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读卡器用双层无胶挠性电路板

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2 q  o/ C9 H3 ~' }　　摘要｜文章介绍了一种新型的读卡器用双层无胶挠性电路板，它能够满足被任意弯曲，以及更高密度电子组装技术的需要。通过对生产指标、工艺流程、技术参数、使用效果等多方面的概述，可以确信这类新技术产品在电子组装上的应用，非常具有竞争力。
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% W9 V7 n( l" P2 x  E( `　　一、前言

　　挠性电路板(FPC)具有柔软、轻、薄及可挠曲等优点，在资讯电子产品快速走向轻、薄、短、小的趋势下，广泛应用于汽车、手机、手提电脑、电子产品、数字通讯、航天、计算机及家电等领域行业。

# c) v" ~2 F# {4 |* j0 Z4 D8 c4 V　　读卡器用双层无胶挠性电路板主要应用于公用电话、POS机、ATM机、售饭机、加油机、税控机等读卡器中。
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　　传统单层、双层挠性电路板主要是以PI膜/接着剂/铜箔之三层结构为主要材料，接着剂是以Epoxy/Acrylic为主，但接着剂的流动性及其热膨胀系数大，耐热性与尺寸安定性不佳，长期使用温度限制在100℃-200℃，单层挠性电路板还容易受到噪讯影响，使得传统单、双挠性板的应用区域受限。

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　　双层无胶挠性电路板是从耐高温、尺寸安定、易弯曲的需求角度设计的，不需使用接着剂，耐化学药品性和电气性能更佳，同时添加了电磁波遮蔽设计，因而增加了产品长期使用的依赖性及应用范围。


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& N2 U! _  _7 C- M　　在需要弯曲或狭小空间的电器部件中，具有减少接头、电线和减少电子器材的体积、重量的优势，提供机械上的可弯曲性、振动上的稳定性，并能够加强连接。

　　二、生产工艺的特点及设备的先进性

8 t% s6 K! A; h8 a4 |: I  l　　(1)生产工艺的主要特点
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　　生产该产品采用的是国际上通用的成熟水平工艺，布线密度大，基材薄，钻孔孔径小，在相同性能情况下，原料单位耗量小。并且各生产制程配料合理，技术稳定，工艺较先进，在保证产品质量的前提下，做到了生产工艺的清洁性。

　　(2)生产设备的先进性

: A( }5 G$ A' C8 G; A4 Q2 k　　主要生产设备均选用技术先进、性能较好的设备，自动化控制程度较高，运转时能耗低、噪声较小。各工序设备先进、配套合理，运行经济可靠。提高了劳动生产率，生产出的产品精度和成品合格率较高。

　　配套设备清单
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1	层压机	3台
2	曝光机	2台
3	显影机	2台
4	防氧化线	2台
5	印刷先处理线	1条
6	蚀刻去膜线	2台
7	液压升降机	1台
8	储气罐	1台
9	PFB-1A型风淋室	2台
10	PCB数控钻铣机	2台
11	阪神冷冻箱	1台
12	560S型立式投影仪	1台
13	线路板测试机	2台
14	酸性气体吸收塔	1套
15	碱性气体吸收塔	1套
16	有机气体洗涤塔+活性炭吸附装置	1套
17	废水处理系统	1套

/ c0 J4 n" }4 D0 j+ j, J; \9 W; C　　三、生产指标分析

5 u; y4 p6 X, @  z, l　　(1)为节约能源消耗，合理优化生产工艺路线，采用技术先进的生产设备，精度高，节能低噪；
　　(2)在生产过程中，建立严格的原料、化工材料、产品的质量检验标准；选购品质高、满足质量要求的原辅材料，合理控制各种化学药品的用量；根据生产实际需要，选用合理的化学品包装方式，合理的装量大小与贮存量。
　　(3)对生产过程中产生的污染物进行全过程控制和有效防治。对生产中产生的酸碱废气采用填充式洗涤塔进行净化，对有机废气采用活性炭吸附塔吸附处理。对工程中的生产废水，根据水质情况采用相应工艺进行合适处理，使之达到污水处理厂接管要求。
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生产情况一览表

	本项目	一级水平	二级水平
生产工艺与装备要求
电镀铜工艺选择合理性	在满足产品质量要求的前提下，采用了比较清洁的生产工艺	在满足产品质量要求的前提下，采用了最清洁的生产工艺	在满足产品质量要求的前提下，采用了比较清洁的生产工艺
电镀铜装备节能要求	采用节能的电镀装备	采用先进的过程控制水平高的节能的电镀装备	采用节能的电镀装备
清洗方式	根据工艺选择淋洗、喷洗、多级逆流漂洗、回收或槽边处理的方式，无单槽清洗等方式
环境管理要求
清洁生产审核	按照国家环保总局编制的电镀行业的企业清洁生产审核指南的要求进行了审核
环境管理制度	将按照ISO14001建立并运行环境管理体系，环境管理手册、程序文件及作业文件齐备
生产管理	有原材料质检制度和原材料消耗定额管理，对能耗水耗有考核，对产品合格率有考核

