Leiterplattentechnisch - FPC Technologie und Materialentwicklung und Technologietrends

FPC-Technologie bezieht sich auf Leiterplatten, die aus flexiblen Materialien durch Druck, Beschichtung und andere Prozesse hergestellt werden. Im Vergleich zu herkömmlichen starren Leiterplatten kann FPC innerhalb eines bestimmten Bereichs frei gebogen und gefaltet werden, wodurch es ideal für den Einsatz in elektronischen Geräten mit Platzbeschränkungen ist. Aufgrund der Vorteile des leichten, kleinen Formats, faltbar usw. ist FPC in allen Arten von elektronischen Produkten, wie Smartphones, Tablet-PCs, tragbaren Geräten und so weiter weit verbreitet.

Im Fall des traditionellen FPC wird der Kupferfolienleiter auf einer Basisfolie wie Polyimid befestigt, die mit einem Klebstoff wie Epoxidharz zwischengeschaltet ist, und dann wird die durch Ätzen gebildete Schaltung mit einer Schutzfolie bedeckt. Diese Struktur verwendet Klebstoffe wie Epoxidharz. Aufgrund der hohen mechanischen Zuverlässigkeit dieser Schichtzusammensetzung gehört sie auch heute noch zu den gängigen Standardstrukturen. Jedoch ist die Hitzebeständigkeit von Klebstoffen wie Epoxidharz oder Acrylharz niedriger als die von Polyimidharzmatrixfilm, so dass es zu einem Engpass wird, der die obere Grenze der Nutzungstemperatur des gesamten FPC (Bottle Neck) bestimmt.

In diesem Fall ist es notwendig, die FPC-Struktur des Bindemittels mit geringer Hitzebeständigkeit auszuschließen. Diese Konfiguration minimiert nicht nur die Dicke des gesamten FPC, verbessert die mechanischen Eigenschaften wie Biegefestigkeit erheblich, sondern erleichtert auch die Bildung von feinen Schaltungen oder mehrschichtigen Schaltungen. Klebstofffreie kupferplattierte Laminatmaterialien, die nur aus Polyimidschicht und Leiterschicht bestehen, wurden in der Praxis eingesetzt, was die Auswahl an Materialien erweitert, die für verschiedene Zwecke geeignet sind.

Es gibt auch FPCs mit einer doppelseitigen Durchgangslochstruktur oder einer mehrschichtigen Struktur in FPC. Die Grundstruktur der doppelseitigen Schaltung von FPC ist in etwa die gleiche wie die der starren Leiterplatte. Der Klebstoff wird zur Zwischenschichtverklebung verwendet. Der neue Hochleistungs-FPC schließt jedoch den Klebstoff aus und verwendet nur Polyimidharz, um die kupferplattierte Platte zu bilden. Es gibt viele Beispiele. Die Schichtzusammensetzung von FPC-Mehrschichtschaltungen ist viel komplizierter als die von gedruckten Leiterplatten. Sie werden Multilayer Rigid Flex oder Multilayer Flex genannt. Die Erhöhung der Anzahl der Schichten verringert die Flexibilität, und die Verringerung der Anzahl der Schichten im Teil zum Biegen oder die Beseitigung der Haftung zwischen den Schichten kann den Grad der mechanischen Bewegungsfreiheit erhöhen. Um mehrschichtige Starrflex-Platten herzustellen, sind viele Heizverfahren erforderlich, so dass die verwendeten Materialien eine hohe Hitzebeständigkeit aufweisen müssen. Der Einsatz von binderfreien kupferplattierten Laminaten nimmt zu.

FPC-Technologietrends

Mit der Diversifizierung der Anwendungen und Kompaktheit,FPC verwendet in elektronischen Geräten erfordern Schaltungen mit hoher Dichte sowie hohe Leistung im qualitativen Sinne. Jüngste Änderungen der FPc-Schaltungsdichte. Das subtraktive Verfahren (Ätzverfahren) kann verwendet werden, um eine einseitige Schaltung mit einer Leitersteigung von 30um oder weniger zu bilden, und eine doppelseitige Schaltung mit einer Leitersteigung von 50um oder weniger wurde ebenfalls in der Praxis angewendet. Der Durchgangslochdurchmesser zwischen Leiterschichten, die doppelseitige Schaltungen oder mehrschichtige Schaltungen verbinden, wird ebenfalls kleiner und kleiner, und jetzt haben Löcher mit Durchgangslochdurchmessern unter 100um den Massenproduktionsmaßstab erreicht.

Basierend auf dem Standpunkt der Fertigungstechnologie, der möglichen Fertigungsbereich von Schaltungen mit hoher Dichte. Entsprechend der Schaltungsposition und des Durchgangsdurchmessers werden Schaltungen mit hoher Dichte grob in drei Arten unterteilt: (1) traditionelles FPC; (2) hochdichtes FPC; (3) FPC mit ultrahoher Dichte.

