摘 要: 隨著電子技術(shù)的蓬勃發(fā)展，撓性印制電路板的線路節(jié)距正在不斷減小。當(dāng)常規(guī)設(shè)備批量生產(chǎn)線寬/線距為0.05mm/0.05mm的精細(xì)導(dǎo)線圖形時(shí)，其合格率也并未因生產(chǎn)條件受到嚴(yán)格控制而得到提高。
本文結(jié)合實(shí)際闡述了具有自動化程度高、生產(chǎn)效率、合格率高的Roll to Roll生產(chǎn)工藝，并采用Roll to Roll生產(chǎn)工藝對精細(xì)線路進(jìn)行了研制。
一、Roll to Roll生產(chǎn)工藝的出現(xiàn)
1898年，英國專利中首次在世界上提出了石蠟紙基板中制作扁平導(dǎo)體電路的發(fā)明，幾年后，大發(fā)明家愛迪生也在實(shí)驗(yàn)記錄中大膽地設(shè)想了在類似薄膜上印刷厚膜電路。然而直到20世紀(jì)70年代初，隨著聚酰亞胺樹脂合成的工業(yè)化，美國PCB業(yè)才率先將FPC工業(yè)商品化，使得其在軍工電子產(chǎn)品中得到使用。隨后，用于FPC制造的FCCL也伴同PI薄膜產(chǎn)品的發(fā)展走上先進(jìn)規(guī)模的工業(yè)化道路，F(xiàn)PC的制造逐漸在各國PCB業(yè)迎來春天，以其輕、薄、短、小、結(jié)構(gòu)靈活的特點(diǎn)牢牢吸引住了各類電子設(shè)備生產(chǎn)商的眼光。
隨著FPC產(chǎn)品的廣泛應(yīng)用，產(chǎn)品對制作技術(shù)的要求日趨提高，片式生產(chǎn)技術(shù)已不能滿足部分產(chǎn)品的技術(shù)需求，尤其是當(dāng)常規(guī)設(shè)備批量生產(chǎn)線寬/線距為0.05mm/0.05mm的精細(xì)導(dǎo)線圖形時(shí)，其合格率也并未因生產(chǎn)條件受到嚴(yán)格控制而得到提高。針對片式生產(chǎn)技術(shù)的費(fèi)時(shí)費(fèi)力、勞動強(qiáng)度大、生產(chǎn)率低、尺寸穩(wěn)定性(受熱、受濕)較難保證，以及對于制造高密度精細(xì)線寬/線距的FPC合格率不高，質(zhì)量亦難保證，而開發(fā)的連續(xù)傳送滾筒(Roll to Roll)生產(chǎn)工藝便成功地解決了上述問題。
20世紀(jì)80年代，世界上少數(shù)大型
FPC生產(chǎn)廠家就開始建立了RTR生產(chǎn)線，由于當(dāng)時(shí)所采用的工藝技術(shù)尚未成熟，使得RTR生產(chǎn)線上所生產(chǎn)的FPC產(chǎn)品合格率仍然很低。
90年代后期，日本、歐美的連續(xù)卷帶法生產(chǎn)FPC在生產(chǎn)工藝、設(shè)備上都有了很大的進(jìn)展。特別是21世紀(jì)初，RTR方式生產(chǎn)FPC的技術(shù)的發(fā)展更體現(xiàn)在了FPC產(chǎn)品制造寬度、高密度布線、孔加工方式、雙面板制作上。
二、Roll to Roll生產(chǎn)工藝的特點(diǎn)
RTR技術(shù)是指撓性覆銅板通過成卷連續(xù)的方式進(jìn)行FPC制作的工藝技術(shù)。采用Roll-to-Roll生產(chǎn)工藝，不僅能提高生產(chǎn)率，而更重要的是提高自動化程度。這種高自動化的生產(chǎn)明顯地減少了人為操作和管理因素，受環(huán)境條件(溫度、濕度潔凈度等)影響變化小，因而具有更均勻一致而穩(wěn)定的尺寸偏差，從而也易于進(jìn)行修正和補(bǔ)償，所以它具有更高的產(chǎn)品合格率、質(zhì)量和可靠性。
三、Roll to Roll生產(chǎn)工藝的應(yīng)用
