高密度挠性印制电路基材和制作方法

　　挠性电路的基本材料包括有基底材料、导体和覆盖层，基底材料和导体通常是压合成覆铜箔层压板。下面将介绍几种重要的用于HDI挠性电路的材料。

　　1、导体材料

　　要达到HDI的挠性电路的主要方法之一是通过使用薄的、精细颗粒的以及低型面铜箔，常规挠性电路用的标准铜箔一直是压延铜箔(RA)，通常的厚度是1oz(35μm)，对于普通密度的图形，1oz RA铜箔可以提供合适的性能，可是对于HDI的应用，多数的制造商是采用1/2oz(18μm)甚至是1/3oz(12μm)的RA铜箔。压延铜箔的成本是随着其厚度变薄而升高，厚度薄、蚀刻速度快的铜箔其成本就高。毫无疑问，1/2oz的金属箔层压板将成为HDI应用的标准材料，1/3oz铜箔的应用将会增加。将来，RA铜的厚度可以低于10μm ，可以制作成载体铜箔，但是，工艺和材料成本将会大幅度提高。

　　另一个替代品是精细颗粒的低型面电解铜箔(ED) 的应用，目前提供的新型ED铜箔(常称做动态挠曲ED 铜箔，或DFED)在挠曲性能上与RA铜箔相同，有的甚至超过RA铜箔，再加上其成本较低的优点。精细颗粒铜箔通常能够提供快速、易于控制的蚀刻速度以及导线的壁较直。使用这种新型的铜箔就能迎合大批量HDI应用所需的高密度及成本控制的要求。

　　溅射和电镀技术可以达到5μm厚的导体层，该技术可用于加成法和半加成法，可制作节距为10μm的超精细的挠性载板。溅射和电镀技术可形成铜、镍或金导体层，目前已经开发出电镀槽和电镀药水。

　　2、基材

　　PI膜是传统FPC的基材和保护膜的核心材料，为了满足HDI挠性电路性能的需求，未来会有一些新的材料介入，下面介绍三种用于HDI挠性电路的材料：高性能的PI膜、无胶基材、采用涂布工艺的液态PI树脂。

　　2.1 高性能的PI膜

　　Pl膜因其具有耐高温的性能，如焊接和线邦定，在挠性电路中得到了广泛的应用，其中Kapton H和Apical AV膜在挠性电路中已经有很长时间的应用，这二种材料具有较好的性能，是传统FPC的主要应用材料。然而在HDI挠性电路中，这些材料的应用受到了限制，其性能难以满足要求。其中尺寸稳定性是最大的问题，Kapton H和 Apical AV膜的CTE大于 30 ppm，这对于HDI挠性电路是无法接受的。高的吸湿性是另一个较大的问题，高吸湿性在高温过程中会引起许多问题。HDI挠性电路需要高性能的PI膜(表3)

　　上世纪八十年代，Ube开发了一种高性能的PI膜-U-pilex S，与Kapton相比，它具有高的耐热性、较大的尺寸稳定性和低的吸湿性。但对于大尺寸的FPC，该材料刚性较大而不适合。U-pilex有较佳的耐化学性，在TAB中有较多的应用，因TAB需高的尺寸稳定性和高的耐温性能，且其尺寸较小和不需要高的弯曲性能。

　　目前材料生产商开发了多种商品化的高性能PI膜，DuPont 和TDCT(Toray-DuPont)开发的新的PI膜，如Kapton K, E, EN等，具有高的尺寸稳定性和低的吸湿性；Kaneka开发了Apical NP 和 HP，具有高的尺寸稳定性和低的吸湿性；Ube商品化了新的PI膜Upicel系列，在U-pilex的基础上增加了连接性能；Mitsui chemical开发了热塑性PI树脂(TPI)，用于无胶基材中。市场的竞争推动了材料的发展，这些材料在今后十年的HDI挠性电路中会占据主导地位。

　　HDI挠性电路中，除了PI膜外，还有其它的材料也在开发中，但到目前为止，在FPC或TAB中成功的应用不多。

　　表3 高性能的PI膜

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　　2.2 液态PI(感光)

　　一些新的HDI应用对基材有更高的要求，目前的PI膜是无法满足的。为了达到要求，电路生产商自己制作PI基材，有时从聚酰亚胺低聚体的合成开始研制。Nitto Denko和Toray开发了几款液态聚酰亚胺树脂作为HDI FPC的基材，其中有的是感光的液态聚酰亚胺树脂，作为绝缘层和保护膜。与PI膜相比，材料成本相当高。为了降低成本和开发新的功能，材料生产商继续开发新的技术。

　　2.3 无胶材料

　　目前挠性基板材料分为粘结剂型的3L-FCCL及无粘结剂型的2L-FCCL，其主要应用区别在于2L-FCCL 因无粘结剂的存在，具有高尺寸安定、高挠曲及薄型等之特性，可适用于高密度挠性板的线路制作， 一般在要求100μm间距以下的线路需求时， 2L-FCCL占有应用优势，因此在一些高阶手机、IC构装及HDD产品中，有很大一部份使用2L-FCCL作为基板材料。

