FPC基础知识培训教材课件.ppt

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1、第1页,FPC 基础知识-定义,定义：FPCFlexible Printed Circuit柔性电路板又称挠性电路板；简称软板，以聚脂薄膜或聚酰亚胺为基材，通过蚀刻在铜箔上形成线路而制成的一种具有高度可靠性，绝佳挠曲性的印刷电路。,什么叫FPC？,第2页,FPC 基础知识-产品特性,体积小、重量轻 满足高密度、小型化、轻量化、薄型化、高可靠方向发展的需要 高度挠曲性 在三维空间内任意移动和伸缩，从而达到元件装配和导线连接一体化,第3页,FPC 基础知识-产品用途,照相机、摄影机CD-ROM、DVD硬驱、笔记本电脑电话、手机打印机、传真机电视机医疗设备汽车电子航空航天及军工产品,第4页,FPC

2、基础知识-产品用途,第5页,FPC 基础知识-产品用途,第6页,第7页,第8页,第9页,软板的分类,按导体层数可分为单面板、双面板、多层板单面板：只有一面导体。双面板：有上下共两面导体，两层导体之间要建立电气连接必须通过一个桥梁导通孔（via）。导通孔是孔壁上镀铜的小洞，它可以与两面的导线相连接。多层板：含有三层或以上的导体，布线更精密。硬板的层数除了单面板，基本都是偶数层，如2层、4、6、8层等，很少有奇数层，主要是因为奇数层叠构不对称，容易板翘。而软板则不同，不存在板翘的问题，所以3层、5层等都很常见。,第10页,FPC 基础知识-构成示意图,一、单面板,覆盖膜(Coverlay),基材(

3、Base material),第11页,FPC 基础知识-构成示意图,二、双面板,覆盖膜(Coverlay),覆盖膜(Coverlay),基材(Base material),第12页,铜箔分类,铜箔分为电解铜和压延铜电解铜，又叫ED铜，英文全称：Electro-Deposited copper压延铜，又叫RA铜，英文全称：Rolled Annealed copper二者的对比：压延铜 电解铜成本 高 低挠折性 好 差纯度 99.9%99.8%微观结构 片状 柱状所以动态弯折的应用必须要用压延铜，比如折叠、滑盖手机的连接板，数码相机的伸缩部位的连接板。而电解铜除了价格优势外，还有因其柱状结构，更

4、适合微细线路的制作。,第13页,铜箔制作,电解铜顾名思义就是通过电解的方法使电解液中的铜离子转化成铜单质，而形成的铜箔。压延铜就是通过碾压铜胚而形成的铜箔。,第14页,铜箔(copper foil),软板的基铜厚一般常用的有1/3OZ，0.5OZ,1OZ等厚度规格。非常规的铜厚有1/4OZ,3/4OZ和2OZ等。1OZ约35umOZ(中文名：盎司)，实际上是重量单位，等于1/16磅，约28.35克而在电路板行业里面，是把1OZ重量的铜平铺在一平方英尺的面积内对应的厚度定义为1OZ。所以客人有时要求铜是28.35克，我们第一时间就要想到这是要求1OZ的铜。,第15页,PI膜（聚酰亚胺）,如前面的

5、结构图，在基材和覆盖膜中都有一层起电气绝缘作用的薄膜polyimide，简称PI膜，中文名称：聚酰亚胺。客人有时会提到材质Kapton，其实也就是PI，只不过这是特指美国杜邦公司的PI，Kapton是杜邦公司为其生产的PI注册的商品名。FPC中一般常用的规格是：0.5mil 0.8mil 1mil 2milsMil(密耳）是一长度单位，等于25.4um。电路板常用的单位及其换算：英尺（foot)简写为英寸（inch)简写为”1=12”1mm=1000um1”=1000mil 1u”=0.0254um 1mm=39.4mil 1um=39.4u”,第16页,PET膜（聚酯）,在FPC的定义中，我

