一文了解FPC柔性電路板

什么是FPC？

隨著社會的不斷進步，電子行業(yè)的不斷更新?lián)Q代，傳統(tǒng)的PCB已經(jīng)不能滿足所有電子產(chǎn)品的需求，F(xiàn)PC的市場需求也越來越大，有很多朋友還不是很清楚FPC是什么，下面來簡單的介紹一下:

FPC全稱：柔性印制電路板（Flexible Printed Circuit），以質(zhì)量輕、厚度薄、三維空間內(nèi)可自由彎曲折疊等優(yōu)良特性而備受青睞。

FPC是上世紀70年代美國為發(fā)展航天火箭技術發(fā)展而來的技術，是以聚脂薄膜（PET）或聚酰亞胺(PI)為基材制成的一種具有高度可靠性，絕佳撓曲性的印刷電路，通過在可彎曲的輕薄塑料片上，嵌入電路設計，使在窄小和有限空間中堆嵌大量精密元件，從而形成可彎曲的撓性電路。此種電路可隨意彎曲、折疊，重量輕，體積小，散熱性好，安裝方便，沖破了傳統(tǒng)的互連技術。在柔性電路的結(jié)構(gòu)中，組成的材料是絕緣薄膜、導體和粘接劑。

其實FPC不僅可以撓曲，同時也是連成立體線路結(jié)構(gòu)的重要設計方法，這種結(jié)構(gòu)搭配其它電子產(chǎn)品設計，可以廣泛支援各種不同應用，對于PCB而言，除非以灌模的方式將線路做出立體形態(tài)，否則電路板一般狀態(tài)都是平面的。因此要充分利用立體空間，F(xiàn)PC就是良好方案之一。PCB目前常見的空間延伸方案，就是利用插槽加上介面卡，但是FPC以轉(zhuǎn)接設計就可以完成類似結(jié)構(gòu)，且方向調(diào)整也比較有彈性，利用一片連接FPC，可以將兩片PCB連接成一組平行 線路系統(tǒng)，也可以轉(zhuǎn)折成任何角度來適應不同產(chǎn)品外型。

FPC可以在一定程度上節(jié)約電子產(chǎn)品的內(nèi)部空間，使產(chǎn)品的組裝加工更加靈活。比如在智能手機中LCD/OLED、AMOLED屏幕顯示面板就是通過FPC進行連接的，在筆記本電腦，數(shù)碼相機，以及醫(yī)療，汽車，航空航天等領域同樣有廣泛的應用。

什么是R-FPC

R-FPC，全名為Rigid Flexible Printed Circuit，是指一種剛性柔性印制電路板，俗稱軟硬結(jié)合板。這種電路板兼具硬板（PCB）和軟板（FPC）的優(yōu)點，能夠在密集布線和高密度連接的應用中有很好的表現(xiàn)。因為硬板（PCB）與軟板（FPC）的誕生與發(fā)展，催生了R-FPC這一新產(chǎn)品。因此，R-FPC就是硬板（PCB）與軟板（FPC），經(jīng)過壓合等工序，按相關工藝要求組合在一起，形成的具有FPC特性與PCB特性的線路板。

R-FPC中硬板（PCB）通常采用FR-4材料，而軟板（FPC）通常采用聚酰亞胺薄膜（PI）。這些材料能夠提供良好的機械性能、電氣性能和耐溫性能。其主要特點包括：

1,高密度布線能力：由于軟板（FPC）可以彎曲并將電路連接到必要的位置，因此能夠在小尺寸和高密度應用中使用。

2,高可靠性：R-FPC采用先進的制造工藝和材料，既能確保電路的穩(wěn)定性，同時也能提高電路板的可靠性。

3,良好的機械性能：硬板（PCB）與軟板（FPC）的組合可為電路板提供良好的剛性和彈性，使其具備超過常規(guī)電路板的抗振性和抗扭曲性能。

4，較長的使用壽命：與一般電路板相比，R-FPC具有更長的使用壽命和更好的性能穩(wěn)定性，能夠在各種惡劣的氣候和環(huán)境中保持良好的性能。

5，省空間：R-FPC將硬板（PCB）與軟板（FPC）結(jié)合在一起，所以它能夠比傳統(tǒng)電路板更省空間，為應用提供了更大的靈活性和設計自由度。

R-FPC的主要應用包括手機、平板電腦、筆記本電腦、醫(yī)療儀器、汽車電子和消費電子等。由于其優(yōu)異的性能和設計自由度，越來越多的企業(yè)采用R-FPC來取代傳統(tǒng)電路板，為產(chǎn)品提供更優(yōu)質(zhì)的性能和更高的可靠性。