我國由于FPC起步較晚，RTR制作技術(shù)應(yīng)用較少。為了迎合FPC產(chǎn)品市場的需要，提升市場競爭力，國內(nèi)撓性印制板生產(chǎn)企業(yè)也紛紛把目光投入RTR生產(chǎn)技術(shù)，開始進(jìn)行“RTR撓性電路開發(fā)與應(yīng)用”的研究。為達(dá)到高精細(xì)線路制作的高良品率和低成本化的工藝水平，我司也于2007年投入到Rol to Roll工藝生產(chǎn)撓性印制板的應(yīng)用與研究中，旨在解決片式生產(chǎn)高精密線路開短路嚴(yán)重合格率低的問題，同時(shí)達(dá)到減少人力成本的目的。本文即通過本司在RTR方式生產(chǎn)FPC板的技術(shù)改造對“RTR FPC開發(fā)與應(yīng)用”進(jìn)行闡述。
3.1 流程確定
RTR方式生產(chǎn)FPC的技術(shù)改造，首先應(yīng)根據(jù)RTR設(shè)備的性能及企業(yè)實(shí)際生產(chǎn)的FPC產(chǎn)品類型和特點(diǎn)的需要確定整個(gè)流程如何分段，或顯影、蝕刻、脫膜、后處理一體，或顯影與蝕刻、脫膜、后處理分離。顯影與蝕刻分離的作用，在于分離后顯影線與蝕刻線可同時(shí)進(jìn)行不同底銅厚度的FPC的生產(chǎn)，可獨(dú)立調(diào)節(jié)顯影線和蝕刻線的參數(shù)多樣生產(chǎn)?？紤]到我司1/2oz、1oz底銅使用量都很大的情況最終采用的是分段式(蝕刻與顯影分開)雙列250mm寬DES線。
3.2 RTR工藝生產(chǎn)FPC的研究
在確定對RTR如何分段后， RTR的定位方式、張力控制、傳送控制和材料彎曲變形的防止四因素便成了關(guān)鍵。
上世紀(jì)80年代，RTR生產(chǎn)線所生產(chǎn)FPC產(chǎn)品的合格率低很大程度上也就正是因?yàn)檫@些技術(shù)尚未成熟完善。各工序中定位和張力、傳送控制都與材料平整度的保持直接聯(lián)系，不恰當(dāng)?shù)亩ㄎ环绞?、傳送參?shù)以及放收卷時(shí)不適宜的張力都會引起材料的彎曲變形。為實(shí)現(xiàn)RTR生產(chǎn)工藝的優(yōu)勢，需對各工序的張力、傳送等因素進(jìn)行調(diào)整和嚴(yán)格的控制。以下通過線寬/線距為0.05mm/0.05mm的精細(xì)線路的研制分別介紹。
3.2.1 選材
高精細(xì)線路的制作中，制作方式非常重要，基材的選取也相當(dāng)關(guān)鍵。根據(jù)以往在制作高精細(xì)線路時(shí)的經(jīng)驗(yàn)，減成法制備精細(xì)線路時(shí)，底銅厚度越薄越易達(dá)到預(yù)想效果，制備出線寬損失小，蝕刻系數(shù)大，側(cè)蝕程度小的線路。片式生產(chǎn)中當(dāng)基材厚度較薄時(shí)，為防止在開料到壓制前操作導(dǎo)致的褶皺，常規(guī)的方法是在基材上先貼背膠，而RTR設(shè)備生產(chǎn)則不存在這一問題無需背膠。
3.2.2 貼膜
貼膜是撓性印制板圖形轉(zhuǎn)移的第一步，貼膜品質(zhì)直接影響整個(gè)圖形轉(zhuǎn)移的成敗。高品質(zhì)的貼膜不僅要杜絕因銅面和干膜的不潔引起的板面雜質(zhì)，而且板面要求平整、無氣泡、無皺折，干膜的附著力達(dá)標(biāo)，密合度高。對于全自動卷式生產(chǎn)，貼膜工序各參數(shù)的控制就更為重要，稍有不慎，造成的浪費(fèi)損失將是巨大的。
雖然RTR設(shè)備生產(chǎn)FPC不需背膠解決薄板的褶皺問題，但各工序中仍然要十分注意操作過程中的傳送和張力控制防止材料的彎曲變形。貼膜工序中則重點(diǎn)控制好貼膜的壓力、溫度和卷材傳送的速度，避免不當(dāng)溫度、傳送速度造成的針孔、氣泡和皺折，使得銅面干膜附著力高。
3.2.3 曝光
曝光是撓性印制板線路形成的開始。精確對位、曝光能量是曝光工序中需特別注意的因素，其中對位精度在RTR自動曝光流程中尤為重要，一旦對位出現(xiàn)偏差而進(jìn)行返工，將造成整卷干膜等資源的浪費(fèi)。
近年來，不斷有空間對位方面的發(fā)明出現(xiàn)，在我們最新的RTR平行曝光機(jī)中就自帶有尋邊器感應(yīng)卷材傳送以及步距控制器調(diào)控對位精度，以確保曝光工序線路的形成。
3.2.4 DES
曝光完成后，撓性印制板的圖形轉(zhuǎn)移便進(jìn)入濕流程階段。卷式流程與片式流程的DES工序并沒有太大的變化，主要區(qū)別在于卷式流程中由于薄基材未貼壓背膠，卷材在DES的傳送過程中傳送滾輪將有可能在線路面上造成行輪印，影響導(dǎo)體的外觀及性能。為避免行輪印問題的出現(xiàn)，可選擇性地將DES線的傳送滾輪替換成實(shí)心滾輪。
