用Roll to Roll生产工艺研制FPC精细线路

　　摘 要: 随着电子技术的蓬勃发展，挠性印制电路板的线路节距正在不断减小。当常规设备批量生产线宽/线距为0.05mm/0.05mm的精细导线图形时，其合格率也并未因生产条件受到严格控制而得到提高。

　　本文结合实际阐述了具有自动化程度高、生产效率、合格率高的Roll to Roll生产工艺，并采用Roll to Roll生产工艺对精细线路进行了研制。

　　一、Roll to Roll生产工艺的出现

　　1898年，英国专利中首次在世界上提出了石蜡纸基板中制作扁平导体电路的发明，几年后，大发明家爱迪生也在实验记录中大胆地设想了在类似薄膜上印刷厚膜电路。然而直到20世纪70年代初，随着聚酰亚胺树脂合成的工业化，美国PCB业才率先将FPC工业商品化，使得其在军工电子产品中得到使用。随后，用于FPC制造的FCCL也伴同PI薄膜产品的发展走上先进规模的工业化道路，FPC的制造逐渐在各国PCB业迎来春天，以其轻、薄、短、小、结构灵活的特点牢牢吸引住了各类电子设备生产商的眼光。

　　随着FPC产品的广泛应用，产品对制作技术的要求日趋提高，片式生产技术已不能满足部分产品的技术需求，尤其是当常规设备批量生产线宽/线距为0.05mm/0.05mm的精细导线图形时，其合格率也并未因生产条件受到严格控制而得到提高。针对片式生产技术的费时费力、劳动强度大、生产率低、尺寸稳定性(受热、受湿)较难保证，以及对于制造高密度精细线宽/线距的FPC合格率不高，质量亦难保证，而开发的连续传送滚筒(Roll to Roll)生产工艺便成功地解决了上述问题。

　　20世纪80年代，世界上少数大型FPC生产厂家就开始建立了RTR生产线，由于当时所采用的工艺技术尚未成熟，使得RTR生产线上所生产的FPC产品合格率仍然很低。

　　90年代后期，日本、欧美的连续卷带法生产FPC在生产工艺、设备上都有了很大的进展。特别是21世纪初，RTR方式生产FPC的技术的发展更体现在了FPC产品制造宽度、高密度布线、孔加工方式、双面板制作上。

　　二、Roll to Roll生产工艺的特点

　　RTR技术是指挠性覆铜板通过成卷连续的方式进行FPC制作的工艺技术。采用Roll-to-Roll生产工艺，不仅能提高生产率，而更重要的是提高自动化程度。这种高自动化的生产明显地减少了人为操作和管理因素，受环境条件(温度、湿度洁净度等)影响变化小，因而具有更均匀一致而稳定的尺寸偏差，从而也易于进行修正和补偿，所以它具有更高的产品合格率、质量和可靠性。

　　三、Roll to Roll生产工艺的应用

　　我国由于FPC起步较晚，RTR制作技术应用较少。为了迎合FPC产品市场的需要，提升市场竞争力，国内挠性印制板生产企业也纷纷把目光投入RTR生产技术，开始进行“RTR挠性电路开发与应用”的研究。为达到高精细线路制作的高良品率和低成本化的工艺水平，我司也于2007年投入到Rol to Roll工艺生产挠性印制板的应用与研究中，旨在解决片式生产高精密线路开短路严重合格率低的问题，同时达到减少人力成本的目的。本文即通过本司在RTR方式生产FPC板的技术改造对“RTR　FPC开发与应用”进行阐述。

　　3.1 流程确定

　　RTR方式生产FPC的技术改造，首先应根据RTR设备的性能及企业实际生产的FPC产品类型和特点的需要确定整个流程如何分段，或显影、蚀刻、脱膜、后处理一体，或显影与蚀刻、脱膜、后处理分离。显影与蚀刻分离的作用，在于分离后显影线与蚀刻线可同时进行不同底铜厚度的FPC的生产，可独立调节显影线和蚀刻线的参数多样生产。考虑到我司1/2oz、1oz底铜使用量都很大的情况最终采用的是分段式(蚀刻与显影分开)双列250mm宽DES线。

　　3.2 RTR工艺生产FPC的研究

　　在确定对RTR如何分段后， RTR的定位方式、张力控制、传送控制和材料弯曲变形的防止四因素便成了关键。

　　上世纪80年代，RTR生产线所生产FPC产品的合格率低很大程度上也就正是因为这些技术尚未成熟完善。各工序中定位和张力、传送控制都与材料平整度的保持直接联系，不恰当的定位方式、传送参数以及放收卷时不适宜的张力都会引起材料的弯曲变形。为实现RTR生产工艺的优势，需对各工序的张力、传送等因素进行调整和严格的控制。以下通过线宽/线距为0.05mm/0.05mm的精细线路的研制分别介绍。

　　3.2.1 选材

　　高精细线路的制作中，制作方式非常重要，基材的选取也相当关键。根据以往在制作高精细线路时的经验，减成法制备精细线路时，底铜厚度越薄越易达到预想效果，制备出线宽损失小，蚀刻系数大，侧蚀程度小的线路。片式生产中当基材厚度较薄时，为防止在开料到压制前操作导致的褶皱，常规的方法是在基材上先贴背胶，而RTR设备生产则不存在这一问题无需背胶。