FPC的基材

前面簡單介紹過FPC，今天我們來介紹下FPC的基材，F(xiàn)PC的基材構(gòu)成主要包括以下三種材料：

1，絕緣層：FPC基材的絕緣層主要通過在導電層兩側(cè)涂覆聚酰亞胺薄膜或者其他絕緣材料來實現(xiàn)。絕緣層的作用是隔離導電層，防止短路和干擾，并提供電路板的電絕緣性能。常見的絕緣層材料就是聚酰亞胺薄膜（PI）和聚酯薄膜（PET），聚酰亞胺薄膜（PI）具有良好的耐高溫性能，能夠在較高溫度下正常工作，通?？沙惺軠囟确秶鷱?200攝氏度到+300攝氏度。這使得FPC適用于高溫環(huán)境和要求高溫穩(wěn)定性的應用，與聚酰亞胺薄膜（PI）相比，聚酯薄膜（PET）的價格要便宜很多，但是它的尺寸穩(wěn)定性不好，耐溫性也較差，不適合SMT貼裝或波峰焊接，一般只用于插拔的連接排線，已經(jīng)逐漸被聚酰亞胺薄膜（PI）取代。常見的聚酰亞胺薄膜（PI）厚度有：1/2mil，1mil，2mil等。

2，導電層：FPC基材的導電層一般采用銅箔（Copper Foil）制成，銅箔具有良好的導電性能和可加工性，能夠提供電路板所需的導電路徑。根據(jù)具體的應用需求，導電層的厚度可以有所不同，常見的厚度有1/3 oz、1/2 oz、1 oz等。

3，粘合層：FPC基材的粘合層就是我們常說的膠層，成分是環(huán)氧樹脂（Epoxy），主要作用就是固定導電層，提高絕緣強度和機械性能，常見基材的粘合層厚度為：13um，20um。

隨著FPC的不斷輕薄化發(fā)展，出現(xiàn)了沒有粘合層的無膠基材，這是通過特殊方法將絕緣層和導電層直接合成的材料，與有膠基材相比，無膠基材有更高的成本、更高的可靠性，更小的尺寸和重量、更高的尺寸穩(wěn)定性以及更容易加工的特點，更適合一些特殊應用領域，例如在醫(yī)療器械、電動汽車等領域，由于對無毒、無味、抗菌等特殊性能的要求較高，采用無膠基材的FPC更加合適。下圖是常規(guī)的基材配置，供大家參考：

FPC基材壓延銅和電解銅的區(qū)別

銅箔（Copper Foil）是銅箔基板外表所覆蓋的金屬銅層,是印制線路板的導體材料使用最多的金屬 ，F(xiàn)PC的制造中常用的兩種銅基板材料是壓延銅（RA）和電解銅(ED)，兩者的主要區(qū)別如下：

1，制造工藝不同：壓延銅（RA）是將銅板經(jīng)過多次重復輥軋而制成，它的結(jié)晶是片狀組織（下圖左），而電解銅(ED)是通過專用電解機在圓形陰極滾筒上連續(xù)生產(chǎn)出的，它的組織是柱狀組織（下圖右）。

2，物理性質(zhì)不同：壓延銅（RA）多數(shù)比電解銅(ED)略薄且彎曲性能更佳，而電解銅通常粗中厚，壓延銅（RA）的表面均勻性和平整度相對電解銅(ED)更佳，但純度可能不如電解銅(ED)的高純度。

3，導電性能略有不同：壓延銅（RA）和電解銅(ED)的厚度越小，則其電阻越大，但是總的來說，電解銅(ED)的電導率略高于壓延銅（RA）。

4，成本不同：通常情況下，壓延銅（RA）的制造成本更高。

綜上所述，在選擇FPC基材時，到底用壓延銅（RA）還是電解銅(ED)需要根據(jù)具體應用場景，綜合考慮材料的物理性質(zhì)、導電性能和成本等因素來做出選擇。在對某種性能有著特殊要求的情況下，如對導電性能、機械強度或柔韌性有高要求的，可根據(jù)技術要求等來選擇適合的材料。一般來說，F(xiàn)PC需要動態(tài)彎折選擇壓延銅（RA），F(xiàn)PC僅需要3-5次彎折（裝配性彎折）選擇電解銅(ED)。

