讀卡器用雙層無膠撓性電路板

　　摘要｜文章介紹了一種新型的讀卡器用雙層無膠撓性電路板，它能夠滿足被任意彎曲，以及更高密度電子組裝技術(shù)的需要。通過對(duì)生產(chǎn)指標(biāo)、工藝流程、技術(shù)參數(shù)、使用效果等多方面的概述，可以確信這類新技術(shù)產(chǎn)品在電子組裝上的應(yīng)用，非常具有競(jìng)爭(zhēng)力。

　　一、前言

　　撓性電路板(FPC)具有柔軟、輕、薄及可撓曲等優(yōu)點(diǎn)，在資訊電子產(chǎn)品快速走向輕、薄、短、小的趨勢(shì)下，廣泛應(yīng)用于汽車、手機(jī)、手提電腦、電子產(chǎn)品、數(shù)字通訊、航天、計(jì)算機(jī)及家電等領(lǐng)域行業(yè)。

　　讀卡器用雙層無膠撓性電路板主要應(yīng)用于公用電話、POS機(jī)、ATM機(jī)、售飯機(jī)、加油機(jī)、稅控機(jī)等讀卡器中。

　　傳統(tǒng)單層、雙層撓性電路板主要是以PI膜/接著劑/銅箔之三層結(jié)構(gòu)為主要材料，接著劑是以Epoxy/Acrylic為主，但接著劑的流動(dòng)性及其熱膨脹系數(shù)大，耐熱性與尺寸安定性不佳，長(zhǎng)期使用溫度限制在100℃-200℃，單層撓性電路板還容易受到噪訊影響，使得傳統(tǒng)單、雙撓性板的應(yīng)用區(qū)域受限。

　　雙層無膠撓性電路板是從耐高溫、尺寸安定、易彎曲的需求角度設(shè)計(jì)的，不需使用接著劑，耐化學(xué)藥品性和電氣性能更佳，同時(shí)添加了電磁波遮蔽設(shè)計(jì)，因而增加了產(chǎn)品長(zhǎng)期使用的依賴性及應(yīng)用范圍。

　　在需要彎曲或狹小空間的電器部件中，具有減少接頭、電線和減少電子器材的體積、重量的優(yōu)勢(shì)，提供機(jī)械上的可彎曲性、振動(dòng)上的穩(wěn)定性，并能夠加強(qiáng)連接。

　　二、生產(chǎn)工藝的特點(diǎn)及設(shè)備的先進(jìn)性

　　(1)生產(chǎn)工藝的主要特點(diǎn)

　　生產(chǎn)該產(chǎn)品采用的是國(guó)際上通用的成熟水平工藝，布線密度大，基材薄，鉆孔孔徑小，在相同性能情況下，原料單位耗量小。并且各生產(chǎn)制程配料合理，技術(shù)穩(wěn)定，工藝較先進(jìn)，在保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提下，做到了生產(chǎn)工藝的清潔性。

　　(2)生產(chǎn)設(shè)備的先進(jìn)性

　　主要生產(chǎn)設(shè)備均選用技術(shù)先進(jìn)、性能較好的設(shè)備，自動(dòng)化控制程度較高，運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)能耗低、噪聲較小。各工序設(shè)備先進(jìn)、配套合理，運(yùn)行經(jīng)濟(jì)可靠。提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率，生產(chǎn)出的產(chǎn)品精度和成品合格率較高。

　　配套設(shè)備清單

　　三、生產(chǎn)指標(biāo)分析

　　(1)為節(jié)約能源消耗，合理優(yōu)化生產(chǎn)工藝路線，采用技術(shù)先進(jìn)的生產(chǎn)設(shè)備，精度高，節(jié)能低噪；
　　(2)在生產(chǎn)過程中，建立嚴(yán)格的原料、化工材料、產(chǎn)品的質(zhì)量檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)；選購(gòu)品質(zhì)高、滿足質(zhì)量要求的原輔材料，合理控制各種化學(xué)藥品的用量；根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際需要，選用合理的化學(xué)品包裝方式，合理的裝量大小與貯存量。
　　(3)對(duì)生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的污染物進(jìn)行全過程控制和有效防治。對(duì)生產(chǎn)中產(chǎn)生的酸堿廢氣采用填充式洗滌塔進(jìn)行凈化，對(duì)有機(jī)廢氣采用活性炭吸附塔吸附處理。對(duì)工程中的生產(chǎn)廢水，根據(jù)水質(zhì)情況采用相應(yīng)工藝進(jìn)行合適處理，使之達(dá)到污水處理廠接管要求。