6、们还提到了一种物质聚酯。英文名Polyester，简称PET。它与PI在软板中的作用是一样的，起机械支撑和电气绝缘作用。客人有时会提到一种材质Mylar，其实也就是PET，只不过这是特指美国杜邦公司(Dupont)的PET，Mylar是杜邦公司为其生产的PET注册的商品名。与PI相比，PET的价格要便宜很多，但是它的尺寸稳定性不好，耐温性也较差，不适合SMT贴装或波峰焊接。一般只用于插拔的连接排线。,第17页,FCCL(柔性覆铜板）,FCCLFlexible Copper Clad Laminate,柔性覆铜板，就是我们常说的柔性基材。柔性基材又可分为带胶基材和无胶基材。带胶基材:adhesi

7、ve-coated laminate,成本低，应用广。长期工作温度约105。无胶基材:adhesiveless laminate,成本高，柔韧性好，尺寸稳定性高,Tg在200以上。长期工作温度可达130。,第18页,FCCL(柔性覆铜板）,第19页,常规基材配置,第20页,FPC 基础知识-加工流程,一、单面板流程,下料(Cutting),贴膜(Dry film),钻孔(Drilling),曝光(Exposure),显影(Developing),蚀刻(Etching),剥膜(Stripping),第21页,FPC 基础知识-加工流程,补强(stiffener),表面处理(finish),层压(

8、Laminating),出货(Delivery),包装(Packing),叠层(Lay up),层压(Laminating),丝印(Silkscreen),冲裁(Punching),第22页,FPC 基础知识-加工流程,二、双面板流程,下料(Cutting),贴膜(Dry film),钻孔(Drilling),曝光(Exposure),显影(Developing),蚀刻(Etching),剥膜(Stripping),沉铜(Immersion copper),镀铜(Plating copper),与单面板的不同之处,第23页,FPC 基础知识-加工流程,补强(stiffener),表面处理(fi

9、nish),层压(Laminating),出货(Delivery),包装(Packing),叠层(Lay up),层压(Laminating),丝印(Silkscreen),冲裁(Punching),第24页,下料(cutting),由于买回来的材料（基材、覆盖膜）一般都是卷装的，幅宽250mm，长度100米。而生产板的长度一般不超过300mm，所以就需要将长料用人工或机器裁成小块,即生产板，工作板。,第25页,钻孔(drilling),在基材、覆盖膜或补强板上按要求钻出一定大小和数量的圆孔或槽孔。注意：方形孔或其它不规则形状的孔无法用钻孔实现，需要用钢模冲制或激光切割。,第26页,沉铜(Cu

10、 Immersion),一种自身的催化氧化还原反应。在沉铜过程中CU2+离子得到电子还原为金属铜，沉积在表面和孔壁上。沉铜的厚度有限，约0.5-2um.主要是在孔壁上形成一层薄薄的铜，为后续的电镀铜提供电流通路。,第27页,电镀铜(copper plating),由于之前的沉铜厚度只有0.5-2um，太薄了，可靠性不足，所以需要继续通过电镀铜加厚，厚度可达12-30um。,第28页,贴干膜(dry film lamination),将干膜（光致抗蚀膜）通过一定的压力、温度粘贴于基材上。注意事项：温度、压力、速度,第29页,曝光(exposure),利用光感应方式，将曝光光源通过制品线路形状的菲

11、林（胶片），照射到干膜上，使之感光。被光射到的干膜形成保护层，未被光射到的感光膜不会形成保护层，在显影工序会被显影掉，露出待蚀刻的铜。,怎么回事呢？,第30页,曝光示意图,曝光菲林（胶片）,曝光光源,曝光工程,铜箔,基板胶片,干膜,第31页,显影,铜箔,基板胶片,干膜,显影(developing),用显影液(碳酸钠)将未被光射到的干膜洗去，以露出待蚀刻或电镀或其他处理的铜面。注意事项：了解需使用化学药品的性质，并小心操作。,第32页,蚀刻(etching),蚀刻,铜 箔,基板胶片,干膜,将显影后产品上无干膜覆盖的铜箔蚀刻掉，以形成所需的线路。注意事项：了解需使用化学药品的性质，并小心操作。,第

12、33页,剥膜(stripping),剥膜,铜箔,基板胶片,将蚀刻后剩下的干膜剥离，直接露出来的铜即为所需的线路。注意事项：了解需使用化学药品的性质，并小心操作。,第34页,阻焊又称防焊，solder mask阻焊的作用：表面绝缘 保护线路，防止线路伤痕 防止导电性异物掉入线路中引起短路阻焊材质有两种：油墨和覆盖膜用于做阻焊的油墨，一般都是感光型的，称为液态感光油墨，Liquid Photo-Imageable,简称LPI。一般有绿色，黑色，白色，红色，黄色，蓝色等。覆盖膜，coverlay，一般有黄色（有的叫琥珀色，Amber),黑色和白色。黑色的遮光性好，白色的反光率高，可以代替白色油墨用于