3.2.5 與片式生產(chǎn)工藝的比較
比較片式與卷式工藝生產(chǎn)0.05/0.05mm線寬/線距的結(jié)果。
RTR工藝生產(chǎn)的線路的線寬情況和蝕刻系數(shù)都與片式相當(dāng)。然而盡管片式工藝生產(chǎn)0.05/0.05mm線路時(shí)嚴(yán)格控制生產(chǎn)條件，最優(yōu)化工藝參數(shù)，其線路的開短路仍然大量存在，使得產(chǎn)品合格率不高，最佳批量生產(chǎn)合格率也只達(dá)75%。而采用RTR生產(chǎn)工藝時(shí)，由于其減少了人為操作和管理因素，受環(huán)境條件影響變化小，開短路問題得到了很好的控制，批量生產(chǎn)合格率達(dá)到了90%。
與片式生產(chǎn)工藝相比，RTR生產(chǎn)工藝優(yōu)勢不僅在于提高了合格率，還體現(xiàn)在大大提高了生產(chǎn)的自動化程度。從貼膜曝光到顯影蝕刻脫膜，片式生產(chǎn)需12名操作人員，而RTR生產(chǎn)只需4人，大大的節(jié)省了勞動力。
3.3 線寬/線距為0.03mm/0.03mm的精細(xì)線路的研制
3.3.1 選材
眾所周知，F(xiàn)CCL銅箔的厚度越薄，蝕刻后線條的側(cè)蝕越小，尤其是在制備高精細(xì)線路時(shí)。比較了12μm和10μm兩種厚度底銅的覆銅板在制備精細(xì)線路上的優(yōu)劣，筆者最終選用底銅為10μm的2L FCCL作為研制線寬/線距為0.03mm/0.03mm的精細(xì)線路的基材。
精細(xì)線路的研制，所采用干膜的性能也相當(dāng)關(guān)鍵?？紤]到在實(shí)際運(yùn)用中同系列干膜的厚度越薄其賦形性能解像能力越佳，在線寬/線距達(dá)到0.03mm/0.03mm精細(xì)線路的研制中將采用15μm厚度的杜邦干膜。
3.3.2 試制
在貼膜過程中，由于為提高解像度使用了15μm的干膜，其較常用干膜薄50%，故而對貼膜參數(shù)作了輕微調(diào)整，適量降低貼膜溫度和壓力，加快貼膜速度。曝光過程，經(jīng)試驗(yàn)證明，對制作0.03mm線寬線距的精細(xì)導(dǎo)線時(shí)，最佳曝光級數(shù)為6級(21級曝光尺)。0.03mm的線寬無疑是對RTRDES線制程能力的重大挑戰(zhàn)，故在DES過程中對顯影蝕刻機(jī)的各參數(shù)調(diào)節(jié)應(yīng)相當(dāng)謹(jǐn)慎。本試制中，為達(dá)到預(yù)期的效果，對顯影蝕刻機(jī)的運(yùn)行速度與噴淋壓力進(jìn)行了嚴(yán)格的控制。
0.03mm/0.03mm線路的生產(chǎn)，確實(shí)很難由片式工藝逾越，而采用在合格率、受環(huán)境影響小等較優(yōu)的RTR技術(shù)其結(jié)果亦不甚讓人滿意，線路的開短路雖不嚴(yán)重，但DES的蝕刻速度仍然過快，所得線路間距跟預(yù)期比過大。
四、結(jié)束語
目前國內(nèi)采用減成法制作0.03mm/0.03mm線寬/線距精密線路仍然是PCB業(yè)界的技術(shù)難題。盡管如此，RTR生產(chǎn)工藝的出現(xiàn)大大提高了FPC的生產(chǎn)效率，保證了精細(xì)線寬/線距FPC的合格率，其不僅可應(yīng)用于FPC的生產(chǎn)，也可應(yīng)用于FPC后續(xù)的封裝。
隨著電子機(jī)械技術(shù)地不斷發(fā)展，較精密較復(fù)雜的封裝及檢測儀器(如
自動光學(xué)檢測AOI、雙向非平面軟板錫膏印刷機(jī))亦不斷地被引入到RTR生產(chǎn)線中，日本的Epson等公司已然擁有從
FPC基材形成到最終封裝完畢的全RTR生產(chǎn)線?；谶@些優(yōu)點(diǎn)，RTR生產(chǎn)工藝的應(yīng)用前景是相當(dāng)廣闊的。
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