　　在HDI挠性板应用中电路设计者越来越多地使用无粘结剂型的材料，各种无胶基材由于制作方法不同可以分为3种类型：

　　1) 溅镀法/电镀法

　　以PI膜为基材，利用真空溅镀(Sputtering)在PI膜镀上一层金属层后，再以电镀法(Electroplating), 使铜厚度增加。此法优势是能生产超薄的无胶挠性板基材，另外还可生产双面不同厚度的挠性板。它的缺点是PI基材的厚度无法控制，须完全依赖PI膜供应商的现有商品来生产,另外它在生产设备的投资上,因须同时具备高真空及连续溅镀设备，投资成本相当高昂。以此法所制作的典型商品结构，PI厚度为25μm~50μm，铜厚度由4μm~35μm，变化较多，目前主要的制造公司为3M、1BM、Sumitomo Mining、三井化学、东洋金属等。

　　2) 涂布法

　　是将PI的前驱体溶液-聚酰胺酸(Polyamic Aaid, PAA)先以连续涂布方式涂布于铜箔基材上，再以连续式的高温烘烤方式将PAA在高温硬化中转化成具有高性能的PI，如此来制造挠性基板。此法的优点是设备投资较少，自动连续式生产速度快，缺点则是在于无法制造出薄铜的挠性基板，因当铜箔基材厚度降到12μm以下时，因铜箔操作处理的问题(易产生折皱)，将导致制造基板的良率下降。目前较常见的铜箔度为18或35μm，PI涂布之厚度在12~25μm间，除非制造技术再进一步得到提高，在薄铜细线化的挠性板制造，此法将面临重大的挑战，目前主要的制造公司为Nippon Steel, Sony Chemicals。

　　3) 热压法

　　开发一种热塑型的PI(Thermoplatic Polyimide, TPI)，此种TPI与一般PI特性最大的不同，是在于TPI可于300℃以上的温度时藉由压力的配合而产生融熔现象与铜箔表面产生良好粘结，这样PI本身兼具基材与粘结剂的角色。有人考虑到TPI本身因具有粘结功能，将降低其耐热及尺寸安定性，于是将TPI先涂布在一较具刚性之PI膜上后，再与铜箔压合而成基板，如此将可克服问题。因基材及担任粘结剂角色的TPI都属PI系列，而仍然视其为无粘结剂型挠性基板。以法的优点是制程良率高，设备投资低，缺点在于制程较复杂，多了一道压合制程，同时考虑使用PI基材的缘故，将使基材厚度无法下降。目前主要制造公司为宇部兴产(Ube)。

　　2.4覆盖层

　　覆盖层是覆盖在挠性电路板表面上的绝缘保护层，它的作用是使挠性电路不受尘埃、潮气、化学药品的侵蚀及减少弯曲过程中应力的影响。特别是在较长时间的弯折期内具有较高的坚韧度，以使挠性电路发挥其重要的优势。但是在覆盖层选择上通常与基材相同的胶粘剂作覆盖层，如PET、PI膜。这种类型的材料具有良好的物理平衡特性，并具有较高的可靠性，尤其是适用于需高弯折性的动态挠性应用上。但是它的加工工艺比较复杂，且很难实现自动化制造。在生产高密度挠性板时，层压覆盖膜常常面临着为适应器件的安装需开窗口，窗口的尺寸精度靠机械加却受到很大的限制，无法满足0.50毫米以下的小节距的技术要求。第二个方面就是覆盖层胶粘剂的流动和开窗口对位的精度，即是进行加工时成本很高。有的消费类的电子产品为了节省加工成本于是采用涂覆阻焊油墨来取代覆盖膜，虽然也能起到保护导线的作用，然而它不具有良好的机械特性，更不适用动态挠性方面的应用，因此它的应用受到很大的限制。为此，为解决它于是出现液态感光型覆盖层，不但能顺利地解决加工精度问题，而成本降低，并简化了生产工艺。只要采用普通型标准的UV曝光机、水溶性显影液显影、然后加热进行后固化的工艺，省去了常规采用层压工序。目前已经研制与开发很多种新材料与新技术，有的已应用在批量生产上发挥了重要的作用。

　　当高密度图形和/或独特的电路结构不能使用覆盖膜作为其保护层时，目前有许多制造商转而使用液态感光的覆盖层(LPIC)。当电路中盘的尺寸小于4mils时，制造如此小的覆盖膜窗口是很困难的(更不用说对位的难度了)，此时LPICs就十分有用，因为有几种方法可以将它们涂覆到线路的表面，如网印、帘涂、辊涂以及喷涂等，涂层的厚度比覆盖膜的厚度要薄，可以达到5-10μm的厚度，具有可靠的挠曲和保护绝缘性能。更为重要的是，能够使用标准的电路制作工艺对LPICs进行图形转移，制作出对位精度高，解像度可以低于50μm。目前LPICs有较好的挠曲性能应用于半动态挠曲电路。