电镀铜在电路板上的应用

单面 FPC 单面 FCCL 线路图形转移 覆盖层涂布
后处理
双面 FPC ( 传统制程 ) 双面FCCL
孔形成
通孔电镀
线路图形转移 覆盖层涂布
后处理
双面 FPC (LVH)
双面FCCL 导孔图形转移(单面 )
激光钻孔
导孔电镀 线路图形转移
覆盖层涂布 后处理
图 1 单面及双面的 FPC 制造流程 1) 2)
造过程有以下几种方式: 1.使用环氧树脂作为接着
剂将聚酰亚胺膜与铜箔粘着成品 2.直接将聚酰亚胺 与铜箔热压成品 3.利用溅镀或电镀的方法直接将铜 金属化在聚酰亚胺膜上 4.将液态的聚酰亚胺涂布于
铜箔上。目前使用于 FCCL 的铜箔上主要有两种生 产方式，分别为电镀铜箔及压延铜箔，一般电镀铜 箔有 18 及 12 微米二种厚度规格，而压延铜箔只有 一种 18 微米的厚度规格，由于压延铜箔可挠性会比 电解铜箔好，因此在可挠性要求较高及可靠性较好 的产品如硬盘，就必须采用延压铜箔。但近年来电 解铜箔己大幅改善可挠性的问题，并已大量应用于 光学传输器上。目前不论采用何种生产方式，朝向 更薄铜箔的生产方向发展是未来的必然趋势。 3. FPC 制造流程 如前所述 FPC 分成单面、双面及多层三种，在不同 种类的 FPC 中均有不同的制造流程，如图 1, 2 所示 为不同类型 FPC 的制造流程，其中多层 FPCs 可按 照不同的需求，如不同的结构及功能，采用不同制 造流程。
循环次数 温度 (OC)
单面软板
30 or 500 +125/-65
双面软板
30 or 500 +125/-65
多层软板
30 or 500 +125/-65
高温保存寿命(High Temperature Storage)
单面软板
存放时间 (小时)
500
温度 (OC)
125 or 155
双面软板 500
年
2008~
100~175 um
25~30 um
30~-60 um
100 um 75~100 um
10~15 um 10~12 um
年
2008~
40~80 um
12~18um
30~40 um
2010~ 0.35~0.4 um 25um 40～50 um
180~200 um 150~175 um 80～100 um 15~17 um 9~13 um 8~-13 um
一般来说，在酸性电镀液所沉积出来的铜层具有拉 应力，但应力会在自退火过程中慢慢释放．由于 FPCs 非常薄，很容易受到内应力的影响，而电镀 铜工艺所得铜膜具有较低的内应力因此非常适合应 用于 FPC 。我们可由图 5 进一步了解残余应力与电 镀时间的关系，从图中我们可以发现电流密度也是 影响镀膜残余应力的因素之一，在一般传统电镀铜 工 艺 中 内 应 力 在 电 镀 10 小 时 后 维 持 在 20 MPa ． 虽然按照目前的 FPC 设计，20MPa 的残余 应力在生产上没有什么太大的问题，但在未来朝向 轻薄的发展趋势下，将会面临问题．在这个新的电 镀铜工艺中，我们发现镀膜的内应力在电镀 7 个小 时就维持在 15 MPa ．相对于传统电镀工艺所沉积 出来的铜膜具有较低残余应力。
多层软板
1,000,000 2.0
+45/-5 or +65/-10
耐折强度(Folding Endurance )(M.I.T. Test) JIS C5016 8.7
单面软板
双面软板
最少弯曲次数 弯曲半径 (mm) 重量 (N) 温度 (OC)
3,000,000 or 10,000,000 0.8 4.9
125 or 155
多层软板 500 or 1000 100 or 125
于表 2 部分我们列出软性电路板目前及未来所需的 规格要求，我们可发现随着电子产品的小型化，轻 薄化，FPC 亦朝向线路高密度化及轻薄化的趋势发 展。
表 2 目前及未来对软性电路板的规格要求 4)
多层软性电路板
软板厚度 (*6 层) 外层线路厚度 外层线宽厚度 通孔直径 内层导孔(IVH)直径 导孔直径 通孔电镀厚度 内层导孔电镀厚度 导孔电镀厚度
+45/-5 or +65/-10
