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软性PCB基板材料发展趋势

 更新日期: 2007-6-27 16:05:58  作者:     来源: pcbtn


 软性电路板基板是由绝缘基材、接着剂及铜导体所组成,当微影制造完线路后,为防止铜线路氧化及保护线路免受环境温湿度之影响,必须在上面加上一层覆盖膜保护(Coverlayer),覆盖膜的组成为绝缘基材及接着剂。软性电路板基板的绝缘基材一般常用为Polyester (PET)Polyimide (PI)两种材料,其各有优缺点,PET的成本较低,PI的可靠性较高,目前有许多公司正在研发可取代之材料,如Dow Chemical发展之PBOPIBOKuraray公司的LCP等。软性电路板基板一般均有使用接着剂,目前接着剂材料特性之热性质及可靠度较差,因此若能将其接着剂去除将可提高其电气及热性质。另外在覆盖膜材料技术方面,传统是用非感旋光性的材料,在加上此保护膜前,须先利用机械钻孔将其接点、焊垫及导孔预留下来,一般其精密度只能达到0.6~0.8mm之直径,无法应用在承载组件软板上。此导孔直径未来将须达到50μm,若改用感光型覆盖膜时,其分辨率将可提升至100μm 以下(参见表一)。

 

表一 软性电路板技术趋势

软性电路板组成

现有技术

未来技术

未来技术特性

电路基板

絕緣基材

常用:

Polyester

Polyimide

PBOPIBO

LCP (Liquid

Crystal Polymer)

均未商品化

其优点有:低吸湿性、绝缘性佳、机械强度佳

接著劑

有接着剂:

Acrylate

Epoxide

列,属于3

层软性电路

板基材(3L)

无接着剂:属

2层软性电

路板基材(2L)

其优点有:

较佳的线路分辨率

耐热性增加,可应用至组件承接

较佳之尺寸安定性

可降低其重量及体积

挠曲性增加

纯度增加,其长期可靠性增加

铜箔导体

压延铜箔

压延铜箔

 

 

绝缘基材:

Polyimide

Polyester

液态

Polyimide

液态

SolderRsist

Ink

接着剂:

Epoxy

绝缘基材:感

旋光性覆盖膜

(Photoimageable CoverlayerPIC),有杜

邦的压克力系列及SONYPI系列

其优点有:

1.杜邦的压克力系列:具有传统覆盖膜之高挠曲性及高接着性外,可简化制程及提高分辨率等功效

2.SONYPI系列:提高分辨率及可靠度,但其成本较高及制程也较PIC复杂,需要高温硬化,适合应用在高附加价值或高阶之产品

资料来源:工研院工业材料杂志(20007月号),工研院经资中心ITIS计画整理

  目前无接着剂软板基材将随产品之长期可靠性之需求增加,及细线化与承载组件之应用,无接着剂软板基材将是未来软板基材的趋势,其主要制程方式有三种:(1)溅镀法 /电镀法(Sputtering/Plating)(2)涂布法(Cast)(3)热压法(Lamination)。三者各有优缺点(参见表二),其制程方式如下:

一、溅镀法/电镀法:以PI膜为基材,先溅镀上一层薄铜(1μ以下),以微影蚀刻的方式将线路蚀刻出来,再以电镀法在铜线路上电镀,使铜的厚度增加以达到所需厚度,类似电路板之半加成法。

二、涂布法:以铜箔为基材,先涂上一层薄的高阶着性PI树脂,经高温硬化后,再涂上第二层较厚的PI树脂以增加基板刚性,经高温硬化后形成2L,此方式需要涂布两次,制程成本较高,若要降低成本,有两种方式,一种是利用精密涂布技术设计双层同时涂布,将两种不同性质的PI树脂同时涂布在铜箔上,降低制造流程的步骤,另一种是开发单层PI树脂配方取代双层涂布,使其具有接着性及安定性,也可简化制程。

三、热压法:以PI膜为基材先涂上一层薄的热可塑性PI树脂,先经高温硬化,将铜箔放置在已硬化之热可塑性PI树脂上,再利用高温高压将热可塑性PI重新熔融与铜箔压合在一起形成2L

表二 无接着剂铜箔基板制作方式之比较

 

溅镀法/电镀法

涂 布 法

热 压 法

基材选择度

自由度大

自由度小

自由度小

基材厚度选择(μm)

12.5~125

12.5~75

12.5~150

铜导体选择

自由度小

自由度大

自由度大

铜导体厚度选择(μm)

0.2~35

12~70

12~70

接合强度

良好

良好

双面板之制作性

容易

困难

容易

代表业者

3M

Sony Chemicals

Ube

资料来源:CitcuitTree,Sep.2000

  目前并没有一种制程方式可以满足所有的需求,需要从其设计者的材料选择及厚度要求来决定其制程,如果选择涂布法在成本及性质上可以得到较好的平衡,除了有良好的接着性且导体的选择性大外,基材的厚度也可以很薄,目前双面制程只有少数几家厂商有能力生产,因为其制程较困难,不过在1999年,双面涂布法的2L其产量超过97万平方米。根据TechSearch Internation的统计,由2000年的产量来看三种制程方式所占的比例推估,全球的月产量预估为22万平方米,最常使用的方式为溅镀法(参见图一)。

      资料来源:TechSearch International,Inc.

图一 2000年全球无接着剂铜箔基板不同制程之产量分布比例

  目前PIC有干膜与液态两种,干膜的优点是无溶剂且制造较容易,但是单位面积成本较高,且较不耐化学药剂,而液态PIC需准备涂布机,但成本较低,适合大量生产的制程。材质上有分Acrylic/EpoxyPI两种基材,根据TechSearch统计,目前市场占有率以Epoxy系液态PIC最高,超高过70%(参见图二),且Nippon Polytech/Rogers的占有率最高达44%,其次为Nitto Denko其占有21%的比例,DuPont排名第三占有18%(参见表三)。其中液态PI具有优异的耐热性及绝缘性可应用在高阶IC构装上(参见表四)。

     资料来源:TechSearch International,Inc.

图二 2000年全球PIC各材质之产量分布比例

表三 2000年全球PIC生产厂商其产量分布比例

公      司

比 例

公     司

比 例

Nippon Polytech/Rogers

44%

NSCC

2%

Nitto Denko

21%

Taiyo Ink

1%

DuPont

18%

Peters'

1%

Toray

  7%

Asahi Chemical Lab.

1%

Coates

  4%

Asahi Chemical Ind.

1%

资料来源:TechSearch International,Inc.

表四 干膜及液态PIC比较

 

干       膜

液       态

材  质

Acrylic Base

Polyimide Base

Epoxy Base

Polyimide Base

厚度(