覆盖膜的加工-双面FPC制造工艺

柔性印制板制造工艺所特有的工艺之一就是覆盖层的加工工序。覆盖层的加工方法有覆盖膜、覆盖层的丝网漏印、光致涂覆层等三大类，最近又有了更新的技术，扩大了选择范围。
FPC覆盖膜的加工的加工分为三部分:
1．FPC覆盖膜
2．FPC覆盖层的丝网潺印
3．FPC光致涂覆层
    1．FPC覆盖膜
    覆盖膜是柔性印制板覆盖层应用最早使用最多的技术。是在与覆铜箔层压板基底膜相同薄膜上涂布与铜箔板相同的胶黏剂，使其成为半固化状态的黏结膜，由覆铜箔层压板制造厂销售供应。供货时，胶黏剂膜上贴有一层离型膜(或纸)，半固化状态的环氧树脂类胶黏剂在室温条件下会逐步固化，所以应低温冷藏保管，印制电路制造厂在使用之前应一直保存在5℃左右的冷藏库房内或者在使用之前由制造厂发送。一般材料制造厂保证3～4个月的使用期，如果在冷藏条件下可以使用6个月。丙烯酸类胶黏剂在室温条件下几乎不固化，即使不在冷藏条件下保管，存放半年以上仍可使用，当然这种胶黏剂的层压温度必须很高。
对于覆盖膜的加工一个最重要的问题是胶黏剂的流动性管理。材料制造厂在覆盖膜出厂之前，把胶黏剂的流动性调整在一个特定的范围，在适当的温度冷藏保管条件下，可以保证3～4个月的使用寿命，但在有效期内，胶黏剂的流动性并不是固定不变的，而是随着时间而逐步变小。一般刚出厂的覆盖膜由于胶黏剂流动性很大，在层压时，胶黏剂容易流出而污染端子部位和连接盘。到了使用寿命末期的胶黏剂，其流动性极小甚至没有，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。
    覆盖膜要进行开窗口加工，但从冷藏库取出以后不能立即进行加工，特别当环境温度高而温差大的时候，表面会凝结水珠，当基底膜是聚酰亚胺时，短时间内也会吸潮，对后工序会产生影响。所以一般卷状覆盖膜都是密封在聚乙烯塑料袋中，从冷藏库中取出后不应马上打开密封袋，而应在袋中放数小时，当温度达到室温后，才可以从密封袋中把覆盖膜取出进行加工。
    覆盖膜开窗口使用数控钻铣床或冲床，数控钻铣旋转速度不能太大，这样的运行费用高，大批量生产一般不采用这种方法。把带有离型纸的覆盖膜10～20张重叠在一起，用上下盖垫板固定后再进行加工。半固化的胶黏剂容易附着在钻头上，造成质量差。所以要对其进行比铜箔板钻孔时应更频繁地检验，并扫除钻孔时所产生的碎屑。用冲孔法加工覆盖膜的窗口时可用简易冲模，直径3mm以下的批量孔的加工使用冲模冲切。窗口的孔大时用冲模，中小批量的小孔用数控钻孔和冲模并用进行加工，覆盖膜的加工如图10-8所示。
    把已开好窗口孔的覆盖膜去掉离型膜后，贴在已蚀刻好电路的基板上，叠层之前，要对线路表面进行清洗处理，以去除表面污染和氧化。表面清洗用化学方法。去掉离型膜后的覆盖膜上有许许多多各种形状的孔，完全成了没有骨架的薄膜，特别难于操作，就是利用定位孔要与线路上的位置重叠对好也不是件容易的事。目前大批量生产各厂还是依靠人工来进行对位叠层，操作人员首先把覆盖膜窗口孔与线路图形的连接盘和端子进行准确定位，确认后进行临时固定。实际上如果柔性印制板或覆盖膜任何一方尺寸发生变化，就无法准确定位。如果条件允许可以把覆盖膜分割成若干片后，再进行叠片定位。如果强制把覆盖膜拉长进行对位，会造成膜更加不平整，使尺寸发生更大的变化，这是使制板产生皱折的重要原因。
暂时固定覆盖膜可使用电烙铁或做简易压合，这是完全依靠人工进行操作的工序，为了提高生产效率，各厂都想了不少办法。
