這種兩層軟性電路取消了黏合劑——銅直接沉積在聚醯亞胺上面,因此厚度可以薄至30μm,走線間距小於15μm(0.6mil)。因此,在操作加工好的面板時必須特別小心,防止起皺、被拉伸或刮擦。

軟性電路既有的精密物理特性向業界提出了一些關鍵的製造挑戰,這些挑戰解決不好就很可能影響良率,並潛在影響設計的可行性。為了應對這些挑戰,業界開發出了許多軟性支撐技術,這些技術不僅可以支援大規模的軟性印製電路(FPC)生產,而且可以確保高品質的良率和輸出。越來越多的軟性電路供應商開始採納先進的軟性製造技術來提高製造效率和良率,並保持低成本和市場競爭優勢。

軟性印製電路的生產設計和製造有別於剛性PCB,在過去十年中,用於支持精密軟性PCB生產並且涵蓋所有生產階段的新方案層出不窮。傳統片到片(sheet-to-sheet)材料處理製程的改進和最近的自動化卷對卷(R2R)製程不斷推動著軟性電路生產可滿足越來越高的市場需求。如果你的工作涉及軟性電路,下面介紹的一些技術你應該要知道。

軟性CAM和CAD解決方案:更好地控制從設計到生產的整個過程

專門針對軟性電路開發的可製造性設計(DFM)軟體工具有助於在設計階段消除生產問題。這些先進的工具可用來實現人工編輯過程的全自動化,從而減少錯誤和關鍵的迴圈次數,在今天許多可用的軟性DFM工具中,有自動的連接點彎曲和表面平滑,也有自動的覆蓋層和阻焊層優化,它們可使設計達到更快的速度、更高的品質和更高的精準度。

基於工具的軟性電路設計分析器可以提供更多的控制功能,它能幫助工程師在設計加工之前、期間和之後對設計進行檢查。它們可以用來檢查軟性電路板的結構約束條件,並報告與加強劑、空氣間隙、預彎曲區域、經常移動的元件、導線重疊和連接,以及阻導層有關的問題。

20170516NT01P1 智慧型手機設計中的多個軟性電路。

可用於軟性印製電路設計的專用CAD和CAM工具有很多,比如Mentor Graphics的Xpedition、Frontline的GenFlex和InCAM Flex。

可實現高密度和高良率軟性面板的雷射鑽孔技術

雷射鑽孔與佈線在軟性印製電路生產中很常見。在高密度軟性製造過程中,紫外線雷射鑽孔技術可以用來直接在銅和聚醯亞胺層上鑽直徑70μm以下的過孔。高精度雷射鑽孔能夠捕獲面板上的目標,精確地對齊鑽孔位置,以確保過孔的最佳對準結果。雷射機械裝置也用於PCB中常見的精確精細佈線和槽道切割,雷射鑽孔支持基於片基(sheet-based)的生產,最近也被用於卷對卷生產模式。

雷射直接成像(LDI):用於非平面軟性材料的精確和失真補償

目前為止,先進的軟性電路供應商主要依靠LDI設備和基於片材的成像技術一起生產雙面軟性、剛軟結合和多層軟性材料。LDI因具有以下特點有助於克服軟性生產挑戰:

1.高精度的景深(DOF)光學:

可以在表面不是很平,以及表面高度變化在100μm~300μm之間的軟性材料上成像精細走線。具有大規模光學(LSO)技術的LDI可提供超過300μm的景深,因此可以確保在任何軟性表面上實現最佳走線品質和均勻性。景深小於100μm的其他較低精度成像光學架構形成的走線品質就較低,並且不均勻,最終會影響良率。

2.失真補償:

聚醯亞胺軟性材料在生產過程中容易變形和拉伸。為了補償這種變化,每片軟性片都要經過測量,然後用補償校正後的影像進行成像,才能確保精確地對齊圖案和鑽孔。只有具有高對準精度的直接成像解決方案才能根據每個測量過的片材修改和校正圖案影像。這種方案可精確對準圖案與過孔,支援小捕獲焊盤和高密度,因而可實現高良率的軟性印製電路生產。

