柔性电路板的应用与发展.docx

1、柔性电路板的应用与发展柔性电路板的应用与发展题目：柔性电路板的应用与发展摘要：随着电子产品向短小、轻薄方向发展,相应的电子元器件向集成化、微小型化方向发展，表面贴装技术的发展,柔性印制电路板的发展和应用逐渐广泛,因为它有着显著的优越性,它的结构灵活、体积小、重量轻、满足动态的柔性要求。基于目前中国大陆柔性印制电路板的广阔市场，日本、美国、台湾地区等大型柔性印制电路板企业都已在中国大陆抢夺客户，中国大陆地区大批柔性印制电路板民营企业兴起。预测2010年，中国大陆FPC产业仍将高速度向前健康发展。本文基于柔性印制电路板的基本概念，详细的介绍了柔性电路板的生产工艺、应用情况和发展动向。关键词：柔性电

2、路板 应用 发展毕业设计(论文)外文摘要Title: Application and development of the flexible circuit boardAbstract: As electronic products to short, thin direction, the corresponding electronic components develop to the integration and micro-miniaturization. Development of surface mount technology (SMT), development and

3、application of flexible printed circuit board are increasingly widespread, as it has significant advantages. It has flexible structure, small size, light weight and meets the dynamic flexible demands. Based on the current broad FPC market in mainland China, Japan, the United States, Taiwan and other

4、 large FPC enterprises are grabbing customers in mainland China. A large number of FPC private enterprises rise. In 2010, FPC industry in mainland China will continue to move forward healthy development at high speed. Based on the basic concepts of FPC, this paper introduces the production technolog

5、y, application and development trends of the flexible circuit board in details.Keywords: flexible printed board application development 目 录1 绪论2 柔性电路板的定义3 柔性电路板的制作工艺3.1 FPC制作流程3.2多层板生产流程及生产工艺3.2.1挠性多层板生产流程3.2.2 FPC生产主要操作流程4 柔性电路板的应用4.1 FPC应用领域4.2 FPC的市场状况4.3 FPC市场应用的驱动力5 柔性电路板发展动向5.1 FPC未来的技术走向5.2 F

6、PC材料的技术走向6 中国FPC现状与未来6.1 中国FPC产业的现状6.2 中国FPC产业的未来结论致谢参考文献1 绪论20世纪60年代末以来，仪器仪表行业，电子行业借助于普通印制板的普及，在小型化方面取得了一定的成效。70年代末80年代初，集成电路的高密度、软互连元件、表面安装技术和元件的迅速发展，为仪器仪表电子设备的智能化、小型化、高可靠性提供了相应的条件。尤其是软互连元件柔性线路板起的作用更不容忽视，它冲破了传统观念，在各界工程技术人才的努力下，已逐步开创了应用领域的新天地。随着微电子技术的飞速发展，印制电路板制造向多层化、积层化、功能化和集成化方向迅速的发展。市场对于便携产品的需求上

7、升，正在推动PCB 制造商扩大产能，并纷纷增加挠性电路板 (FPC)的供应量。据市场资料显示，全球挠性电路市场在2002 年约为55 亿美元，2007 年可能达到100 亿美元，PCB 厂商正加快开发厚度更薄、重量更轻和密度更高的FPC。由于轻、薄、短、小的需求，FPC 的应用范围越来越宽广，在计算机与通信、消费电子、汽车、军事与航天、医疗等领域FPC 正被大量使用， 例如：摄像机、移动电话、CD 唱机、笔记本电脑、高速喷墨打印机磁头等的大量需求，促使印制电路设计大量采用柔性电路板。柔性电路板和其它印制板相比,在狭小的空间进行大量布线具有更高的可靠性和机动性，特别是在需要反复弯曲的场合，柔性电

8、路板比其它电缆（线）具有更长的弯曲寿命。2 柔性电路板的定义柔性电路板（FPC，F1exib1e Printed Circuit）又称软性线路板、柔性印刷电路板或挠性线路板，是用柔性的绝缘基材制成的印刷电路，具有配线密度高、重量轻、厚度薄的特点。例如，它可以自由弯曲、卷绕、折叠，可依照空间布局要求任意安排，并在三维空间任意移动和伸缩，从而达到元器件装配和导线连接的一体化。利用FPC可大大缩小电子产品的体积，适用电子产品向高密度、小型化、高可靠方向发展的需要。因此，FPC在航天、军事、移动通讯、手提电脑、计算机外设、PDA、数字相机等领域或产品上得到了广泛的应用。FPC还具有良好的散热性和可焊性

