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2019-05-15

PCB,FPC工艺技术的发展趋势(二)

发布者:合明科技 ; 浏览次数:740

PCB,FPC工艺技术的发展趋势(二)


文章来源:传感器技术;FPCworld

文章关键词导读:传感器、PCB、FPC、PCB线路板、丝印网板、油墨


一、适应高频高速化需求


电子通信技术从有线到无线,从低频、低速到高频、高速。现在的手机性能已进入4G并将迈向5G,就是有更快传输速度、更大传输容量。全球云计算时代到来使数据流量成倍增加,通讯设备高频高速化是必然趋势。PCB为适合高频、高速传输的需要,除了电路设计方面减少信号干扰与损耗,保持信号完整性,以及PCB制造保持符合设计要求外,重要的是有高性能。


为解决PCB增加速度和信号完整性,主要是针对电信号损失属性。选择的关键因素介电常数(Dk)与介质损耗(Df ),当Dk低于4与Df 0.010以下为中Dk/Df级层压板,当Dk低于3.7与Df 0.005以下为低Dk/Df级层压板。


高速PCB中导体铜的表面粗糙度(轮廓)也是影响信号传输损耗的一个重要因素,特别是对10 GHz以上范围的信号。在10 GHz时铜箔粗糙度需要低于1 µm,使用超平面铜箔(表面粗糙度0.04 µm)效果更佳。


二、提高耐热散热性


伴随着电子设备小型化、高功能,产生高发热,电子设备的热管理要求不断增加,选择的一个解决方案是发展导热性印制电路板。要求PCB有高导热性和耐热性,近十年来一直为此努力。已有高散热性PCB如平面型厚铜基板PCB、铝金属基PCB、铝金属芯双面PCB、铜基平面型PCB、铝基空腔PCB、埋置金属块PCB、可弯曲铝基PCB等。


采用金属基板(IMS)或金属芯印制电路板,起到发热组件的散热作用,比传统的散热器、风扇冷却缩小体积与降低成本。目前金属基板或金属芯多数是金属铝。铝基电路板的优点有简易经济、电子连接可靠、导热和强度高、无焊接无铅环保等,从消费品到汽车、军品和航天都可设计应用。


三、挠性、刚挠板技术新趋势


电子设备的小型化、轻薄化,必然大量使用挠性印制电路板(FPCB)和刚挠结合印制电路板(R-FPCB)。


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随着应用面的扩大,除了数量增加也会有许多新的性能要求。聚酰亚胺膜有无色透明、白色、黑色和黄色等不同种类,具有高耐热与低CTE性能,以适合不同场合使用。成本效益佳的聚酯薄膜基板同样有市场,新的性能挑战有高弹性、尺寸稳定性、膜表面品质,以及薄膜的光电耦合性和耐环境性等,以满足最终用户不断变化的要求。


FPCB与刚性HDI板一样要适应高速度和高频率信号传输要求,挠性的介电常数和介电损耗必须关注,可利用聚四氟乙烯和先进的聚酰亚胺基板构成挠性电路。在/聚酰亚胺树脂中添加无机粉末和碳纤维填料,可产生一种三层结构的可挠曲导热基板。选用无机填料有氮化铝(AlN)、氧化铝(Al 2O3)和六角形氮化硼(HBN)。


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FPCB制造技术方面,在聚酰亚胺(PI)膜上直接金属化制造双面FPCB技术一直在发展,有一种分子接合剂水溶液新技术,并不改变PI膜表面粗糙度而可增加与化学沉铜层结合强度。采用PI膜进行分子接合处理后直接化学镀铜,经过半加成法流程制作双面挠性印制线路板,简化工序及有利环保,对结合力、弯曲性和可靠性等都达到要求 。


还有用印刷自催化电子线路技术,以成卷式生产(R2R),先在PET膜上印刷涂覆具有自催化性的油墨,然后进入化学镀铜槽中,由于油墨具有自催化能力在油墨上沉积铜层,形成铜导体图形,完成PET膜上的金属细线路制作。


FPCB应用市场如智能手机、可穿戴设备、医疗设备、机器人等,对FPCB性能结构提出新要求,开发出FPCB新产品。如超薄挠性多层板,四层FPCB从常规的0.4 mm减薄至约0.2 mm;高速传输挠性板,采用低Dk和低Df聚酰亚胺,达到5 Gbps传输速度要求。


大功率挠性板,采用100 µm以上厚导体,以适应高功率大电流电路需要;高散热金属基挠性板是局部使用金属板衬底之R-FPCB;触觉感应性挠性板,由压力传感膜和电极夹在两个聚酰亚胺薄膜之间,组成挠性触觉传感器;可伸缩挠性板或刚挠结合板,其挠性为弹性体,金属导线图案的形状改进成为可伸缩。


四、印制电子技术

印制电子历史很早,只是近几年势头兴盛。印制电子技术应用于印制电路产业,是印制电路技术的一部分。


印制电子不断发展可看到商业应用的前景非常广阔,现在已有PCB制造商投入印制电子,他们从挠性板开始,用印制电子电路(PEC)替代印制电路板(PCB)。印制电子技术最接近FPCB,目前和油墨材料繁多,一旦性能与成本有突破就会大量应用,降低成本就会开辟更大的市场。


有机和印制电子的混合系统有助于产业的成长。传统的硅和印制电子组件结合的混合系统,这可能开辟了新的PCB产业。这些混合技术包括大面积光刻、网版印刷或喷墨打印,及挠性PCB技术。


