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    高密度撓性印制電路材料

    來源:網絡整合 日期:2018-8-25

     摘 要 | 撓性電路的特性驅使撓性電路市場持續快速的增長,同時市場的需求驅使撓性電路技術的日趨發展,高密度互連技術在撓性印制電路板中的應用正是迎合市場需求而快速發展起來的。面對HDI的挑戰,領先的撓性電路制造商轉向新的材料,提高標準材料的樣式,以及新的制作工藝技術。本文介紹了高密度撓性電路對材料的要求以及近幾年發展起來的高密度撓性電路材料。

      關鍵詞 | 高密度互連,撓性板材料,無膠基材

      消費者持續地追求更輕、更小、功能更多的電子設備,這樣給撓性電路新的應用提供了更多的機會,撓性電路更易于輕、小的設備設計使撓性電路變得越來越通用,在許多使用剛性板的領域開始在逐漸地被撓性板所替代,例如COF(chip-on-flex)的應用,撓性電路局部的復雜性已經等同于剛性多層板,撓性電路的作用也從僅僅互連轉移到功能性的電路板。撓性電路的特性驅使撓性電路市場持續快速的增長,同時市場的需求驅使撓性電路技術的日趨發展,高密度互連技術在撓性印制電路板中的應用正是迎合市場需求而快速發展起來的。

      近幾年的市場趨勢顯示,高密度互連技術即HDI 的增長速度是普通線路的二倍多。HDI電路通常指線路的節距小于8mils(200μm),孔徑小于10mils(250μm)。超HDI(Ultra-HDI)——HDI的一個分支,是指節距小于4mils(100μm),孔徑小于3mils(75μm)。

      據估計,驅使HDI撓性板增長的最重大的應用是在手機和其它的手持通訊和計算機設備(如PDA等),其它的高增長應用有用于芯片封裝的帶式撓性板、硬盤驅動器的懸浮式撓性電路和互連、平面顯示器的撓性板、以及噴墨打印機墨盒的撓性電路等。
    在當今快速變化的市場競爭中,很顯然撓性電路制造商必須要調整設計能力、選擇材料以及制造工藝,以確保處于有利的競爭地位。

      一、高密度撓性電路對材料的要求

      撓性電路制造商希望在日益興旺的HDI撓性電路市場上占據有利地位,就必須開發有效的節省成本的HDI制作能力。面對HDI的挑戰,領先的撓性電路制造商轉向新的材料,提高標準材料的樣式,以及新的制作工藝技術。通常,使用一種新的材料,制造商就必須改變其工藝或投入一些新的工藝技術。

      近十幾年來,為了滿足HDI設計及應用的需求開發了許多高密度撓性電路用材料,它們包括高性能的基底膜、無膠基材、液體PI樹脂,感光覆蓋層等,見表1。

    表1 高密度撓性電路用材料

      HDI應用要求更加精細的線路和更小的導通孔,因此在撓性電路制作時需要更薄的導體層和基材,然而薄基材的物理性能往往難以滿足技術要求,表2列出了一些性能不足之處。

      高密度撓性電路對材料的要求主要體現在以下方面:

      (1) 撓性材料的尺寸穩定性

      過去,使用撓性板和剛性載板可以感知到的缺點之一是撓性材料在制作過程中有較大的尺寸變化,撓性電路最常用的基材——PI膜在電路制作中隨著在膜及基材的層壓中產生的應力的消除就會收縮,這種收縮會影響到電路層和覆蓋膜的對位,以及安裝組件的對位。電路制造商,尤其是撓性板制造商都非常關心材料的尺寸穩定性,在HDI電路中更是如此。薄的材料將會影響到FPC的性能和生產良率,在高密度撓性電路制作中材料的尺寸穩定性是影響良品率的主要因素。要得到高可靠性的高密度電路產品必須要解決材料、結構和制作過程間的矛盾。

    表2 高性能材料的不足之處

      (2) 撓性材料粘結劑的抗電遷移性

      在撓性電路中電遷移是一種導致電路遭到破壞的現象,有一些類型的撓性電路粘結劑當處在潮濕、溫度升高以及出現偏電壓時電路線中的銅離子能夠通過粘結劑發生移動,從而在正極和負極間連成一條線。當離子在銅導線之間開始排列時,這種絲開始時呈樹枝狀或閃電狀,在極端情況下,這種絲在兩條線之間連接起來達到一定的厚度就會引起短路。

      隨著電壓以及線路密度的增加,由于電遷移引起的電路可靠性問題也明顯增加,因此,HDI的應用代表著潛在的危險也增加,線路設計者必須要意識到這些潛在的問題并且采取措施來預防。目前有一些撓性材料就是設計成抗電遷移,即使是在惡劣的環境條件下。這一點對于HDI撓性電路設計者和制造商來說是至關重要的。

      (3) 薄的和低型面銅箔

      要達到HDI的撓性電路的主要方法之一是通過使用薄的、精細顆粒的以及低型面銅箔,常規撓性電路用的標準銅箔通常的厚度是1oz(35μm),對于普通密度的圖形,1oz 銅箔可以提供合適的性能,可是對于HDI的應用,多數的制造商是采用1/2oz(18μm)、1/3oz(12μm),甚至是1/4oz(9μm)的銅箔。

      (4) 覆蓋膜粘結劑流動度的控制

      在HDI電路中使用覆蓋膜最主要的是制作小的窗口(也可能彼此靠得很近),以及確保窗口在層壓時不被粘結劑填充,以防暴露的銅被覆蓋,因此,選擇HDI用的覆蓋膜材料必須要嚴格控制其流動性能。太小的流動性會在精細線路間產生空洞,降低電絕緣性能;太大的流動性會覆蓋窗口。不是所有的撓性粘結劑有這種性能,與剛性板制作中的“低流動度”的半固化片相類似。制造商必須選擇合適的覆蓋膜以及根據粘結劑的流動性選擇合適的層壓工藝。

      二、高密度撓性電路材料

      撓性電路的基本材料包括有基底材料、導體和覆蓋層,基底材料和導體通常是壓合成覆銅箔層壓板。下面將介紹幾種重要的用于HDI撓性電路的材料。

      2.1 導體材料

      要達到HDI的撓性電路的主要方法之一是通過使用薄的、精細顆粒的以及低型面銅箔,常規撓性電路用的標準銅箔一直是壓延銅箔(RA),通常的厚度是1oz(35μm),對于普通密度的圖形,1oz RA銅箔可以提供合適的性能,可是對于HDI的應用,多數的制造商是采用1/2oz(18μm)甚至是1/3oz(12μm)的RA銅箔。壓延銅箔的成本是隨著其厚度變薄而升高,厚度薄、蝕刻速度快的銅箔其成本就高。毫無疑問,1/2oz的金屬箔層壓板將成為HDI應用的標準材料,1/3oz銅箔的應用將會增加。將來,RA銅的厚度可以低于10μm ,可以制作成載體銅箔,但是,工藝和材料成本將會大幅度提高。

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