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双面柔性电路板FPC制造工艺全解

一、FPC开料-双面FPC制造工艺
       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±0.33。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蚀定位图形,进行自动开料定位,开料精度达0.3mm,但不能把这种开料的边框作为以后工序的定位。
二、FPC钻导通孔-双面FPC制造工艺
       柔性印制板的通孔与刚性印制板一样也可以用数控钻孔,但不适用于卷带双面金属化孔电路的孔加工。随着电路图形的高密度化和金属化孔的小孔径化,加上数控钻孔的孔径有一定界限,现在许多新的钻孔技术已付实际应用。这些新的钻孔技术包括等离子体蚀孔、激光钻孔、微小孔径的冲孔、化学蚀孔等,这些钻孔技术比数控钻孔更容易满足卷带工艺的成孔要求。
       柔性印制板的通孔与刚性印制板一样也可以用数控钻孔,但不适用于卷带双面金属化孔电路的孔加工。随着电路图形的高密度化和金属化孔的小孔径化,加上数控钻孔的孔径有一定界限,现在许多新的钻孔技术已付实际应用。这些新的钻孔技术包括等离子体蚀孔、激光钻孔、微小孔径的冲孔、化学蚀孔等,这些钻孔技术比数控钻孔更容易满足卷带工艺的成孔要求。
1.数控钻孔
       双面柔性印制板中通的钻孔现在大部分仍然是用数控钻床钻孔,数控钻床与刚性印制板使用的数控钻床基本上相同,但钻孔的条件有所不同。由于柔性印制板很薄,能够把多片重叠钻孔,如果钻孔条件良好的话可以把10~15片重叠在一起进行钻孔。垫板和盖板可以使用纸基酚醛层压板或玻纤布环氧层压板,也完全可以使用厚0.2~0.4mm的铝板。柔性印制板所用钻头市场上有售,刚性印制板钻孔用的钻头及铣外形用的铣刀也可以用于柔性印制板。
       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。
2.冲孔
       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0.6~0.8mm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。
3.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,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。
       目前受激准分子激光加工的孔是最微细的。受激准分子激光是紫外线,直接破坏基底层树脂的结构,使树脂分子离散,产生的热量极小,所以可以把热对孔周围的损伤程度限制在最小范围内,孔壁光滑垂直。如果能把激光束进一步缩小的话就能够加工直径10~20um的孔。当然板厚孔径比越大,湿式镀铜也就越难。受激准分子激光技术钻孔的问题是高分子的分解会产生炭黑附着于孔壁,所以必须采取某些手段在电镀之前对表面进行清洗以除去炭黑。但是激光加工盲孔时,激光的均匀性也存在一定的问题,会产生竹子状残留物。
       受激准分子激光最大的难点就是钻孔速度慢,加工成本太高。所以只限于用在高精度、高可靠性微小孔的加工。
       冲击式二氧化碳激光一般是用二氧化碳气体为激光源,辐射的是红外线,与受激准分子激光因热效应而燃烧分解树脂分子不同,它属于热分解,加工的孔形状要比受激准子激光差得多,可以加工的孔径基本上是70~100um,但加工速度明显的比受激准分子激光速度快得多,钻孔的成本也低得多。即使如此,仍比下面所叙述的等离子体蚀孔法和化学蚀孔法加工成本高得多,特别单位面积孔数多时更是如此。
       冲击式二氧化碳激光要注意的是加工盲孔时,激光只能发射至铜箔表面,对表面的有机物完全不必去除,为了稳定清洗铜表面,应以化学蚀刻或等离子体蚀刻作为后处理。 从技术的可能性来考虑,激光钻孔工艺用于卷带工艺基本上没有什么困难,但考虑到工序的平衡及设备的投资所占的比例,它就不占优势,但带式芯片自动化焊接工艺(TAB,Tape Automated Bonding)宽度狭小,采用卷带工艺可以提高钻孔速度,在这方面已经有了实际的例子。
◇河北 张顺刚
(未完待续)

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