印制电子技术的重要一方面是材料,包括和功能性油墨。挠性除现有FPCB适用外,也开发更高性能,目前有陶瓷和高分子树脂混合构成的高介电基板材料,还有高温、低温和无色透明、黄色等。印制电子除使用一些聚合物材料外,还需功能性油墨材料,主要是导电油墨,不断地向提高导电性、印刷适应性、低成本化发展,目前可供印制电子产品选择的导电油墨种类已很多了。另外还有压电、热电、铁电材料,在印制电子中组合使用能发挥多功能性。


印制电子技术的又一重要方面是印刷工艺与相应的印刷设备,这是传统印刷技术的创新发展。印制电子可以应用不同的印刷方法,如凹版印刷、凸版印刷、网版印刷和喷墨打印。网版印刷已在PCB制造中应用,工艺成熟与成本低,目前是向自动化、高精细化发展。


喷墨打印在PCB制造中应用的范围在扩大,从标记符号、阻焊剂到抗蚀图形,进一步直接打印导电图形;同时喷墨打印向图形高精细化和快速化发展。如新的气溶胶喷射技术明显优于压电式喷印,形成导线达到细精与立体化要求,可以在平面或立体构件上直接打印电子电路及元件。


还有喷墨打印同时采用激光照射瞬时固化油墨的方法,导电线路厚度与宽度比1.0以上,如线宽10µm,线高也有10µm,实例有在PI膜上制作线路宽30 µm、线厚20 µm的FPCB。


印制电子目前重点应用是低成本的制造射频识别(RFID)标签,可以成卷印刷完成。潜在的是印刷显示器、照明和有机光伏领域。可穿戴技术市场是当前新兴的一个有利市场。


可穿戴技术各种产品,如智能服装和智能运动眼镜,活动监视器,睡眠传感器,智能表,增强逼真的耳机、导航罗盘等。可穿戴技术设备少不了挠性电子电路,将带动挠性印制电子电路的发展。


五、埋置元件印制电路技术


埋置元件印制电路板(EDPCB)是实现高密度电子互连的一种产品,埋置元件技术在PCB有很大的潜力。埋置元件PCB制造技术,提高了PCB的功能与价值,除了在通信产品应用外,也在汽车、医疗和工业应用等领域提供了机会。


EDPCB的发展,从碳膏制作的印刷电阻和镍磷合金箔制作的薄膜电阻,以及夹有高介电常数构成的平面电容,形成埋置无源元件印制板,到进入埋置IC芯片、埋置贴片元件,形成埋置有源与无源元件印制板。现在面对的课题有埋置元件复杂化及EDPCB的薄型化,以及散热性和热变形控制、最终检测技术等。


元器件埋置技术现在已在手机等便携终端设备中应用。EDPCB制造工艺进入实用的有B2it方法,可以实现高可靠性和低成本;有PALAP方法,达到高层数和低功耗,被用于汽车电子中;有埋置晶圆级封装芯片的通信模块,体现良好的高频特性,今后会有埋置BGA芯片的eWLB出现[19]。随着EDPCB设计规则的确立,这类产品会迅速发展。


六、表面涂饰技术


PCB表面铜层需要保护,目的是防止铜氧化和变质,在装配时提供连接可靠的表面。PCB制造中一些通常使用的表面涂饰层,有含铅或无铅热风整平焊锡、浸锡、有机可焊性保护膜、化学镀镍/金、电镀镍/金等。


HDI板和IC封装载板的表面涂饰层现从化学镀镍/金(ENIG)发展到化学镀镍/钯/金(ENEPIG),有利于防止元件安装后出现黑盘而影响可靠性。现有对ENEPIG涂层中钯层作了分析,其中钯层结构有纯钯和钯磷合金,它们有不同的硬度,因此用于打线接合与用于焊接需选择不同的钯层。经过可靠性影响评估,有微量钯存在会增加铜锡生长厚度;而钯含量过多会产生脆性之钯锡合金,反而使焊点强度下降,因此需有适当钯厚度。


从PCB精细线路的角度来说,表面处理应用化学镀钯/浸金(EPIG)比化学镀镍/镀钯/浸金(ENEPIG)更佳,减少对精细图形线宽/线距的影响。EPIG镀层更薄,不会导致线路变形;EPIG经焊锡试验和引线键合试验能达到要求。又有新的铜上直接化学镀钯(EP)或直接浸金(DIG),或者铜上化学镀钯与自催化镀金(EPAG)涂层,其优点是适合金线或铜线的打压接合,因没有镍层而有更好高频特性,涂层薄而更适于细线图形,并且减少工序和成本。


PCB最终涂饰层的改进,另外有推出化学镀镍浸银(NiAg)涂层,银有良好导电性、可焊性,镍有抗腐蚀性。有机涂层OSP进行性能改良,提高耐热性和焊接性。还有一种有机与金属复合(OM)涂层,在PCB铜表面涂覆OM涂层有良好的性价比。


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以上为本公司一些经验的累积,因工艺问题内容广泛,没有面面俱到,只对常见问题作分析,随着电子产业的不断更新换代,新的工艺问题也不断出现,本公司自成立以来不断的追求产品的创新,做到与时俱进,熟悉各种生产复杂工艺,能为各种客户提供全方位的援助。


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