13、背光源软板。,阻焊,第35页,阻焊比较,软板既可以用油墨阻焊，也可以用覆盖膜阻焊，那么二者之间优劣对比如何呢？请见下表：,第36页,阻焊比较,从上表可以看出，覆盖膜的耐折性是要优于油墨，所以软板上需要弯折的部位都是用覆盖膜阻焊的。而油墨的对位精度高，焊盘密集的地方，如BGA位置，就需要油墨阻焊了。如下图，一个板子上针对不同的部位的特点可以采用不同的阻焊材质。,第37页,首先，用钻孔或模冲或激光切割方式将覆盖膜上的开窗成型，操作人员再手工将覆盖膜按照焊盘位置叠在基材上，然后再借助压机的高温、高压将胶溶化使覆盖膜与铜线完全贴合，粘性更牢固。,覆盖膜流程,铜箔,基板胶片,覆盖膜,第38页,表面处理的

14、作用：防止铜面氧化、提供焊接或邦定层。一般有以下几种表面处理方式。防氧化(OSP:Organic solderability preservatives)镀镍金（Plating Ni/Au)沉镍金（ENIG:Electroless Nickel Immersion Gold)镀锡（Plating Sn/Tin)沉锡(Immersion Sn/Tin)沉银(Immersion Ag)成本比较：镀镍金（沉镍金）沉银镀锡（沉锡）防氧化,表面处理(surface finish),第39页,镀金按厚度分又可分为薄金和厚金，一般4u”(0.1um)以下的称为 薄金，以上的称为厚金。化金只能化薄金，不能做厚

15、金，只有镀金才既可以做薄金又可以做厚金，软板的厚金最多可以做到40u”以上。厚金主要用于邦定或有耐磨要求的工作环境。镀金按类型分可分为软金(soft gold)和硬金(hard gold)，软金就是 普通的纯金，硬金就是含钴(cobalt)的金,正是因为添加了钴这种元素，使得金层的硬度大大增加，超过150HV，以达到耐磨要求。,Au/Ni 类别,第40页,表面处理规格,表面处理规格(specification for surface finish)ENIG:0.05-0.1umFlash gold:0.05-0.1umPlating gold:0.1-1umHardness of platin

16、g hard gold:over 150HV.Immersion Ag:0.07-0.2um.Immersion Tin:0.3-1.2umPlating Tin:4-20umOSP:0.2-0.5um,第41页,双面胶,与硬板不同，由于软板不像硬板有刚性和机械强度，所以不可能像硬板一样通过螺钉或插入卡槽就能很好地固定。要使软板在组装后不晃动，一般就需要用双面胶将其固定在组件上。另外，双面胶也可用于将补强板贴合在软板上。软板用的双面胶，简称DST(Double Side Tape),又叫压敏胶PSA(Pressure Sensitive Adhesive).可分为普通胶、耐高温胶，导电胶、导热

17、胶。普通胶常用的有3M467,3M468 导电胶常用的有3M9703,3M9713 导热胶常用的有3M8805,3M9882 耐高温胶，是指能短期承受SMT高温的胶，用于需要SMT贴装的板子，常用的有3M966 3M9460 3M9077 3M9079 TESA8853等。,第42页,双面胶,第43页,热固胶,软板中起粘接作用的胶除了前面提到的压敏胶，还有一种热固胶。热固胶，TSA（ThermoSetting Adhesive)，是需要在高温高压下固化起到粘接作用。常规的热固胶厚度是12.5um，25um。热固胶也分普通的和导电的。压敏胶与热固胶对比如下表：,第44页,补强板,软板在具有轻型、