生產(chǎn)情況一覽表

　　生產(chǎn)工藝與裝備要求，基本達(dá)到二級(jí)指標(biāo)要求，屬于國(guó)內(nèi)生產(chǎn)先進(jìn)水平；資源能源利用指標(biāo)中，銅陽極球利用率達(dá)到一級(jí)指標(biāo)要求，即國(guó)際先進(jìn)清潔生產(chǎn)水平；污染物產(chǎn)生指標(biāo)中，總銅滿足二級(jí)指標(biāo)要求，即國(guó)內(nèi)清潔生產(chǎn)先進(jìn)水平；廢物處理狀況達(dá)到國(guó)際先進(jìn)的清潔生產(chǎn)水平。

　　四、工藝流程

　　主要生產(chǎn)工藝流程詳見下列組圖：

　　五、主要工序說明

　　(1)開料：將材料用裁刀裁成工藝要求的尺寸。
　　(2)鉆基材孔：用數(shù)控鉆床在材料上鉆孔。
　　(3)絲?。河镁埘ゾW(wǎng)布當(dāng)載體，將圖案以直接模式轉(zhuǎn)移到網(wǎng)布上，在網(wǎng)布上放置油墨，通過印刷油墨將網(wǎng)布上的圖案轉(zhuǎn)移至基板表面。
　　(4)貼膜：采用貼膜機(jī)將干膜貼合在銅箔基板表面，使兩者緊密粘結(jié)。干膜結(jié)構(gòu)有三部分組成：聚酯薄膜、光致抗蝕劑膜及聚乙烯保護(hù)膜。
　　(5)曝光：將底片放置在已貼好干膜的銅箔基板表面，底片黑的部分光密度高，透明的部分光密度小，在紫外光照射下，光透過底片透明部分，使光引發(fā)劑吸收光能分解成游離基，游離基再引發(fā)光聚合單體進(jìn)行聚合交聯(lián)反應(yīng)，反應(yīng)后形成不溶于稀堿溶液的體型大分子結(jié)構(gòu)。
　　(6)顯影：采用碳酸鈉顯影液。經(jīng)曝光后未硬化的干膜會(huì)溶解在堿性顯液中，從而使得銅箔裸露，硬化的干膜則不受影響，繼續(xù)附著在銅箔上。顯影液為3%的無水碳酸鈉水溶液。
　　(7)蝕刻：干膜保護(hù)以外的銅箔(不需要的銅箔)被腐蝕掉，在蝕刻過程中，氯化銅中的Cu2+具有氧化性，能將板面上的銅氧化成Cu+，蝕刻反應(yīng)：Cu＋CuCl2→2CuCl，隨著銅的蝕刻，溶液中的Cu+越來越多，蝕刻能力下降速度變快，以至最后失去效能。為了保持蝕刻能力，需要對(duì)蝕刻液進(jìn)行再生，使Cu+重新轉(zhuǎn)變成Cu2+，繼續(xù)進(jìn)行正常蝕刻。再生的原理主要是利用氧化劑將溶液中的Cu+氧化成Cu2+。
　　雙氧水再生反應(yīng)為：2CuCl＋2HCl＋H2O2 →2CuCl2＋2H2O
　　(8)去膜/去油墨：用NaOH溶液剝離圖形上的干膜，銅箔線路形成。
　　(9)表面處理：主要是對(duì)線路表面進(jìn)行清潔處理，去除表面污染和氧化。
　　(10)電鍍：將接觸部位鍍金。
　　(11)覆膜：在線路表面覆蓋絕緣層，保護(hù)線路。根據(jù)產(chǎn)品的不同要求，絕緣層某些部位需要沖孔或鉆孔，以方便各種連接方式。
　　(12)抗氧化：在銅面形成一層均勻堅(jiān)固的有機(jī)保護(hù)膜，使板面具有優(yōu)良的防氧化性、可焊性。

　　六、技術(shù)參數(shù)

　　七、使用效果

　　耐熱性：讀卡器用雙層無膠撓性電路板由于沒有耐熱差的接著劑，所以能夠忍受焊接時(shí)的高溫，長(zhǎng)期使用溫度可達(dá)300℃以上，高溫長(zhǎng)時(shí)間下抗撕強(qiáng)度變化極小。