    定好位的覆盖膜还要进行加热加压使胶黏剂完全固化与线路成为一体。这一工序的加热温度是160～200℃，时间为1．5～2h(一个循环时间)。为了提高生产效率有几种不同的方案，最常用的是用热压机。把临时固定好覆盖膜的印制板放入压机的热板之间，分段重叠，同时加热加压。加热方式有蒸汽、热媒体(油)、电加热等。蒸汽加热成本低，但温度基本上是160℃。电加热可以加热到300℃以上，但温度的分布不均匀。外部热源把硅油加热，以硅油为媒体方式进行加热可以达到200℃，而且温度分布均匀，最近使用这种加热方式的逐步多起来。考虑到使胶黏剂能充分填入到线路图形空隙采用真空压机是比较理想的，其设备价格高，压制周期稍长。但从合格率和生产效率方面来考虑还是合算的。引入真空压机的实例也在不断增加。
    层压叠板方式对于胶黏剂填充到线路间的状态和成品柔性印制板的耐弯曲性能都会有很大的影响。叠片材料有市售的通用品，考虑到批量生产的成本，各柔性板厂都自制叠片材料。根据柔性印制板的构造和所使用的材料，叠板用材料和结构也有所不同。
2．FPC覆盖层的丝网潺印
    漏印覆盖层比层压覆盖膜机械特性差，但材料费、加工费要低。使用最多的是不需要进行反复弯曲的民用产品和汽车上的柔性印制板。其工艺和使用的设备与刚性印制板阻焊膜的印刷基本相同，但所使用的油墨材料是完全不同的。要选用适合柔性印制板的油墨，市售的油墨中有UV固化型和热固化型，前者固化时间短、方便，但一般机械特性和耐性化学药品性能差。如果用于弯曲或苛刻的化学条件下有时会不妥，特别要避免用于化学镀金，因为镀液会从窗口的端部渗入到覆盖层下，严重的会造成覆盖层剥离。热固型油墨由于固化需要20～30min，所以连续固化的烘道也比较长，一般都使用间歇式烘箱。
3．FPC光致涂覆层
  光致涂覆层基本工艺与刚性印制板用的光致阻焊膜相同。使用的材料同样也是干膜型和液态油墨型。实际上阻焊干膜与液态油墨还是有所差别的，干膜型和液态型的涂布工艺虽然完全不同，但曝光及其以后的工序基本可以使用相同的装置。当然具体的工艺条件会有所不同。．干膜首先要进行贴膜，把全部线路图用干膜覆盖起来，普通的贴干膜法在线路之间容易有气泡残留，所以要用真空贴膜机。
    油墨型是采用丝网漏印或喷涂法把油墨涂布在线路图形上。丝网漏印是使用比较多的涂布方法，与刚性印制板工艺相同。但一次漏印涂布的油墨厚度比较薄，基本上是10～15um，由于线路的方．向性，一次印刷油墨厚薄不均匀，甚至出现跳印，为了提高可靠性，还应改变漏印方向后进行第二次漏印。喷涂法在印制板的工艺上还是比较新的技术，可以利用喷嘴调整喷涂厚度，而且调整范围也较广，涂布均匀，几乎没有涂布不到的部位，并且可以连续进行涂布，适用于大批量生产。
    丝网漏印使用的油墨有环氧树脂型和聚酰亚胺型，都是双组分，使用前与固化剂混合，根据需要加入溶剂调整黏度，印刷后需进行干燥，双面线路可以光涂布一面进行临时干燥后，反过来再涂布另一面并进行临时干燥，曝光、显影之后再进行干燥固化。
光致涂覆层的图形曝光需要有一定精度的定位机构，如果盘的大小是100um左右，覆盖层的位置精度至少是30～40弘m。如在图形曝光时所讨论的，装置的机械能力如果有保证，这种精度要求是可以达到的。但是柔性印制板在经过多道工艺加工处理后，由于其自身的尺寸产生伸缩或部分变形精度就很难达到较高的要求。