In der traditionellen subtraktiven Methode wurde FPC mit einer Neigung von 150um und einem Durchgangslochdurchmesser von 15um in Massenproduktion hergestellt. Aufgrund der Verbesserung von Materialien oder Verarbeitungsausrüstung kann eine Schaltung von 30um auch in der subtraktiven Methode verarbeitet werden. Darüber hinaus kann durch die Einführung von Verfahren wie CO2-Laser oder chemisches Ätzen eine Massenproduktion und Verarbeitung von Durchgangslöchern mit einem Durchmesser von 50um erreicht werden, und die meisten der derzeit massenproduzierten hochdichten FPCs werden durch diese Technologien verarbeitet.

Wenn die Teilung jedoch kleiner als 25um und der Durchgangslochdurchmesser kleiner als 50um ist, selbst wenn die traditionelle Technologie verbessert wird, ist es schwierig, die Ausbeuterate zu erhöhen, und neue Prozesse oder neue Materialien müssen eingeführt werden. Es gibt verschiedene Verarbeitungsmethoden für das vorgeschlagene Verfahren, aber das semiadditive Verfahren mit der Elektroformtechnik (Sputtering) ist das geeignetste Verfahren. Nicht nur der Grundprozess ist anders, sondern auch die verwendeten Materialien und Hilfsstoffe sind unterschiedlich.

Andererseits erfordert die Weiterentwicklung der FPC-Fügetechnologie eine höhere Zuverlässigkeitsleistung von FPC. Mit der hohen Dichte der Schaltungen hat die Leistung von FPC diversifizierte und Hochleistungsanforderungen vorgebracht. Diese Leistungsanforderungen hängen in hohem Maße von der Schaltungstechnik oder den verwendeten Materialien ab.

Die grundlegenden Bestandteile von FPC

Flexible Printed Circuit Board (FPC) Grundzusammensetzung

1.Substrat

Das Substrat einer flexiblen Leiterplatte besteht hauptsächlich aus Polyimid (PI) oder Polyesterfolie (PET), die die strukturelle Grundlage der Leiterplatte bildet. Polyimid hat ausgezeichnete Hochtemperaturbeständigkeit und Biegeeigenschaften, was es zum Material der Wahl für viele Anwendungen macht. Polyesterfolie hingegen ist relativ wirtschaftlich, aber nicht so gut wie PI in Bezug auf Flexibilität und hohe Temperaturbeständigkeit.

2.Leitfähige Schicht

Die leitfähige Schicht besteht hauptsächlich aus Kupferfolie und ist für die Übertragung elektronischer Signale verantwortlich. Die Oberflächenbehandlung von Kupferfolie kann ihre Bindungseigenschaften beeinflussen, beispielsweise durch die Bildung von Galvanik mit einer glänzenden oder nicht glänzenden Oberfläche, diese Eigenschaften beeinflussen direkt die Zuverlässigkeit und Leistung der Linie.

3.Isolierschicht

Die Isolierschicht besteht normalerweise aus Polyester- oder Polyimidfolie, und ihre Hauptfunktion besteht darin, die leitfähige Schicht zu isolieren und zu schützen. Die Isolierschicht sorgt nicht nur für eine elektrische Trennung zwischen verschiedenen Schaltkreisen, sondern verhindert auch, dass Feuchtigkeit und Staub die Schaltkreise beeinflussen und hat eine wichtige Schutzfunktion bei der Mehrschichtkonstruktion.

4.Deckfolie

Abdeckfolie wird verwendet, um die Oberfläche der flexiblen Leiterplatte zu schützen, ist eine wichtige Komponente der gemeinsamen Dicke von 1 mil und 1/2 mil two. Diese Folie erhöht die Haltbarkeit des Schaltkreises und bietet zusätzlichen Isolationsschutz, um die Auswirkungen externer Umweltfaktoren zu reduzieren.

5.Bindemittel

Die Rolle des Klebstoffs besteht darin, eine Verbindung zwischen der Isolierschicht und der leitfähigen Schicht herzustellen. Es wird nicht nur zum Verkleben von Isolierfolien mit leitfähigen Materialien verwendet, sondern auch als Deckschicht, um Schutz und Isolierung zu bieten. Klebstoffe werden in der Regel durch Siebdruckverfahren überzogen.

6.Sonstige Elemente

Darüber hinaus können flexible Leiterplatten auch Verstärkungsplatten enthalten, um ihre mechanische Festigkeit zu erhöhen und ihren Einsatz in der Praxis zu erleichtern. Verstärkungsplatten befinden sich normalerweise zwischen anderen Materialien, um zusätzliche Unterstützung zu bieten.