9、以及易于装连、综合成本较低等优点，软硬结合的设计也在一定程度上弥补了柔性基材在元件承载能力上的略微不足。3 柔性电路板的制作工艺3.1 FPC制作流程柔性电路板有单面、双面和多层板之分。所采用的基材以聚酰亚胺覆铜板为主。此种材料耐热性高、尺寸稳定性好，与兼有机械保护和良好电气绝缘性能的覆盖膜通过压制而成最终产品。双面、多层印制线路板的表层和内层导体通过金属化实现内外层电路的电气连接。单双面FPC生产制作流程（见图1和图 2），从图中能够发现FPC制作过程中主要的流程。按照目前国内生产厂商的标准，操作流程是必不可少的，当然不同的厂家会稍微在各个流程的衔接部分添加需求的流程，比如说钻孔后常会添加P

10、TH通孔和镀铜前添加表面处理等。图1 双面板制作流程图2 单面板制作流程3.2 多层板生产流程及生产工艺3.2.1挠性多层板生产流程 挠性多层板生产流程（见图3）从下料开始后续的每一步工作人员都必须严格按照生产的操作手顺操作，按照生产线的操作顺序严格进行。其中的各个操作环节必须与下一环节从时间和顺序严格衔接。图3 挠性多层板生产流程3.2.2 FPC生产主要操作流程FPC生产主要操作流程具体如下：（1）FPC开料。除部分材料以外，柔性印制板所用的材料基本都是卷状的。由于并不是所有的工序都一定要用卷带工艺进行加工，有些工序必须裁成片状才能加工，如双面柔性印制板的金属化孔的钻孔，目前只能以片状形式

11、进行钻孔，所以双面柔性印制板第一道工序就是开料。柔性覆铜箔层压板对外力的承受能力极差，很容易受伤。如果在开料时受到损伤将对以后各工序的合格率产生严重影响。因此，即使看上去是十分简单的开料，为了保证材料的品质，也必须给予足够重视。如果量比较少，可使用手工剪切机或滚刀切断器，大批量，可用自动剪切机。无论是单面、双面铜箔层压板还是覆盖膜，开料尺寸的精度可达到O.33。开料的可靠性高，开好的材料自动整齐叠放，在出口处不需要人员进行收料。能把对材料的损伤控制在最小限度内，利用送料辊尺寸的变化，材料几乎没有皱折、伤痕发生。而且最新的装置也能对卷带工艺蚀刻后的柔性印制板进行自动裁切，利用光学传感器可以检出腐

12、蚀定位图形，进行自动开料定位，开料精度达O3mm，但不能把这种开料的边框作为以后工序的定位。（2）钻孔。柔性电路板的钻孔与刚性印制板的钻孔设备相同，但钻孔条件有一些不同。由于FPC 板所用的粘接剂柔软，容易粘刀，建议钻孔选用FPC 专用刀具，或者使用新钻头（钻孔数少于1000），同时优化钻孔参数，减少钻孔腻污或毛边。柔性电路板、覆盖层和增强层的钻孔基本相同，由于覆铜板和覆盖层都较薄，钻孔时可以将多块重叠钻孔（根据板厚覆铜板可叠7-10 片左右，覆盖层可叠10-15 片）。上垫板可使用铝垫板或环氧黄垫板，下垫板用环氧黄垫板。钻孔、铣覆盖膜和增强板的外形等的加工条件基本相同，但由于柔性印制板材料所

13、使用的胶黏剂柔软，所以十分容易附着在钻头上，需要频繁地对钻头状态进行检验，而且要适当提高钻头的转速。对于多层柔性印制板或多层刚柔印制板的钻孔要特别细心，尤其注意以下两点：冲孔。冲微小孔径不是新技术，作为大批量生产已有使用。由于卷带工艺是连续生产，利用冲孔来加工卷带的通孔也有不少实例。但是批量冲孔技术仅限于冲直径O608mm的孔，与数控钻床钻孔相比加工周期长且需要人工操作，由于最初工序加工的尺寸都很大，这样冲孔的模具也相应要大，因而模具价格就很贵，虽然大批量生产对降低成本有利，但设备折旧负担大，小批量生产及灵活性无法与数控钻孔相竞争，所以至今仍无法普及。但在最近数年里，冲孔技术的模具精密化和数控