    显影工艺没有什么大的难题，精密图形要充分注意显影条件，显影液与抗蚀图形显影液一样都是碳酸钠水溶液，即使小批量生产也要避免与图形显影共用同一显影液。    为了使显影后的光致涂覆层树脂完全固化，还必须进行后固化。固化温度会因树脂不同，而有所不同，必须在烘箱中固化20～30min。
FPC表面电镀-双面FPC制造工艺
柔性印制板的电镀种类非常多，在本章仅介绍通用电镀。
1．FPC电镀
(1)FPC电镀的前处理  柔性印制板FPC经过涂覆盖层工艺后露出的铜导体表面可能会有胶黏剂或油墨污染，也还会有因高温工艺产生的氧化、变色，要想获得附着力良好的紧密镀层必须把导体表面的污染和氧化层去除，使导体表面清洁。但这些污染有的和铜导体结合十分牢固，用弱的清洗剂并不能完全去除，因此大多往往采用有一定强度的碱性研磨剂和抛刷并用进行处理，覆盖层胶黏剂大多都是环氧树脂类而耐碱性能差，这样就会导致粘接强度下降，虽然不会明显可见，但在FPC电镀工序，镀液就有可能会从覆盖层的边缘渗入，严重时会使覆盖层剥离。在最终焊接时出现焊锡钻人到覆盖层下面的现象。可以说前处理清洗工艺将对柔性印制板F{C的基本特性产生重大影响，必须对处理条件给予充分重视。
   
(2)FPC电镀的厚度  电镀时，电镀金属的沉积速度与电场强度有直接关系，电场强度又随线路图形的形状、电极的位置关系而变化，一般导线的线宽越细，端子部位的端子越尖，与电极的距离越近电场强度就越大，该部位的镀层就越厚。在与柔性印制板有关的用途中，在同一线路内许多导线宽度差别极大的情况存在这就更容易产生镀层厚度不均匀，为了预防这种情况的发生，可以在线路周围附设分流阴极图形，吸收分布在电镀图形上不均匀的电流，最大限度地保证所有部位上的镀层厚薄均匀。因此必须在电极的结构上下功夫。在这里提出一个折中方案，对于镀层厚度均匀性要求高的部位标准严格，对于其他部位的标准相对放松，例如熔融焊接的镀铅锡，金属线搭(焊)接的镀金层等的标准要高，而对于一般防腐之用的镀铅锡，其镀层厚度要求相对放松。
(3)FPC电镀的污迹、污垢  刚刚电镀好的镀层状态，特别是外观并没有什么问题，但不久之后有的表面出现污迹、污垢、变色等现象，特别是出厂检验时并未发现有什么异样，但待用户进行接收检查时，发现有外观问题。这是由于漂流不充分，镀层表面上有残留的镀液，经过一段时间慢慢地进行化学反应而引起的。特别是柔性印制板，由于柔软而不十分平整，其凹处易有各种溶液“积存?，而后会在该部位发生反应而变色，为了防止这种情况的发生不仅要进行充分漂流，而且还要进行充分干燥处理。可以通过高温的热老化试验确认是否漂流充分。
FPC表面电镀-双面FPC制造工艺
柔性印制板的电镀种类非常多，在本章仅介绍通用电镀。
2．FPC化学镀
    当要实施电镀的线路导体是孤立而不能作为电极时，就只能进行化学镀。一般化学镀使用的镀液都有强烈的化学作用，化学镀金工艺等就是典型的例子。化学镀金液就是pH值非常高的碱性水溶液。使用这种电镀工艺时，很容易发生镀液钻人覆盖层之下，特别是如果覆盖膜层压工序质量管理不严，粘接强度低下，更容易发生这种问题。
    置换反应的化学镀由于镀液的特性，更容易发生镀液钻入覆盖层下的现象，用这种工艺电镀很难得到理想的电镀条件。
FPC表面电镀-双面FPC制造工艺
柔性印制板的电镀种类非常多，在本章仅介绍通用电镀。
3．FPC热风整平