　　3.2.2 贴膜

　　贴膜是挠性印制板图形转移的第一步，贴膜品质直接影响整个图形转移的成败。高品质的贴膜不仅要杜绝因铜面和干膜的不洁引起的板面杂质，而且板面要求平整、无气泡、无皱折，干膜的附着力达标，密合度高。对于全自动卷式生产，贴膜工序各参数的控制就更为重要，稍有不慎，造成的浪费损失将是巨大的。

　　虽然RTR设备生产FPC不需背胶解决薄板的褶皱问题，但各工序中仍然要十分注意操作过程中的传送和张力控制防止材料的弯曲变形。贴膜工序中则重点控制好贴膜的压力、温度和卷材传送的速度，避免不当温度、传送速度造成的针孔、气泡和皱折，使得铜面干膜附着力高。

　　3.2.3 曝光

　　曝光是挠性印制板线路形成的开始。精确对位、曝光能量是曝光工序中需特别注意的因素，其中对位精度在RTR自动曝光流程中尤为重要，一旦对位出现偏差而进行返工，将造成整卷干膜等资源的浪费。

　　近年来，不断有空间对位方面的发明出现，在我们最新的RTR平行曝光机中就自带有寻边器感应卷材传送以及步距控制器调控对位精度，以确保曝光工序线路的形成。

　　3.2.4 DES

　　曝光完成后，挠性印制板的图形转移便进入湿流程阶段。卷式流程与片式流程的DES工序并没有太大的变化，主要区别在于卷式流程中由于薄基材未贴压背胶，卷材在DES的传送过程中传送滚轮将有可能在线路面上造成行轮印，影响导体的外观及性能。为避免行轮印问题的出现，可选择性地将DES线的传送滚轮替换成实心滚轮。

　　3.2.5 与片式生产工艺的比较

　　比较片式与卷式工艺生产0.05/0.05mm线宽/线距的结果。

　　RTR工艺生产的线路的线宽情况和蚀刻系数都与片式相当。然而尽管片式工艺生产0.05/0.05mm线路时严格控制生产条件，最优化工艺参数，其线路的开短路仍然大量存在，使得产品合格率不高，最佳批量生产合格率也只达75%。而采用RTR生产工艺时，由于其减少了人为操作和管理因素，受环境条件影响变化小，开短路问题得到了很好的控制，批量生产合格率达到了90%。

　　与片式生产工艺相比，RTR生产工艺优势不仅在于提高了合格率，还体现在大大提高了生产的自动化程度。从贴膜曝光到显影蚀刻脱膜，片式生产需12名操作人员，而RTR生产只需4人，大大的节省了劳动力。

　　3.3 线宽/线距为0.03mm/0.03mm的精细线路的研制

　　3.3.1 选材

　　众所周知，FCCL铜箔的厚度越薄，蚀刻后线条的侧蚀越小，尤其是在制备高精细线路时。比较了12μm和10μm两种厚度底铜的覆铜板在制备精细线路上的优劣，笔者最终选用底铜为10μm的2L FCCL作为研制线宽/线距为0.03mm/0.03mm的精细线路的基材。

　　精细线路的研制，所采用干膜的性能也相当关键。考虑到在实际运用中同系列干膜的厚度越薄其赋形性能解像能力越佳，在线宽/线距达到0.03mm/0.03mm精细线路的研制中将采用15μm厚度的杜邦干膜。

　　3.3.2 试制

　　在贴膜过程中，由于为提高解像度使用了15μm的干膜，其较常用干膜薄50%，故而对贴膜参数作了轻微调整，适量降低贴膜温度和压力，加快贴膜速度。曝光过程，经试验证明，对制作0.03mm线宽线距的精细导线时，最佳曝光级数为6级(21级曝光尺)。0.03mm的线宽无疑是对RTRDES线制程能力的重大挑战，故在DES过程中对显影蚀刻机的各参数调节应相当谨慎。本试制中，为达到预期的效果，对显影蚀刻机的运行速度与喷淋压力进行了严格的控制。

　　0.03mm/0.03mm线路的生产，确实很难由片式工艺逾越，而采用在合格率、受环境影响小等较优的RTR技术其结果亦不甚让人满意，线路的开短路虽不严重，但DES的蚀刻速度仍然过快，所得线路间距跟预期比过大。

　　四、结束语

　　目前国内采用减成法制作0.03mm/0.03mm线宽/线距精密线路仍然是PCB业界的技术难题。尽管如此，RTR生产工艺的出现大大提高了FPC的生产效率，保证了精细线宽/线距FPC的合格率，其不仅可应用于FPC的生产，也可应用于FPC后续的封装。

　　随着电子机械技术地不断发展，较精密较复杂的封装及检测仪器(如自动光学检测AOI、双向非平面软板锡膏印刷机)亦不断地被引入到RTR生产线中，日本的Epson等公司已然拥有从FPC基材形成到最终封装完毕的全RTR生产线。基于这些优点，RTR生产工艺的应用前景是相当广阔的。