多层软板
温度循环(Thermal Cycle)
单面软板
双面软板
多层软板
循环次数 温度 (OC)
500
500
500
+115/-40 or +125/-65 +115/-40 or +155/-65 +115/-40 or +125/-65
温度冲击(Thermal Shock)
后处理
图 2 多层 FPC 制造流程 1) 2)
印刷線路板技術 科技专刊
4. FPC 的性质与规格需求 由于电子产品的不同需求，FPC 必须具有不同的机 械性质，如表 1 所示，不同类型的 FPC 有不同的机 械性质要求，其中弯曲强度与抗弯疲劳强度为主要 考虑因素，其原因在于软板与硬板的性能要求不 同，软板需在活动的操作条件及狭窄的空间内提供 与电子组件稳定的连接线路。
5
10
15
20
25
Passage of time after plating (hrs)
图 5 电镀铜层的残余应力与电镀时间的关系图
6.2 热/机械性质可靠性 关于镀膜的可靠性，由于在电子组装过程中所使用 的温度会不断的提高以及上无铅焊剂工艺均是高温 下进行，因此热可靠性的试验温度必须高于上述温 度。同样，电镀铜工艺必须提供良好镀膜性质才能 适应组装时及细线路布置上的突然变化。一般而 言，当电镀铜层厚度过薄时，在热冲击情况下很容 易就使铜膜产生断裂，并致使层与层之间的连通中 断。如图 6 所示，FPC 通孔经漂锡试验后，在传统 产品中可发现断裂而在新产品中虽然沉积厚度很 薄，但没有发现任何断裂，因此新的产品有助于改 善组装上遇到的问题.
拉伸 压应力
收缩 拉应力
图 4 FPC 在电镀铜后铜层应力造成尺寸改变示意 图
Internal stress (MPa)
35 30 25 20 15 10 5 0
0 -5 -10 -15
Conventional Product 2ASD Conventional Product 3ASD New Product 2ASD New Product 3ASD
双面软性电路板
软板厚度 线路厚度 线宽厚度 通孔直径 导孔直径 通孔电镀厚度 导孔电镀厚度
单面软性电路板
软板厚度 线路厚度 线宽厚度 *excl. TAB & COF
年
2008~
0.4～0.5 um
25～30 um
45～70 um
200~225 um 150~200 um 100 um
15~20 um 10~13 um 9~-13 um
1.FPC 的应用 由于 FPC 具有轻、小、可挠性以及可依照产品的需 求而改变形状的特性，因此 FPC 可应用于： 行动 电话的液晶显示器外壳、塑性铰部份、按键、电池 外壳及接口组件等。除此之外 FPC 也具有以下特 质：1.可在较小的空间进行布线 2.可连接电子组件 及主机板 3.布线密度较高，具有此特质的 FPC 可应 用于硬盘、数码相机及数码摄影机的内部光传输器 与接口连接线路。FPC 的应用层面相当的广泛， FPC 的种类不同，应用层面也有所不同，一般而言 分成单面、双面、多层三种类型软性电路板，其中 单面与双面软性电路板广泛应用在个人计算机、移 动电话、光传输器、硬盘上，而多层软性电路板主 要应用在行动电话、光学传输器、MP3 随身听、数 码相机及数码摄影机上。多层软性电路板的生产比 例只占软性电路板的 3~4%，主要是由于高密度布 线的软性电路板在电子产品的设计需求中仍占少 数。
表 1 FPC 的相关性质的可靠性要求表 3)
弯曲强度(IPC method ) JIS C5016 8.6
单面软板
最少弯曲次数
1,000,000 or 3,000,000
弯曲半径 (mm) 温度 (OC)
1.5 or 4.0 +45/-5 or +65/-10
双面软板
1,000,000 2.0
+45/-5 or +65/-10
ROHM AND HAAS ELECTRONIC MATERIALS 罗門哈斯電子材料
CIRCUIT BOARD TECHNOLOGIES 印刷線路板技術
Technical Communications 科技专刊