FPC的輔材

FPC的輔助材料主要有3大類：

1，保護膜（Coverlay）：也叫覆蓋膜或者包封，是與基材相同的絕緣材料和膠結(jié)合的一種材料，主要就是保護FPC線路不會短路，起到阻焊的作用。

保護膜一般是三層結(jié)構(gòu)：絕緣材料聚酰亞胺（PI）、膠、離型紙，顏色主要為黃色，白色，黑色等，現(xiàn)在為了滿足一些客戶的特殊要求，也有彩虹色和綠色等保護膜出現(xiàn)，但是價格一般比較昂貴，實際上除了黃色和黑色保護膜外其他顏色保護膜都是在絕緣材料上又刷了一層油墨，會增加保護膜的厚度。

保護膜絕緣材料聚酰亞胺（PI）的厚度有0.5mil，1mil，2mil等；

保護膜膠層的厚度有15um，20um，25um，35um，50um等。

2，補強材料（Stiffener）：是FPC局部區(qū)域為了焊接或者加強而另外加上的硬質(zhì)材料，主要作用就是支撐，增強局部區(qū)域的機械強度和穩(wěn)定性。補強的材質(zhì)一般有以下三種：

①聚酰亞胺（PI）補強：一般用于插拔的金手指背面，增加FPC的厚度和機械強度以適配連接器端子，厚度從0.05mm-0.275mm都有；

②FR-4補強：一般用于芯片或IC背后的支撐，可有效增加FPC的機械強度，提高其抗彎曲和抗拉伸的能力，常規(guī)厚度從0.1mm-1.5mm均有；

③金屬補強：材質(zhì)有鋼片，鋁片，銅片補強等，支撐作用與FR-4類似，但是比FR-4相對多了可散熱、可接地、平整度更高的特點，一般用于高端的芯片或IC背后或一些特殊應用的場合，常規(guī)厚度0.1mm-0.4mm不等，其他厚度也可定制。

3，其他輔助材料：電磁屏蔽膜、純膠膜、壓敏膠（PSA），導電膠膜，PP等。

電磁屏蔽膜主要作用就是抗電磁干擾，用于筆記本電腦、GPS和移動電話等3C產(chǎn)品；

純膠膜屬丙烯酸膠系，主要用于補強膠（FR-4/鋼片等）或多層軟板之間的粘接；

壓敏膠（PSA）就是雙面膠，常見有3M系列和德莎系列，有耐高溫和不耐高溫之分，需要過回流焊的一般選用耐高溫膠，也可用于補強膠；

導電膠膜結(jié)構(gòu)和純膠膜類似，不同的是膠中含有導電粒子，可與金屬補強連接起到接地作用，一般用于金屬補強接地；

PP主要用于軟硬結(jié)合板（R-FPC）中FPC和PCB的粘接或PCB之間的粘接。

FPC常見的四種類型

按導體的層數(shù)和結(jié)構(gòu)的不同，F(xiàn)PC有以下的常見四種類型：

1，單面FPC：只有一層導體，工藝簡單，制作成本相對較低，一般用于消費電子、智能家居等的連接應用。

2，雙面FPC：有上下兩面導體，兩層導體之間要建立電氣連接必須通過一個橋梁--導通孔（via），導通孔是孔壁上鍍銅的小洞，它可以與兩面的導線相連接。這是最常見的一種FPC，廣泛應用于數(shù)碼相機、手持設備、液晶顯示器、醫(yī)療器械、工業(yè)控制等領域。

3，多層FPC：這是一種比較復雜的結(jié)構(gòu)，有至少三層導體，在不同層之間的通路需要通過導通孔連接。多層導體層構(gòu)成了一種高密度、高信噪比的柔性電路板結(jié)構(gòu)，具有優(yōu)秀的防干擾性和抗電磁波干擾能力，它通常被用于數(shù)據(jù)傳輸、信號處理、控制和供電等方面，應用于移動設備、醫(yī)療器械、汽車、智能家居等領域的高端電子產(chǎn)品。

4，R-FPC：俗稱軟硬結(jié)合板，這是一種制造工藝和成本都很高的板型，兼具硬板和軟板的優(yōu)點，因為其優(yōu)勢的性能主要被應用于移動設備、汽車電子、醫(yī)療器械、航空航天等高可靠性場景。