    热风整平原本是为刚性印制板PCB涂覆铅锡而开发出来的技术，由于这种技术简便，也被应用于柔性印制板FPC上。热风整平是把在制板直接垂直浸入熔融的铅锡槽中，多余的焊料用热风吹去。这种条件对柔性印制板FPC来说是十分苛刻的，如果对柔性印制板FPC不采取任何措施就无法浸入焊料中，必须把柔性印制板FPC夹到钛钢制成的丝网中间，再浸入熔融焊料中，当然事先也要对柔性印制板FPC的表面进行清洁处理和涂布助焊剂。由于热风整平工艺条件苛刻也容易发生焊料从覆盖层的端部钻到覆盖层之下的现象，特别是覆盖层和铜箔表面粘接强度低下时，更容易频繁发生这种现象。由于聚酰亚胺膜容易吸潮，采用热风整平工艺时，吸潮的水分会因急剧受热蒸发而引起覆盖层起泡甚至剥离，所以在进行FPC热风整平之前，必须进行干燥处理和防潮管理。
FPC外形和孔加工-双面FPC制造工艺
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。
一、FPC外形和孔加工的技术
    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。
二．FPC导向孔
    又称定位孔，一般孔的加工是独立的工序，但必须有和线路图形之间进行定位的导向孔。自动化工艺是利用CCD摄像机直接识别定位标记进行定位，但这种设备费用高，适用范围有限，一般不使用。现在使用最多的方法还是以柔性印制板铜箔上的定位标识为基准钻定位孔，这虽然不是新技术，但可以明显地提高精度和生产效率。
    为了提高冲切精度，使用精度高且碎屑少的冲孔法加工定位孔。
三、FPC冲切
    冲切是用事先备好的专用模具在油压冲床或曲柄冲床上进行孔和外形加工。现在模具多种多样，其他的工序有时也使用模具。
四、FPC铣切加工
    铣切加工的处理时间是以秒为单位，非常短，成本也低。制作模具不但价格高而且要有一定的周期，很难适应急件的试制和设计更改。数控铣切加工的数控数据如果和CAD数据一起提供就可以立即进行作业。每一个工件的铣切加工时间长短直接影响加工成本的高低，时间长加工成本也高，所以统调加工适用于价格高量少或试制时间短的产品。
FPC增强板的加工-双面FPC制造工艺
增强板是柔性印制板所特有的，其形态和所使用的材料也是多种多样的，现把一般所通用的步骤示于下图中。
胶黏剂一般都是膜状，二面用离型膜保护。把撕去一面离型膜的粘接膜贴于增强板上，然后进行外形和孔的加工，而后将其与柔性印制板用热辊层压法层压在一起。所用材料不同，形状的尺寸精度也不同。环氧玻布层压板和纸基酚醛层压板的刚性板可用数控钻铣床或模具加工外形和孔。聚酯和聚酰亚胺膜也可以用刀模进行简易外形加工，一般薄膜状增强板不需要加工微细孔，可用数控钻孔和模具加工。如果能在较短时间内进行处理或自动化，那么会降低制造成本。把增强板对好定位贴在已加工好外形和孔的柔性印制板上，这一工序很难实现自动化，而且所占加工费用中的比例大，由于这一作业不得不依靠人工进行，如果一片柔性印制板上需要多片不同材质的增强板，因而成本升高，相反如果设计简单或者使用易于操作的夹具，就会明显地提高生产效率，从而降低成本。各厂都为改善这一工艺而努力，但仍需要有一定生产技能的人员进行操作。

增强板的粘接有压敏型(PSA)和热固型，其加工所需要的人工也大不相同。使用压敏型非常简单，撕去压敏型上的离型膜，与柔性印制板上的位置重合对位之后，在短时间内就可以进行加压，甚至只要用手压下也可以。当需要一定的粘接强度时用简单的压机施加数秒的压力或通过热压辊就可以了。