Electrolytic Copper Plating Technology for Flexible Printed Circuit Board Fabrication
传统产品 失败 (孔壁断裂)
2.FPC 材料 FPC 的 主要 成份 是聚酰亚 胺(Polyimide, PI) ，在 FPC 应用上的聚酰亚胺膜厚约为 12.5~25 微米，在 未来必朝向更薄的趋势发展。一般而言在 FPC 制程 中会 将聚酰亚胺与铜箔制做成软性铜箔基板 (Flexible Copper Clad Laminate, FCCL)，其主要制
通孔与导孔形成
导通孔采 ?或??金用 直? 属接化
除 除油 油
酸 酸浸 浸
电镀铜（与均填匀孔电镀与
填孔电镀） )
烘干 烘
线路图型转移工艺
图 3 电镀铜的流程 电镀铜、烘干、线路图形转移工艺。 同时，由于 FPCs 薄且可挠曲，在设计及制造 FPC 过程也将会 遇到一些问题。正如文章之前所描述的，电镀铜过 程会影响到布线、基板尺寸与热、机械性质，因此 在电镀铜过程必须达到以下的要求： 1) 电镀后样品尺寸不能有所改变 (线路布置) 2) 具有良好的热 /机械性质可靠性(使用环境, 组件组 装) 3) 对所有金属化工艺的化学品有良好的兼容性(制程
过程) 4) 板面镀层均匀 (线路布置) 5) 镀层表面平整 (线路布置)
6. 高性能的电镀铜工艺 为了实现 FPC 高密度的布线配置，改善电镀铜工艺 是刻不容缓的，接下来我们将介绍一个全新的电镀 铜的工艺，并与传统电镀工艺进行比较。
印刷線路板技術 科技专刊
6.1 尺寸安定性(线路布置) 为适应高密度线路布置的发展趋势，其主要影响因 素—重合公差需要首先改善。降低重合公差必须以 保证制程中样品尺寸安定性为前提。在 FPC 制作过 程中会影响尺寸安定性的主要因素有：材料性质、 镀层的性质与制程参数等。而在电镀过程中影响镀 层性质的最主要因素是内应力：在 FPC 制程中的相 对于其它的金属化工艺，电镀铜占了绝大部份，因 此内应力间接成为影响尺寸安定性最主要的原因。 通常在蚀刻、线路图形转移工艺均会产生内应力的 问题。内应力对尺寸安定性的影响，如图 4 所示： 在电镀铜完成后样品分别在有压应力及拉应力情况 下尺寸受到拉伸及收缩应力的影响导致改变。
电镀铜技术在软性电路板上的应用
November 2008 2008年11月
本文同步发表于 PCB007 网站
印刷線路板技術 科技专刊
电镀铜技术在软性电路板上的应用
Βιβλιοθήκη Baidu
前言 软性电路板(Flexible Printed Circuit boards, FPC)被 广泛应用于各种电子产品中是由其特殊的机械性质 决定的。在电子产品轻、薄、短小且多功能的设计 趋势下，FPC 将仍然是一个不可或缺的主要材料。 本文将介绍应用于 FPC 制程上的新颖电镀铜技术， 此技术不但可改善 FPC 制程且能实现电子产品更多 功能的设计。
多层 FPC
(4 层)
内层 FPC（双面）
外层铜箔层压板
通孔形成
通孔电镀
多层 FPC
（增层 6 层）
双面覆铜箔层压 通孔形成 通孔电镀
线路图形转移
线路图形转移
单面覆铜箔层压板(1)
涂布防焊绿漆层
激光钻导孔
后处理
导孔电镀 线路图形转移
单面覆铜箔层压板(2)
激光钻导孔 导孔电镀
线路图形转移 涂布防焊绿漆层
2010~ 80~175 um 20~30 um 25~-60 um 75~100 um 75~100 um 10~15 um 8~10 um
2010~ 35~80 um 9~18 um 2~-30 um
5. 关于 FPC 的电镀技术 在双面或多层的 FPC 的制程中，层与层之间的通孔 及导孔的金属化主要采用无电镀铜与电镀铜技术。 针对双面 FPC，还可采用直接电镀将导孔及通孔金 属化后，再进行电镀铜的工艺．因此电镀铜在 FPC 制程中是一种不可或缺的技术，因为它关系着线路 布置、基板尺寸设计、热同机械性质的可靠性等。 一般的电镀铜工艺如图 3 所示，其步骤如下：通孔/ 导孔的形成、导通孔金属化、除油、酸浸、