14、钻孔两方面都取得了很大的进步，冲孔在柔性印制板上的实际应用已十分可行。最新的模具制造技术可制造能够冲切基材厚25um的无胶黏剂型覆铜箔层压板的直径75um的孔，冲孔的可靠性也相当高，如果冲切条件合适甚至还可以冲直径50um的孔。冲孔装置也已数控化，模具也能小型化，所以能很好地应用于柔性印制板冲孔，数控钻孔和冲孔都不能用于盲孔加工。激光钻孔。用激光可以钻最微细的通孔，用于柔性印制板钻通孔的激光钻孔机有受激准分子激光钻机、冲击式二氧化碳激光钻机、YAG(钇铝石榴石)激光钻机、氩气激光钻机等。冲击式二氧化碳激光钻机仅能够对基材的绝缘层进行钻孔加工，而YAG激光钻机可以对基材的绝缘层和铜箔进行钻孔加工

15、，钻绝缘层的速度要明显比钻铜箔的速度快，仅用同一种激光钻孔机进行所有的钻孔加工生产效率不可能很高。一般是首先对铜箔进行蚀刻，先形成孔的图形，然后去除绝缘层从而形成通孔，这样激光就能钻极其微小孔径的孔。但此时由于上下孔的位置精度可能会制约钻孔的孔径。如果是钻盲孔，只要把一面的铜箔蚀刻掉，不存在上下位置精度问题。该工艺与在下面所叙述的等离子体蚀孔和化学蚀孔雷同。（3）铜箔的表面处理。柔性电路板在孔金属化之前需要对表面进行清洁处理，以提高孔金属化镀层与基体的结合力。同时孔金属化后图形成像前对铜表面进行有效的处理，对于增强铜与抗蚀层的粘附强度也是非常必要的。FPC 板在孔金属化前表面未处理干净，孔化镀

16、层可能出现分层、起泡的现象；图形成像前对铜表面清洁粗化不够，与抗蚀剂的结合不牢，制作精细的线路图形几乎不可能，在后续的电镀工序容易出现渗镀,造成线条边缘不整齐甚至短路，影响图形精度。图形转移前的覆铜板粗表面清洁粗化的方法主要有以下几种：磨料刷子清洁。这种方法是通过旋转磨料与板面之间相切运动的作用，机械的刮切和粗化板面，同时也除去了表面的污物。这种方法处理后的板面会形成许多平行的凹痕。凹痕越密越细，板面与抗蚀剂的结合力就越好，但这些凹痕会给基板留下表面有刷痕的隐患。浮石粉刷板机。浮石粉是来自火山灰的一种复杂的天然硅化合物，它的颗粒大小不一，重量较轻，比重小于1。采用浮石粉和尼龙刷辊进行刷板时，浮

17、石粉对板面的冲击形成了微观上凹凸不平的粗化表面。这种粗化痕迹没方向性，不会形成明显的凹痕，抗蚀剂能够理想的附着在板面上。是比较理想的清洁方法之一。化学清洗。化学清洗是首先用化学试剂除去表面的有机杂质和无机污染物，然后用微蚀液对表面进行粗化处理。经过处理后的铜板表面具有良好的粗糙度，而且不存在任何的机械划痕或残留的刷料微粒，因此是精细导线加工中理想的清洁粗化处理方法。（4）孔金属化。挠性多层板的孔化前需要去腻污，常用的去腻污工艺有两种：一是碱性高锰酸钾溶液处理，二是等离子处理。因为丙烯酸粘接剂耐碱性差，碱性高锰酸钾工艺只适用环氧类粘接剂。所以对于柔性电路板多采用等离子处理工艺，不仅能有效去除腻污

