫下卻會由于膠粘劑發生軟化現象、它的存儲彈性率降低,而使得FPC的撓曲性的惡化。在撓曲時,銅箔內還會產生應力的積聚,因此抑制由此而引發的板翹曲及在基板內產生的龜裂,成為FCCL的一個很重要問題。
三層型FCCL用膠粘劑,充當著接合FCCL的薄膜與銅箔的作用,當測定折動撓曲性的環境溫度在膠粘劑的Tg以上時,由于膠粘劑樹脂發生軟化現象,使它的存儲彈性率降低,FCCL的撓曲性變得惡化。FCCL在撓曲時,銅箔內還會產生應力的積聚,由于會受抑制而引起的板翹性變得惡化。FCCL在撓曲時,銅箔內還會產生應力的積聚,由于會受抑制而引起的板翹曲及在基板內產生龜裂。因此,在有高耐熱性需求的FCCL開發中,提高膠粘劑的Tg成為了一個很重要的問題。高Tg膠粘劑制成的FCCL與普通膠粘劑制成的FCCL,盡管在常溫下進行的撓曲性測定值差別不大,但在高溫高濕下就有顯著的不同。
3.高頻性
由于所安裝在FPC上的電子部件在信息量、傳輸速度上的不斷提高,因此在撓性覆銅板的構成材料上要不斷更新、改進,以提高FCCL本身的高速化、高頻化的特性。
4.高Tg性
近年對高TgFPC基板材料的需求,越來越強烈。其原因主要來自以下幾方面:
(1)電子產品所使用電子元器件、CPU等,隨著它們的功能上的增加,其在發熱量上也有明顯的增長。這使得在整機產品內部的平均工作溫度有所上升。因此,需要FPC基板材料具有更高的耐熱性。
(2)實現高密度安裝及其電路圖形的微細化的FPC,為了保證它的高可靠性,確保耐離子遷移性(CFA)就顯得更為重要。而FPC基板的高耐熱性有利于耐離子遷移性的提高。
(3)應用領域的擴大,對高Tg型FPC基板材料的需求也就更加強烈。例如,再FPC的表面進行的芯片直接安裝的COF,需要撓性基材有更高的耐熱性來保證,以此得到在FPC上的芯片直接接合的高可靠和高產品合格率。
5.無鹵化
世界上開展三層型FCCL的無鹵化的步伐,總體要比剛性FR-4型CCL表現遲緩。其主要原因,是PFC廠一般要求無鹵化FCCL產品的價格不得高于傳統的含溴型FCCL產品。并且在它的耐熱性、尺寸穩定性上,要不能低于含溴型FCCL產品。在實現三層型FCCL的無鹵化方面,由于無鹵化環氧樹脂粘膠劑一般會對撓曲性、耐熱性及各種可靠性有所負面影響,由此使得開發FCCL的無鹵化環氧樹脂粘膠劑的難度加大。
有關調查的結果表明:FPC廠家對使用無鹵化FCCL的態度,可分為四種類型。其中,在所生產整機電子、通信產品中已經全部采用無鹵化FPC產品的廠家,占所有被調查統計的廠家總數的14%。抱有“一部分實施無鹵化”態度的整機電子、通信產品生產廠家數量居多,占被調查統計的廠家總數的42%。
今年高密度布線的FPC、多層FPC、軟硬結合板、積層法多層FPC的制造技術都有更大的發展。使得FPC制造中在選擇FCCL品種上,就更加趨向于采用具有適應FPC的高密度化、高折曲性、高頻性(低介電常數性)、高耐熱性(即高Tg)等FCCL產品。
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