除了以上四種常見的FPC類型外，還有一些特殊結(jié)構(gòu)的板型，例如鏤空板（純銅板）、分層板等，都是因為特殊的應用場合開發(fā)出來，隨著線路板技術和設備的發(fā)展，F(xiàn)PC的結(jié)構(gòu)類型也可能會越來越多，應用場景也必將進一步擴大。

FPC的生產(chǎn)流程簡介

FPC單雙面板的生產(chǎn)流程如下：

單面板：開料→烘烤→貼干膜 →曝光→ 顯影 →蝕刻 → 脫膜→ 前處理 → 貼覆蓋膜 → 壓合 → 固化→表面處理→ 電測 → 裝配 → 壓合 → 固化→ 文字 → 外形→ 終檢→包裝 出貨

雙面板：開料→ 烘烤→ 鉆孔→ 黑孔 → VCP→ 前處理→ 貼干膜 →曝光→ 顯影 → 蝕刻 → 脫膜 → 前處理→ 貼覆蓋膜 → 壓合 → 固化→ 表面處理→ 電測→ 裝配 → 壓合 → 固化→ 文字 →外形→ 終檢→包裝 出貨

對比可以發(fā)現(xiàn)，因為單面板只有一層線路不需要導通孔，所以生產(chǎn)流程中就少了鉆孔以及孔金屬化的過程，其余的生產(chǎn)流程大致相同。

下面將對每個生產(chǎn)工序做個簡單介紹：

開料：按照工單尺寸要求將成卷材料裁切成所需要的尺寸，主要設備就是自動開料機和手動裁切機；

烘烤：烘干基材內(nèi)的水分，避免對后續(xù)生產(chǎn)產(chǎn)生漲縮、分層等影響，主要設備是烤箱，工作參數(shù)為溫度120℃，2H；

鉆孔：在基板上鉆出工藝孔和導通孔，為后續(xù)工藝或孔金屬化創(chuàng)造條件，同時也進行各種輔材膠或補強板的孔加工，主要設備就是鉆機；

黑孔：通過黑孔制程直接在孔壁PI上沉積一層導電碳粉，代替?zhèn)鹘y(tǒng)沉銅，為后續(xù)鍍銅創(chuàng)造條件，主要設備為黑孔線；

VCP：就是垂直連續(xù)電鍍（Vertical conveyor plating），通過電鍍銅的方式將孔壁及面銅厚度加厚至工單（客戶）要求的范圍，工作原理為法拉第定理（鍍層厚度與電流密度、電鍍時間成正比），主要設備為VCP線；

干膜前處理：化學清洗或噴砂處理的方式清潔板面，去除氧化、表面粗化，主要設備有化學清洗線和噴砂線；

貼干膜：在銅箔表面貼上一層感光干膜，作為線路轉(zhuǎn)移的基礎（在萬級無塵車間內(nèi)完成），主要設備為自動貼膜機；

曝光：根據(jù)工單對應的菲林曝光，將電路圖形底片的圖像轉(zhuǎn)移至干膜上（在萬級無塵車間內(nèi)完成），主要設備為自動曝光機；

顯影：利用碳酸鈉藥水把未曝光的干膜溶解，形成干膜圖形；

蝕刻：把未受干膜保護的銅箔咬蝕，形成電路；

退膜：除去保護線路上的已曝光過的干膜，顯影蝕刻退膜設備為水平DES線；

貼覆蓋膜膜前處理：與干膜前處理作用和方式相同；

貼覆蓋膜：將覆蓋膜對準標識線貼在板子上，并用高熱對覆蓋膜進行預固定，覆蓋膜對電路起到絕緣、保護作用（在萬級無塵車間內(nèi)完成），主要設備有自動覆蓋膜貼合機、烙鐵、熨斗等；

壓合，固化：通過高溫高壓壓合、其后高熱烘烤，使覆蓋膜與板間的熱固膠固化，達到兩者緊密結(jié)合的目的，固化工作參數(shù)為溫度150℃，1H，主要設備有快壓機和烤箱；

表面處理：FPC表面處理主要做沉金或鍍金，按客戶要求，利用化學或電鍍原理，將鎳金等金屬沉積至FPC裸露的焊盤上，保護焊盤及維護其可焊性，主要設備為化金線和鍍金線；

電測：通過測試治具或設備檢查板件不同網(wǎng)路之間有無開短路、四線不良等，主要設備為電測機和飛針測試機；

裝配：按對位標示線或孔位，通過手工治具、設備等方法將補強或電磁膜貼到產(chǎn)品上，主要設備有自動補強貼合機，烙鐵、熨斗等，裝配后的壓合和固化作用和方式與貼覆蓋膜后的壓合和固化相同；