18、还能对绝缘介质进行凹蚀，使内层铜成可靠的三维结构，增强孔壁镀层的结合力。利用检孔镜观察孔壁状态，经过等离子处理后完整的铜环清晰的凸出，确保孔壁清洁无钻污，孔金属化时增大接触面积镀层结合更好。 孔金属化工艺需要特别注意的是调整去油工位：因为柔性电路板的粘接剂耐碱性差的原因，通常印制板生产采用的碱性去油工艺（60左右的温度）不适合柔性电路板，因此建议选用酸性去油调整工艺。另外采用快速高活性化学沉铜溶液，减少丙烯酸树脂和聚酰亚胺与碱性沉铜溶液接触的时间，防止反应时间长造成挠性材料的溶胀，同时避免速度过快造成孔空洞和镀层的机械性能较差。 （5）图形制作。柔性电路板的图形转移与普通印制板区别不大，通常用

19、的抗蚀层有液态抗蚀剂和干膜两种。液态抗蚀层涂敷应避免由于静电灰尘、漂浮物吸附到抗蚀层中，另外选择好抗蚀剂的粘稠度和烘板的时间、温度，保证抗蚀剂与铜板粘结力达到最大并保持干燥，以防止在图像转移时粘底版，造成图形不完整或边缘不整齐。 贴干膜需要特别注意的是，覆铜板较软，应选用薄板贴膜机，保证干膜与基材紧密贴合。曝光参数与常规印制板相同，但由于板子薄不平整，吸真空度可能较差，为此可借助刮刀，赶走空气，确保柔性电路板吸真空良好。光聚合后的干膜比未聚合的干膜挠性差，操作中应避免板子弯折引起干膜与基材脱落。 显影时建议采用刚性板牵引，这样能避免显影液的喷淋压力和冷热风的影响导致柔性电路板弯折或卡板。 （6

20、）图形电镀和蚀刻。柔性电路板的最大特性即可挠曲性，因此电镀时切忌镀层过厚或者粗糙，线条愈厚挠曲性愈差，而粗糙的镀层影响图形的外观。柔性电路板制作时要分析调整电镀溶液的主盐、添加剂含量，选择合适的电流密度和电镀时间，镀层厚度一般是1520m,军用的柔性电路板为了保障可靠性镀层厚度一般大于25m。上夹具时要考虑柔性电路板的特点，采用边框加强支撑柔性电路板，如果板子面积过大，在电镀铜过程要将空气搅拌减弱或关闭，只用循环过滤和阴极移动，防止板子起皱褶。 柔性电路板的去膜过程要严格控制，聚酰亚胺耐碱性较差，丙烯酸胶耐碱性更差，所以采用强碱溶液去膜时要严格掌握去膜液的温度、浓度和去膜时间，去膜后立即用清水

21、洗净板面和孔内的残留液。制作柔性电路板对蚀刻机的要求较高，蚀刻前首先要清洗蚀刻机，将传动辊上的结晶清除干净以避免残渣结晶划伤图形；清洗喷嘴保证喷淋腐蚀的均匀一致性。为掌握好喷淋时间，首先要做好喷淋时间与蚀刻速度的曲线图，然后根据所需要的蚀刻量选择喷淋时间。一般情况下，腐蚀时板子边缘的铜会先蚀刻掉，局部不干浄可采取点喷的方式解决，操作时要避免线条过腐蚀或欠蚀，否则导线边缘整齐性差。腐蚀后的基板更软，所以建议采用硬板牵引防止卡板、折板。 （7）覆盖层的选用。柔性电路板和刚性板最大的不同之一是覆盖层。挠性线路的绝缘保护层可选用覆盖膜和印刷液态挠性油墨，丝网印刷液态覆盖层油墨其材料成本低，批量生产成本

22、也低，所以被广泛应用于汽车和部分民用产品上。但挠性油墨由于硬、耐弯折性差的缺点，需要多次弯曲的板子和高密度微细线路产品很少采用液态油墨，而使用和基体膜相同材料的覆盖膜。覆盖膜的粘接剂膜上有一层离型膜（或纸），半固化态的环氧树脂粘接剂在室温条件下会逐步固化，所以应低温冷藏保管（在使用之前保存在5左右的冷藏库房）。不恰当的储存环境将缩短覆盖层的使用寿命，到了寿命末期，粘接剂流动度极小，如果层压温度和压力不高，就不能得到填满图形空隙和粘接强度高的覆盖膜。 贴覆盖层之前，要对线路表面进行清洁处理，去除表面污染和氧化。把已开好窗口孔的覆盖膜去掉离型膜后，贴在已蚀刻好的基板上，用丁酮粘住图形的边缘，防止层

