撓性印制電路板的發(fā)展機(jī)遇與挑戰(zhàn)

何 波（珠海元盛電子科技股份有限公司，廣東 珠海 5190602）張 庶 向 勇（電子科技大學(xué)能源科學(xué)與工程學(xué)院 電子薄膜與集成器件國家重點實驗室，四川 成都 611731）

撓性印制電路板的發(fā)展機(jī)遇與挑戰(zhàn)

何 波
（珠海元盛電子科技股份有限公司，廣東 珠海 5190602）
張 庶 向 勇
（電子科技大學(xué)能源科學(xué)與工程學(xué)院 電子薄膜與集成器件國家重點實驗室，四川 成都 611731）

撓性印制電路板和剛撓結(jié)合板向多層超薄高密度方向變化的趨勢，必然帶動上游的材料、工藝、設(shè)備等的相應(yīng)發(fā)展，并激發(fā)新技術(shù)的出現(xiàn)。本文討論了當(dāng)今撓性印制電路板和剛撓結(jié)合板在材料和技術(shù)方面的發(fā)展趨勢，介紹了撓性印制電路板的一些有潛力的應(yīng)用方向，對其今后發(fā)展的挑戰(zhàn)和機(jī)遇進(jìn)行了分析。

撓性印制電路板；剛撓結(jié)合板；高密度

1 引言

電子產(chǎn)品的輕薄化和多功能化的趨勢必定要求上游的印制電路板技術(shù)不斷向高密度化、高精度化、微小化、高速化進(jìn)步。撓性印制電路板由于使用撓性基底，并具有可折疊的優(yōu)點，相對于剛性印制電路板具有輕便、體積小的特點，近年來越來越多地被用在了電子產(chǎn)品中。隨著撓性印制電路板技術(shù)和工藝的不斷完善，剛撓結(jié)合（Rigid-Flex）、高密度任意互連（HDI）撓性電路板等高端印制電路板技術(shù)也在高速進(jìn)步發(fā)展。

IPC的報告顯示，2012全球PCB銷售總額為603億美元左右，其中撓性印制電路板占約15%的份額。并且，隨著智能手機(jī)和平板電腦等智能終端電子產(chǎn)品的興起，市場對撓性印制電路板、剛撓結(jié)合板、HDI產(chǎn)品需求增長明顯?？梢灶A(yù)見，撓性印制電路板技術(shù)在將來仍然會是PCB領(lǐng)域的發(fā)展熱點。PCB的發(fā)展同材料和技術(shù)工藝的發(fā)展密切相關(guān)，因此，本文將就撓性板領(lǐng)域新材料和新技術(shù)的發(fā)展機(jī)遇和挑戰(zhàn)進(jìn)行綜述分析，并對剛撓結(jié)合板的發(fā)展動向著重討論。

2 新材料和新技術(shù)的發(fā)展趨勢

撓性印制電路板的革新對新材料的發(fā)展有著很高的依耐性。撓性板中所用到的絕緣基材、粘結(jié)劑、金屬箔、覆蓋層、增強(qiáng)板等材料的革新，都可以使電路板向著更高性能方向發(fā)展。因為撓性電路板的制作對各材料的匹配性要求較高，所以多樣化的材料體系將為制造商提供多種選擇和多種組合。這些材料的性能主要體現(xiàn)在熱膨脹系數(shù)、吸水率、撓折程度和撓折壽命等。

PCB產(chǎn)業(yè)中的新材料和新技術(shù)發(fā)展總是相互促進(jìn)，撓性PCB因為其性能要求高，這一點表現(xiàn)得更為突出。例如，微孔加工技術(shù)是PCB革新的核心技術(shù)之一，在近幾年來其發(fā)展速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)比蝕刻、鍍層、連接等技術(shù)快。在撓性板的微孔加工過程中，通常會考慮各層不同材料的機(jī)械強(qiáng)度和變形系數(shù)，對孔制作引起的變形作用進(jìn)行預(yù)測，最終實現(xiàn)精確的微孔加工。

撓性PCB技術(shù)因為采用柔性基底，同近年來興起的印制電子（Printed Electronics）技術(shù)具有一定的兼容性和互補(bǔ)性，如何將打印技術(shù)用于加成法制作印制電路是撓性PCB領(lǐng)域的一個新課題。這對撓性PCB的材料和工藝的兼容性以及印制電子的墨水、基底材料等提出了嚴(yán)峻的要求。

材料和技術(shù)的發(fā)展進(jìn)步可以進(jìn)一步促進(jìn)撓性板的應(yīng)用范圍。例如，目前市面上主流的LED用PCB都采用剛性板結(jié)合金屬背面的設(shè)計。隨著材料耐熱性能的完善，撓性會將被用在輕薄型的LED產(chǎn)品中。另一個引入矚目的撓性板應(yīng)用方向是車用PCB。目前，車用電氣部分主要采取電線連接，等效的薄型撓性印制電路板將比電線輕70%。如果能實現(xiàn)高分子材料的突破，把撓性PCB的高溫穩(wěn)定工作范圍從目前常見的100 ℃ ～ 125 ℃提高到200 ℃甚至更高的溫度，再結(jié)合高效優(yōu)良的電氣感應(yīng)和控制性能，撓性PCB將在車用PCB中占據(jù)重要的一席之地。