18、薄型、柔性性的同时，也失去了刚性的性能，那么为了使产品指定部位增加一定的厚度和刚性，以便于客户的后续安装或装配，我们就需要在这些位置贴上一块刚性的板材，即补强板。补强板，英文：stiffener,reinforcement,backing。,第45页,补强板的种类,补强板的种类有如下几种：不锈钢片（SS：Stainless Steel)，有的客人图纸上标注是SUS，实际上这就是钢片补强，SUS是钢片的常用型号。铝片（AL:Aluminum)FR4 聚酰亚胺(PI)Polyimide 聚酯(PET)Polyester,第46页,补强板的种类,第47页,电磁干扰(EMI),电磁干扰是普遍存在的，E

19、MI：electro-magnetic interference尤其是高频电路中，要保证信号的完整不失真，就必须对电磁进行屏蔽。用于软板电磁屏蔽的材质主要有银浆和银浆膜。银浆就是里面充满了金属银颗粒和树脂的一种浆状物质。英文：silver ink,它可以像硬板中丝印油墨一样印在软板上，再烘烤固化即可。为防止银浆在空气中氧化，一般还会在银浆上印一层油墨或压一层保护膜作保护。,第48页,银浆膜,银浆膜(silver film,shielding film)是用的最多的，主要是因为一来它可以做到很薄，极大地保证软板的柔软性，二来它比银浆要操作方便。,第49页,银浆膜的构造,第50页,电测试(elec

20、trical test),使用电检仪器将制品完全通电，以检测制品线路是否有开路、短路等严重不良。一般打样阶段，数量较少，为了节省开测试架的费用，采用飞针(flying probe)测试，但是飞针测试比较复杂，测试时间长，效率低，所以量产时都是采用测试架(fixture,jig)进行测试的。电气检查中可发现的不良有：open short 项目 开路 短路 电检注意不良：电检探针造成的表面处理部打痕,第51页,成型（shape),软板的成型方式主要两种：模冲和激光切割。模冲，punching,利用模具冲头冲制出FPC的形状，将整张产品按图纸加工成型。激光切割，laser cutting.二者的对比

21、如下表：,第52页,模具,常用的模具分为刀模和钢模，刀模精度低，成型公差约+/-0.3mm,钢模精度高，普通钢模约+/-0.1mm，精密钢模可达到+/-0.05mm，当然钢模的价钱是刀模的好几倍甚至几十倍。刀模又叫软模(soft tool),钢模又叫硬模(hard tool)。,第53页,最终检查(final inspection),根据检查标准对单个的成品进行全面的检查检查方式根据制品不同要求有：目视检查 显微镜（最小10倍数）检查主要检查外观，包括划痕、压伤、折皱、氧化、起泡、阻焊偏位、钻孔偏位、线路缺口、残铜、外来异物等等。,第54页,包装(packing),将合格的成品根据不同的包装要

22、求包装成袋，装箱后即可出货。包装其实也是有很多种的，普通包装，防静电包装（ESD packing),真空包装(vacuum packing)，托盘包装(tray)。一般客人若无特别要求，空板都是采用普通包装，PCBA都是托盘包装。,第55页,特种板,这里再简单介绍三种特殊类型的板子：镂空板、分层板和软硬结合板。镂空板(bare-back board)，结构如下，它是用一层纯铜箔作基材，两面贴保护膜，两面的保护膜都分别开窗，这样就产生了一层铜两面可导通的奇特板型。它比普通单面板价格要高。,第56页,分层板,两层或以上的软板都可以设计层分层板，具体依客人要求。分层板，顾名思义，就是层与层之间没有粘

23、接，相互分离的意思。分层的部位，我们叫air gap.分层板一般用于动态弯折次数要求极高的领域。,第57页,软硬结合板,软硬结合板(rigid-flex)，是刚性与柔性相结合的板子，既具有硬板的刚性，又具有软板的柔性。,第58页,软硬结合板,软硬结合板与贴补强软板的区别。二者的结构都是软板材料与硬板材料通过胶层结合在一起的，所不同的是软硬结合板在硬板材料上有布线，软板上的走线与硬板走线之间通过via相互导通，而贴补强的软板，其上的硬板材料上一般都是没有任何走线，哪怕是PAD。软板与硬板间只有机械连接，并无电气连接。当然有些比较特别的补强上会有些PAD或光学点，但这些PAD与软板上的走线是没有电气连接的。这种特殊的软板带补强价格仍旧比软硬结合板低很多。,第59页,制程能力(capability),第60页,制程能力(capability),第61页,板材供应商,