23、压时位置偏离。撕掉离型膜后的覆盖层没有支撑强度，而且有很多窗口孔，再与基板定位时要小心操作，不能强制把膜拉长，也不能使膜产生褶子，否则造成对位不准或外观不平整。（8）挠性多层板的制作与层压。挠性多层印制板内层的制作程序与刚性板一致，内层覆盖膜不需开窗口，粘贴覆盖层之前，也要对线路表面进行清洁处理，去除表面污染和氧化。柔性电路板内层粘贴覆盖膜后，在层压前，应对表面进行清洗粗化，以提供优良的层间结合力，使挠性内层板、覆盖膜、粘接片之间紧密结合，无层压气泡、无层压变形；层压前柔性电路板材料还要置于干燥箱干燥 24小时。叠层层压示意图（以四层板为例）：按照图 4的顺序将各膜片、内层、钢板放置好，放入层

24、压机进行层压时的工艺参数为压机温度173、压力为150-300N/cm2、层压时间60分。图4 层压示意图（9）热风整平/镀金。由于聚酰亚胺吸水性高，热风整平前应在120烘箱内预烘24小时，以防止在经受热冲击时，金属化孔断裂或内层分层起泡。烘完的印制板应立即热风整平,以避免板子重新吸潮。热风整平时建议采用刚性边框加固柔性电路板，同时调整工艺参数：浸铅锡时间减短（由5秒降为 23秒），前后风刀压力降低（由 4 MPa降为2.5Mpa）。为了避免柔性电路板经热处理吹皱或撕裂，提高成品合格率，也有选用化学镀镍/金工艺的。 （10）外形加工。柔性印制板的孔和外形的加工大部分都是采用冲切进行加工的。然而

25、也并非是惟一的方法，根据情况，可以使用各种不同的方法或组合起来进行加工。而近来随着要求的高精度化和多样化也导入了新的加工技术。目前，批量加工FPC使用最多的还是冲切，小批量FPC和FPC样品主要还是采用数控钻铣加工。这些技术很难满足今后对尺寸精度特别是位置精度标准的要求，现在新的加工技术也正逐步应用，如：激光蚀刻法、等离子体蚀刻法、化学蚀刻法等技术。这些新的外形加工技术具有非常高的位置精度，特别是化学蚀刻法不仅位置精度高且大批量生产效率较高，工艺成本较低。然而这些技术很少单独使用，一般是与冲切法组合使用。使用目的分类有FPC外形加工、FPC钻孔、FPC槽加工及有关部位的修整等。形状简单精度要求

26、不太高的都是采用一次性冲切加工。而对于精度要求特别高的、形状复杂的基板，若用一副模具加工效率不一定达到要求的情况下，可以分几步进行加工FPC，具体的例子如插入狭小节距连接器的插头部位和高密度安装元件的定位孔等。柔性电路板作为一种特殊的电子互连技术，有着十分显著的优越性。批量生产还需要工艺、机器设备的不断完善。从生产流程来看，只有掌握了各环节的要领，才能生产出性能可靠、外观良好的印制板。 4 柔性电路板的应用从FPC的发展历程一路走来，我们不难发现FPC在不同发展时期所扮演的角色，继而熟悉FPC在各行业的应用，如见表1所示。表1 FPC应用领域发展过程发展时期20世纪八十年代(中期技术发展时期）

27、20世纪九十年代（近期多功能发展时期）2l世纪初（高技术、新领域发展时期）应用扩展的新领域电子产品军工产品信息产品（计算等）通讯产品办公自动化设备通讯产品LCDIC封装基板4.1 FPC应用领域FPC作为一种重要的电子商品，其在电子领域中扮演的角色亦很重要，以下重点介绍FPC的各种用途及应用。目前，FPC已经广泛应用于MP3、MP4播放器、便携式CD播放机、家用VCD、DVD 、数码照相机、手机及手机电池、医疗、汽车及航天领域;个人电脑：包括台式电脑和笔记本电脑，以及正在萌发的穿戴式电脑；计算机外设（以上两项是全球FPC需求最大的市场，但其增长率不高）；手机：一部翻盖手机要就要用到6至10片F