　　尺寸安定性：尺寸變化受溫度影響相當(dāng)小，即使高溫(300℃)尺寸變化率仍在0.1%之內(nèi)?，F(xiàn)今高階的電子產(chǎn)品如LCD、電視(PDP)、COF基板等皆強(qiáng)調(diào)細(xì)線化、高密度、高尺寸安定、耐高溫及可靠性，雙層無膠撓性板良好的尺寸安定性對(duì)于在智能讀卡器中的應(yīng)用有相當(dāng)大的幫助。

　　抗化性：抗拒化學(xué)藥品性能相當(dāng)優(yōu)異，在長(zhǎng)時(shí)間下抗撕強(qiáng)度無明顯改變，而常規(guī)有膠軟板則因接著劑的耐化學(xué)藥品性不佳，抗撕強(qiáng)度隨時(shí)間增長(zhǎng)而大幅下降。

　　接觸可靠性：焊接部位表面采用鍍金工藝。金與鎳的含量要求相當(dāng)準(zhǔn)確，鎳過多會(huì)使焊盤有裂痕，局部的斷裂，在熱應(yīng)力和機(jī)械應(yīng)力的作用下常會(huì)擴(kuò)展，導(dǎo)致器件的早期失效。通過對(duì)金、鎳含量的多次調(diào)整，最后確定金控制在0.025~0.1μm的厚度，鎳在2.5~5μm，以確保金與銅較強(qiáng)的結(jié)合力。鍍金面的光亮、無雜質(zhì)、無劃痕、無斷裂、強(qiáng)結(jié)合力，在熱應(yīng)力和機(jī)械應(yīng)力的作用下，可以確保接觸的完全可靠性。

　　彎折性：由于此軟板降低了材料厚度，縮小了封裝尺寸，所以可以像紙張一樣隨意彎折。產(chǎn)品試驗(yàn)室經(jīng)過多次包括沖擊、腐蝕、振動(dòng)、溫度變化、紫外線、靜磁場(chǎng)和彎扭等試驗(yàn)內(nèi)容的破壞性試驗(yàn)。每次抗彎扭試驗(yàn)循環(huán)均可過到1萬次以上。
薄型化與柔軟性：由于不需要接著劑，若與傳統(tǒng)雙層軟性板比較，它可以達(dá)成28%的薄型化效果，柔軟性則比傳統(tǒng)雙層軟性板提高89%，因此可以在小型讀卡器框體內(nèi)部作復(fù)雜、微細(xì)的回避卷曲。

傳統(tǒng)雙層與無膠雙層的比較

　　此外，因?yàn)榫€路制程中蝕刻工序之后氯離子的殘留量低，降低了離子遷移性，也增強(qiáng)了細(xì)線路的長(zhǎng)期信賴性，更保證了FPC與智能讀卡器較高的組裝成品率。歐盟于2004年全面禁止含鹵素及鉛等有毒物質(zhì)的產(chǎn)品輸入，雙層無膠撓性板因免除接著劑的使用，無含鹵素物質(zhì)，同時(shí)又可滿足無鉛高溫制程的要求。所以，雙層無膠撓性板在智能讀卡器中的應(yīng)用成了市場(chǎng)的主流。

　　八、結(jié)論

　　讀卡器用雙層無膠撓性板具有投資少、性能高和可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，它的投產(chǎn)較好地解決擴(kuò)大生產(chǎn)、滿足國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)和高新區(qū)內(nèi)的加工需求，增加社會(huì)就業(yè)機(jī)會(huì)，促進(jìn)區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展。項(xiàng)目投產(chǎn)第一年實(shí)現(xiàn)銷售1900萬元，產(chǎn)生凈利潤(rùn)40讀卡器用3萬元，以后每年實(shí)現(xiàn)銷售的增長(zhǎng)率在25％以上，取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。雙層無膠撓性電路板是軟性線路板行業(yè)的工藝技術(shù)創(chuàng)新，它以靈活性、高效率、高可靠性更好地滿足客戶的各種不同需求。透過新技術(shù)的開發(fā)與改善，未來可望應(yīng)用在攜帶型電子機(jī)器以外的領(lǐng)域。

　　文章摘自《印制電路資訊》09年12月第6期

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