文字：通過網(wǎng)印原理將文字油墨印刷到產(chǎn)品上，主要印刷產(chǎn)品型號、生產(chǎn)周期、客戶要求的各類元件標識等，主要設備有絲印機、烤箱、文字噴碼機等；

外形：通過沖床模具沖裁或激光切割形成客戶最終產(chǎn)品外形，主要設備有沖床，激光切割機等；

終檢：通過人工目視、CCD、設備等全檢產(chǎn)品外觀，表面狀況，將良品與不良品分開，并對產(chǎn)品進行可靠性檢測，確認是否滿足客戶要求，主要設備有CCD、AVI、可靠性檢測設備等；

包裝出貨：按客戶的要求進行包裝出貨，主要包裝方式有真空包裝，微粘膜包裝，托盤包裝等，主要設備有自動分堆機、真空包裝機等。

從以上各個生產(chǎn)工序的簡介不難看出FPC生產(chǎn)也需要在各種不同的技術和流程中互相配合，制作過程繁瑣而且難度較大，所以與普通PCB比較，F(xiàn)PC單位面積電路的造價高很多，并且所花費的時間也更多，但是，由于FPC優(yōu)異的柔性、輕薄和可靠性等特性，給眾多領域的設備和產(chǎn)品提供了更廣泛的實現(xiàn)空間和新的設計方案，越來越受到廣大方案工程師的青睞。

R-FPC的生產(chǎn)流程簡介

前面簡單介紹過單雙面FPC的生產(chǎn)流程，今天再來看看R-FPC的生產(chǎn)流程中有哪些不同，因為R-FPC的疊層結(jié)構(gòu)和層數(shù)多樣化，我們就以四層R-FPC中比較普遍的單面硬板+雙面軟板+單面硬板（1+2+1）的通孔疊層結(jié)構(gòu)為例簡單了解，先看其疊層結(jié)構(gòu)：

從疊層結(jié)構(gòu)不難看出，軟板基材選擇一般選用無膠基材，主要就是為了保證孔金屬化的可靠性及軟板區(qū)域的柔韌性，硬板和軟板的粘接膠選用PP保證結(jié)合力，軟板區(qū)域的阻焊是柔軟的覆蓋膜，硬板區(qū)域阻焊為油墨，下面再來看看其生產(chǎn)流程：

從生產(chǎn)流程中可看出軟板基材和硬板基材在壓合前的預加工流程中和普通的軟板生產(chǎn)流程和硬板生產(chǎn)流程完全一樣，在軟硬板壓合后看上去也和常規(guī)的雙面硬板的流程差不多，下面就幾個不同的工序加以簡單說明：

軟板硬板壓合：在高溫高壓下將軟板和硬板壓合在一起，在這個過程中，需要保證軟硬結(jié)合板厚度的平衡性，避免出現(xiàn)起翹現(xiàn)象，主要設備為真空壓機；

開蓋：利用激光切割機，將軟硬交接線位置進行特定程度的激光切割，將硬板部分揭掉，露出軟板部分，主要設備就是激光切割機；

AOI：即自動光學檢查，通過光學反射原理，將圖像傳輸?shù)皆O備處理，與設定的資料相比較，檢測線路的開短路問題，需要注意的是AOI并不能檢測孔銅，主要設備就是自動光學檢測儀；

鉆孔：在軟板硬板壓合前的鉆定位孔主要是鉆方向孔、對位孔、安裝孔、觀察孔和透氣孔，俗稱一鉆，而在軟硬板壓合后的鉆孔主要是為了鉆導通孔，俗稱二鉆，主要設備是鉆機；

PTH：PLATING Through Hole，就是孔金屬化的意思，R-FPC主要采用化學鍍銅（沉銅）的方式，這點和普通的雙面FPC（黑孔）有所不同，主要設備就是沉銅線；

線路：在軟板硬板壓合前的線路為內(nèi)層線路，即軟板上的線路，在軟硬板壓合后的線路為外層線路，即硬板上的線路；

外形：鑼板+激光，硬板區(qū)域外形一般采用鑼邊的方式，而軟板區(qū)域外形采用激光切割或模具沖切的方式，主要設備有沖床，激光切割機，鑼機等。

以上就是今天分享的內(nèi)容；相信大家對FPC板及其加工工藝能夠有一個初步的了解；

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