28、PC，这些FPC主要是单、双面的。多层刚挠结合板的FPC用于显示模块和照相模块；音频和视频设备是FPC第三大应用领域：便捷式产品（如MP3、MP4、移动电视、移动DVD等）和平板显示会不断增加FPC用量；其它应用市场还有医疗器械、汽车和仪表等。近年来，3G技术、智能型手机、数码相机及显示器的需求对FPC的发展起到了很大的推动作用。比如说显示器模块，一个15英寸以上的TFT模块，需要8张到14张COG挠性电路板，同时需要4张到6张起连接作用的FPC。而TFT在TV、笔记本和监视器上有着广泛应用，因此其不可限量的市场空间也将对FPC产生不可忽视的影响。FPC的电子应用领域如表2所示。 表2 FPC

29、主要应用产品典型例应用产品领域 产品例子消费性电子产品 收录机、数字式摄像机、个人音响、照相机计算机 台式电脑、笔记本型电脑、掌上型电脑计算机周边产品 打印机、扫描机、DVDROM、VCD、硬盘、软盘平面显示器 液晶显示面板、电机发光面板等办公设备 传真机、复印机 打字机通讯产品 移动电话移动电话汽车产品 发动机控制、防暴死装置(ABS)安全气囊控制、感应器，仪表板其它 Smart卡、医疗仪器、工业设备、宇航及军事用途4.2 FPC的市场状况电子产品轻、薄、短、小的需求潮流，使FPC迅速从军用品转到了民用，转向消费类电子产品，形成近年来涌现出来的几乎所有的高科技电子产品都大量采用了柔性电路板。

30、日本学者召仓研史在高密度挠性印制电路板一书说：几乎所有的电气产品内部都使用了柔性电路板。例如：录像机、摄像机、盒式录音机、CD唱机、照相机、程控电话、传真机、个人电脑、文字处理机、复印机、洗衣机、电锅、空调、汽车、电子测距仪、台式电子计算机等。而今恐怕很难找到不使用柔性电路板的稍微复杂的电子产品了。第一手机市场，手机的功能有两个重大的变革影响刚挠结合板的发展，可动式机体设计与模块设计。在可动式机体方面，折叠式（Clamshell）或掀盖式、滑盖式的结构设计中，若以刚挠结合板取代原有的柔性电路板、刚性板、连接组件的组合，可以有较好的产品表现与产品稳定度，而在手机模块方面也是一个重要的应用，其需要

31、较高的传输量且减少手机厂组装的缺失，因此需求量也在逐渐成长中，其应用包括目前常见的相机模块等。第二，刚挠结合板在消费性电子产品市场，消费性电子产品中以DSC、DV的应用最多，因为数字化的电子产品讯号传输量较大，刚挠结合板可以有较好的讯号通路，而DSC与DV的设计趋向于小体积且高耐用性，尽量减少接点组装所造成的不良率，所以刚挠结合板亦是合适的零件。第三汽车电子化市场，在汽车电子化的趋势下，车用的控制系统，如仪表板显示、空气品质、音响、显示器等高讯号传输量和高信赖度的要求等汽车用刚挠结合板、刚挠结合板将开始展现其优点，使得以往可由PCB刚性板或是柔性电路板完成的功能，在组件精密的趋势下，加上立体结

32、构的车体，配线区狭窄且弯折采用刚挠结合板更能符合设计的要求。综合分析，FPC的市场前景一片大好，目前国内的FPC厂商并不多，很多PCB厂商正在拓展自己的市场，由此看来FPC必将成为一大市场。4.3 FPC市场应用的驱动力目前，推动FPC产业发展的主要消费电子品。首推是移动电话。手机在近几年的发展是非常迅速的，在2003年全球手机的年产量是4.5亿左右，在2009年已经达到10亿部，增长了一倍多。同时手机中使用的FPC数量是比较多的，手机按键、手机电池、手机显示屏、手机主板等等都大量使用FPC。在珠三角绝大部分FPC工厂的主打产品都是手机上使用的，要么模组，要么背光源，要么手机摄像头等；其次是液晶显示器，LCD显示器分为TN、STN及TFT等类别，TN型主要用于简单的黑白显示产品方面，例如计算机和电子表等；STN主要用于彩色显示产品方面；TFT主要用于中大型平面显示、如笔记本电脑、LCDMonitor、LCDTV等。因为这些