    使用热固胶黏剂就不那么简单了。一般需要3～5MPa(30～50kg／cm。)的压力和1 60～1 80℃的高温，必须压制30～60min。为了不使柔性印制板受到应力影响，增强板部位的压力必须均匀，如果单纯地对增强板部位加压，增强板部位端部因受应力影响有可能造成断线，通常的做法如下图所示。

另外，两面都有离型膜的双面黏结膜，可以用来把柔性印制板  、与柔性印制板或柔性印制与刚性印制板黏合在一起，相当于刚性印制板所用的半固片，其加工固化工艺与增强板的层压工艺相同。
FPC检查-双面FPC制造工艺
柔性印制板FPC的检查项目很多，因为刚性印制板PCB仅是起电气连接作用，而柔性印制板FPC不仅具有与刚性印制板PCB这一功能完全相同的功能，还具有可折叠、弯曲运动的功能，故对这一机械性能也必须进行检查以保证质量。
目前对柔性印制板FPC多进行100％的检查。当然除了FPC断线短路必须检查并有检查设备外，用目视检查的其他项目也还很多。一般线路可以人工肉眼或用放大2～3倍的放大镜检查，但检查高密度线路应使用高倍显微镜。检验100μm左右的线路应用放大5～10倍的放大镜，50～100μm的线路用放大10～20倍的放大镜，50μm以下的线路应用放大20倍以上的立体显微镜进行检查。并不是显微镜的放大倍率越高越好，要能高效率的进行检查作业，视野广也是十分重要的。虽然是高倍率，没有电子图像放大功能也不能提高检查效率。
    用自动光学检查仪(AOI，Automatic Optical Inspection)检验柔性印制板的缺陷还仅停留在一部分的批量生产上。自动光学检查仪已开始用于卷带工艺，但是自动光学检查仪只能检查线路的缺陷，仅能部分地代替检验人员，而且柔性电路和通常的数字电路不同，常规的自动光学检查仪不能使用，还必须附加专用程序。对于急剧发展的微细化线路还难以适应。
    随着电路的高密度化，使用的显微镜倍率也会相应增大，每单位面积上的检查时间也要延长，柔性印制板检查所需要的工时比例不小，随着线路密度的进一步发展这个比例还会进一步增高。不良率下降，检查速度就会加快，但是线路的密度不断地向前发展，从检查的立场来看，精密图形线路的合格率不会有明显的提高。
    柔性印制板的所有检查项目并不是在最终的工序进行，特别是电路和覆盖的缺陷在工序中进行检验效果更好。现实是工序中的检查还不能完全取代最终检验，但对于提高整个生产的效率还是有一定效果的。
FPC包装-双面FPC制造工艺
对柔性印制板成品的包装也应格外注意，并不是随意而简单地把适当数量的柔性板叠在一起。由于柔性印制板结构复杂，稍受外力就容易损伤，因此包装柔性印制板必须格外小心。
常用的包装方法是把10～20片柔性印制板FPC叠在一起，用纸带把各部位卷好固定在硬纸板上，要避免使用胶带，因为胶带胶黏剂所含有的化学物质如果渗出容易引起端子氧化变色。基底膜是聚酰亚胺膜时由于容易吸潮，柔性印制板FPC应与硅胶等干燥剂一起装入聚乙烯袋中并密封袋口。然后将其和缓冲材料装入瓦楞纸箱。由于柔性印制板FPC形态独特，所以应根据不同的形态采用不同的包装方法。
有的是柔性印制板FPC在冲切外形之前，先将其贴在涂布有弱胶黏剂的聚酯托片上，再用刀模进行半切外形加工(嵌入式冲切)，就这样原封不动交给用户，用户可以把柔性印制板FPC取下来组装，也可以先进行组装，组装结束后再从聚酯托膜上取下来。这种方法只能用于小尺寸的产品上，这无论对柔性印制板FPC制造厂还是对用户都可以大幅度提高工序效率。
    最安全可靠的方法是使用专用托盘。首先应按品种配备好托盘，虽然管理比较麻烦，但质量有保证，使用方便，有利于用户装配。成本不高，用后可丢弃。