20170516NT01P2 用折疊式軟性電路連接手機中的電子元件。

LDI已被用於80%以上片材方式的大規模精細走線軟性印製電路生產。在卷對卷生產基礎設備中對LDI的需求也在不斷增長,用於軟性卷軸的LDI技術正在開發中。

自動光學檢查(AOI):實現更高水準的品質檢查

大多數軟性印製電路產品是雙面或單面的。一般來說,這些產品並不需要進行AOI。在過去5年中,精細走線軟性電路已經成為智慧型手機互連的主要元件,導致整合設備製造商要求更高品質控制的單面和雙面軟性電路,從而使得AOI水準的檢查成為強制要求。

聚醯亞胺基材是透明的,因此在檢查方面極具挑戰性。新開發出來的AOI檢查工具具有多種成像功能,能夠全面掃描軟性印製電路,確保透過全面檢測不會從底部的圖案層出現錯誤。

AOI通常涉及在檢查和驗證階段進行面板片材的人工作業。這種手工方法存在操作方面的挑戰,經常會損壞易碎的軟性印製電路片材,使得碎片顯著增加。

自動操作核心超薄的軟性片材是主要的技術挑戰,因此轉到卷對卷操作模式進行檢查和驗證的需求與日俱增。

今天在亞太地區約有100個AOI系統使用卷對卷的檢查和驗證模式,主要用於智慧型手機的生產。這些AOI不僅用於單面和雙面軟性電路,也用於剛性層和多層軟性電路的內層檢查。

自動光學整形:通過恢復軟性印製電路碎片提高良率

由於精細走線的雙面軟性印製電路核心只有30μm,因此缺陷的人工修復或返工在過去一直沒能實現——有缺陷的軟性印製電路基本上直接被廢棄。但在過去3年中,業界開發出了全自動的銅整形解決方案,可用於整形和挽救精細的軟性印製電路。這種自動化的光學整形解決方案使用先進的螢光成像和雷射切割工具,它們在一個閉環的整形系統中聯合工作,在沒有滲透的情況下就能消除細微的短路,而且不會損壞軟性印製電路。這些受損的軟性電路得到恢復,不再被拋棄,從而提高了最終良率,節省了顯著的生產成本。最近在卷對卷模式中也實現了自動光學整形技術。

用於阻焊軟性層的直接成像(DI)

沒有增強玻璃纖維的纖薄軟性產品在生產過程中容易移動和變形,這些變形在整個生產過程中不斷累積,需要在阻焊階段進行校正。這就解釋了智慧型手機軟性印製電路的阻焊層越來越多使用直接成像,以及直接成像成為高良率、大批量軟性印製電路生產的一種可選解決方案的原因。

卷對卷處理:消除損壞

雖然片到片製程的發展受到多步驟批量處理過程和小基板尺寸的阻礙,但卷對卷處理製程支援高速、連續地處理通常100m長的長軟性捲筒。利用這種方法可以顯著地提高生產效率,一卷長的連續生產捲筒可以生產出上萬個小型軟性印製電路。卷對卷模式不僅可以適應單面和雙面軟性電路,而且適應多層軟性電路的內層處理。

卷對卷處理基礎設施要求在所有上述生產設備的定制化,以及包括化學生產線在內的其他製程方面作出較大的提前資本投資。這種投資比片到片製程要求的大得多,因此軟性電路供應商對卷對卷的接納度有所保留是可以理解的。然而,透過消除軟性電路操作損壞,使用卷對卷製程獲得更高品質和更高良率的好處使得它極具成本效益。

小結

軟性印製電路對於種類廣泛的應用來說是無價之寶—更不用說現代智慧型手機了,在這些應用中軟性印製電路可以提供高水準的圖案密度和互連折疊功能。這種技術支援高效的纖薄產品設計,而這樣的設計是傳統剛性PCB所無法實現的。但生產這些超薄、軟性和精密互連面臨諸多的挑戰。在整個生產過程中特別需要關注的是確保這些軟性電路帶來的技術優勢不會被低良率和低製造效率所沖淡,而後者最終會提高最終設備的成本。

利用高效率的卷對卷處理製程和先進的雷射鑽孔、自動光學成像和直接成像技術,再加上針對軟性電路優化的軟體工具,軟性電路供應商正在取得全新的規模經濟效應,並為設計工程師提供在競爭激烈的市場中實現產品差異化所需的高度可靠的、高度通用的軟性電路。

20170516NT01P3 典型的多層剛軟結合設計(左)、高速連續卷對卷處理(右)。