3 剛撓結(jié)合板的發(fā)展趨勢

剛撓結(jié)合板結(jié)合了撓性板和剛性板的優(yōu)點，被廣泛引用與電子產(chǎn)品中。前面所述的撓性板技術(shù)發(fā)展的問題同樣也適合于剛撓結(jié)合板技術(shù)發(fā)展中，并且由于剛撓結(jié)合板中涉及到材料的性能差別相對更大，所以這些技術(shù)挑戰(zhàn)歸根結(jié)底大部分都是材料組合的選擇問題。例如，在多次層壓過程中，需要考慮各層材料在各個方向上的熱膨脹系數(shù)差異，結(jié)合補(bǔ)強(qiáng)和增強(qiáng)板的使用，進(jìn)行變形補(bǔ)償，實現(xiàn)高精度的對位層壓。

同時，剛撓結(jié)合板的結(jié)構(gòu)設(shè)計也一直是該領(lǐng)域的發(fā)展熱點。一般來說，對同一功能的剛撓結(jié)合板有多種可能的設(shè)計方案，實際設(shè)計時需要從產(chǎn)品的可靠性、所占空間、重量、組裝的難易程度等多方面綜合考慮，并結(jié)合制造商的生產(chǎn)能力，綜合考慮材料因素，進(jìn)行設(shè)計優(yōu)化，選取成本最低的方案。例如，常見的3層～8層剛撓結(jié)合板可以由使用粘膠或不使用粘膠的柔性覆銅板生產(chǎn)。類似的，剛撓結(jié)合板中的撓性區(qū)域覆蓋層也有多種結(jié)構(gòu)，圖1中列舉了三類常見的剛撓結(jié)合板的覆蓋層結(jié)構(gòu)。

圖2 三類剛撓結(jié)合板結(jié)構(gòu)[1]

剛撓結(jié)合板的一個重要研究方向的埋置元件PCB的生產(chǎn)，大多數(shù)時候要求產(chǎn)品在剛性區(qū)域?qū)崿F(xiàn)電阻、電容的埋置，并且不影響柔性區(qū)域的性能。這項應(yīng)用再次對材料提出了嚴(yán)格要求，例如杜邦公司開發(fā)出了一類新型柔性基底材料，結(jié)合了聚酰亞胺的優(yōu)良介電性能和含氟高分子的低介質(zhì)損耗因子。由該材料復(fù)合成的覆銅箔可以很好地實現(xiàn)元件埋置。另外，撓性電路板適用于芯片級封裝技術(shù)，埋置元件的PCB結(jié)構(gòu)也為封裝技術(shù)提出了挑戰(zhàn)和要求。

4 展望

撓性印制電路板向多層超薄高密度方向變化的趨勢，必然帶動上游的材料、工藝、設(shè)備等的相應(yīng)發(fā)展，并激發(fā)新技術(shù)的出現(xiàn)?？梢灶A(yù)見，在未來短期甚至長期過程中，撓性PCB的重要發(fā)展方面將集中在：（1）更輕更薄的電路板結(jié)構(gòu)；（2）更高的數(shù)據(jù)處理速度；（3）更高的適用工作溫度；（4）更高密度和多功能化的結(jié)構(gòu)；（5）更大面積和更耐撓曲的PCB；（6）埋置元器件；（7）電路-光路混合板；（8）與印制電子結(jié)合。

在提供機(jī)遇的同時，這些具有希望的應(yīng)用前景都對撓性印制電路板的材料、技術(shù)和設(shè)計提出了巨大的挑戰(zhàn)。所以，堅持技術(shù)革新和自主技術(shù)研發(fā)，是實現(xiàn)我國撓性印制電路板乃至整個PCB產(chǎn)業(yè)自主創(chuàng)新、做大、做強(qiáng)、做精的必經(jīng)之路。

[1]NettingK. Flex and Flex-Rigid PCB Technologies and Trends[J]. The PCB Magazine,2012(9):12.

[2]GallegoV and Tulman R. Registering Hgh-End Rigid-Flex Multilayers for Lamination[J]. The PCB Magazine, 2013(9):12.

何波，高級工程師，副總經(jīng)理，現(xiàn)主要從事?lián)闲杂≈齐娮庸に嚰夹g(shù)的研究工作。

Opportunities and challenges in the development of flexible Printed Circuit Board

HE Bo ZHANG Shu XIANG Yong

The development of flexible and rigid-flexible printed circuit has been following the trend of being more layers, thinner and higher density. This trend will lead to the development of corresponding materials, processing, equipments, and motivate new technologies. This paper discusses the development trends of materials and technologies for flexible and rigid-flexible printed circuit, and introduces some promising applications for flex and rigid-flex circuits, and discusses the opportunities and challenges of them.

Flexible Printed Circuit Board; Rigid-Flexible Circuit Board; High Density

TN41

A

1009-0096（2014）01-0016-02