Laminate

Viele FPC-Hersteller kaufen oft Laminate in Form eines Laminats und verwenden die Laminate dann als Ausgangsmaterial, um sie zu FPC-Produkten zu verarbeiten. FPC-Laminate oder Schutzfolien (Overlay-Folien) mit Polyimid-Folien der ersten Generation werden aus Klebstoffen wie Epoxid- oder Acrylharzen hergestellt. Die Hitzebeständigkeit der hier verwendeten Klebstoffe ist niedriger als die von Polyimid, und die Hitzebeständigkeit oder andere physikalische Eigenschaften des FPC sind begrenzt.

Um die Mängel von kupferplattierten Laminaten unter Verwendung herkömmlicher Klebstoffe zu vermeiden, verwenden Hochleistungs-FPCs einschließlich hochdichter Schaltkreise klebefreie kupferplattierte Laminate. Bisher gab es viele Herstellungsmethoden, aber nun stehen folgende drei Methoden für den praktischen Einsatz zur Verfügung:

1) Gießverfahren

Das Gießverfahren basiert auf Kupferfolie als Ausgangsmaterial. Flüssiges Polyimidharz direkt auf die oberflächenaktivierte Kupferfolie auftragen und zu einem Film wärmebehandeln. Das hier verwendete Polyimidharz muss eine ausgezeichnete Haftung auf Kupferfolie und eine ausgezeichnete Dimensionsstabilität aufweisen, aber es gibt kein Polyimidharz, das diese beiden Anforderungen erfüllen kann. Beschichten Sie zuerst eine dünne Schicht Polyimidharz (Klebeschicht) mit guter Haftung auf der Oberfläche der aktivierten Kupferfolie und beschichten Sie dann eine bestimmte Dicke Polyimidharz mit guter Dimensionsstabilität auf der Haftschicht (Kernschicht). Aufgrund der Unterschiede in den thermisch-physikalischen Eigenschaften dieser Polyimidharze treten beim Ätzen der Kupferfolie große Gruben im Basisfilm auf. Um dieses Phänomen zu verhindern, wird die Kernschicht mit einer Klebeschicht beschichtet, um eine gute Symmetrie der Basisschicht zu erhalten.

Um eine doppelseitige kupferplattierte Platte herzustellen, verwendet die Klebeschicht ein thermoplastisches (Hot Melt)-Polyimidharz, und dann wird ein Heißpressverfahren verwendet, um die Kupferfolie auf der Klebeschicht zu laminieren.

2) Sputtern/Beschichten

Ausgangsmaterial des Sputterprozesses ist eine hitzebeständige Folie mit guter Dimensionsstabilität. Der erste Schritt besteht darin, mittels eines Sputterverfahrens eine Aussaatschicht auf der Oberfläche des aktivierten Polyimidfilms zu bilden. Diese Aussaatschicht kann die Haftfestigkeit zur Leitergrundschicht sicherstellen und übernimmt gleichzeitig die Rolle der Leiterschicht für die Galvanik. Normalerweise wird Nickel oder Nickellegierung verwendet. Um die Leitfähigkeit zu gewährleisten, wird eine dünne Kupferschicht auf die Nickel- oder Nickellegierungsschicht gesprüht, und dann wird Kupfer auf eine bestimmte Dicke galvanisiert.

3) Heißpressverfahren

Das Heißpressverfahren besteht darin, ein thermoplastisches Harz (thermoplastisches Klebeharz) auf der Oberfläche eines hitzebeständigen Polyimidfilms mit guter Dimensionsstabilität zu beschichten und dann Kupferfolie auf dem Heißschmelzharz bei hoher Temperatur zu laminieren. Hier wird eine Verbundpolyimidfolie verwendet.

Diese Verbundpolyimidfolie ist kommerziell von einem spezialisierten Hersteller erhältlich, und der Herstellungsprozess ist relativ einfach. Bei der Herstellung des kupferplattierten Laminats werden die Verbundfolie und die Kupferfolie zusammen laminiert und bei hoher Temperatur heiß gepresst. Die Ausrüstungsinvestition ist relativ klein, was für die Produktion von kleinen Mengen und mehreren Sorten geeignet ist. Auch die Herstellung von doppelseitigen kupferplattierten Laminaten ist einfacher.

Ein weiteres wichtiges Materialelement des FPC ist die Schutzschicht (Cover Lay), und es wurden nun verschiedene Schutzmaterialien vorgeschlagen. Die erste praktische Schutzschicht besteht darin, denselben hitzebeständigen Film wie das Substrat zu beschichten und denselben Klebstoff wie das kupferbeschichtete Laminat zu verwenden. Das Merkmal dieser Struktur ist eine gute Symmetrie, und es nimmt immer noch den Hauptteil des Marktes ein, normalerweise genannt "Film Cover Lay". Diese Art von Folienschutzschicht ist jedoch schwierig, den Verarbeitungsprozess zu automatisieren, was die Gesamtfertigungskosten erhöht, und weil es schwierig ist, feine Fensterbearbeitung durchzuführen, kann es die Bedürfnisse von SMT mit hoher Dichte nicht erfüllen, die in den letzten Jahren zum Mainstream geworden ist.