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3 r# o+ _8 i5 G5 Y　　生产工艺与装备要求，基本达到二级指标要求，属于国内生产先进水平；资源能源利用指标中，铜阳极球利用率达到一级指标要求，即国际先进清洁生产水平；污染物产生指标中，总铜满足二级指标要求，即国内清洁生产先进水平；废物处理状况达到国际先进的清洁生产水平。

　　四、工艺流程

　　主要生产工艺流程详见下列组图：

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; z0 R0 O% m$ R0 Y　　五、主要工序说明

( N& F. r4 W. v　　(1)开料：将材料用裁刀裁成工艺要求的尺寸。
　　(2)钻基材孔：用数控钻床在材料上钻孔。
: ^# @3 P; l. j: y　　(3)丝印：用聚酯网布当载体，将图案以直接模式转移到网布上，在网布上放置油墨，通过印刷油墨将网布上的图案转移至基板表面。
% {* B- d3 c2 O　　(4)贴膜：采用贴膜机将干膜贴合在铜箔基板表面，使两者紧密粘结。干膜结构有三部分组成：聚酯薄膜、光致抗蚀剂膜及聚乙烯保护膜。
　　(5)曝光：将底片放置在已贴好干膜的铜箔基板表面，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，光透过底片透明部分，使光引发剂吸收光能分解成游离基，游离基再引发光聚合单体进行聚合交联反应，反应后形成不溶于稀碱溶液的体型大分子结构。
　　(6)显影：采用碳酸钠显影液。经曝光后未硬化的干膜会溶解在碱性显液中，从而使得铜箔裸露，硬化的干膜则不受影响，继续附着在铜箔上。显影液为3%的无水碳酸钠水溶液。
　　(7)蚀刻：干膜保护以外的铜箔(不需要的铜箔)被腐蚀掉，在蚀刻过程中，氯化铜中的Cu2+具有氧化性，能将板面上的铜氧化成Cu+，蚀刻反应：Cu＋CuCl2→2CuCl，随着铜的蚀刻，溶液中的Cu+越来越多，蚀刻能力下降速度变快，以至最后失去效能。为了保持蚀刻能力，需要对蚀刻液进行再生，使Cu+重新转变成Cu2+，继续进行正常蚀刻。再生的原理主要是利用氧化剂将溶液中的Cu+氧化成Cu2+。
　　双氧水再生反应为：2CuCl＋2HCl＋H2O2 →2CuCl2＋2H2O
5 R  h. a3 L' \# ?7 ~0 }: h5 l+ @$ l　　(8)去膜/去油墨：用NaOH溶液剥离图形上的干膜，铜箔线路形成。
- ?! Z& }4 _/ y　　(9)表面处理：主要是对线路表面进行清洁处理，去除表面污染和氧化。
5 x2 {3 y, |- h6 D　　(10)电镀：将接触部位镀金。
　　(11)覆膜：在线路表面覆盖绝缘层，保护线路。根据产品的不同要求，绝缘层某些部位需要冲孔或钻孔，以方便各种连接方式。
　　(12)抗氧化：在铜面形成一层均匀坚固的有机保护膜，使板面具有优良的防氧化性、可焊性。
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　　六、技术参数
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技术参数

项目ITEM	数值VALUE
铜导体厚度(OZ)	1/3
聚酰亚胺膜厚度(μm)	12.5
成品总厚度(mm)	0.1～0.12
最小线宽间距(mil)	5
耐焊性	360℃、2S
耐弯曲性	R=7, 180°，10000次，无断路无分层
绝缘电阻DC500V	>100M
导通电阻	<100
允许使用温度	-30℃~+300℃
表面处理	电镀镍金(AU：0.025-0.1μm；NI：2.5~5μm)

　　七、使用效果
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　　耐热性：读卡器用双层无胶挠性电路板由于没有耐热差的接着剂，所以能够忍受焊接时的高温，长期使用温度可达300℃以上，高温长时间下抗撕强度变化极小。
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　　尺寸安定性：尺寸变化受温度影响相当小，即使高温(300℃)尺寸变化率仍在0.1%之内。现今高阶的电子产品如LCD、电视(PDP)、COF基板等皆强调细线化、高密度、高尺寸安定、耐高温及可靠性，双层无胶挠性板良好的尺寸安定性对于在智能读卡器中的应用有相当大的帮助。

2 H; C2 N! _9 W7 h' E* a" [　　抗化性：抗拒化学药品性能相当优异，在长时间下抗撕强度无明显改变，而常规有胶软板则因接着剂的耐化学药品性不佳，抗撕强度随时间增长而大幅下降。
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　　接触可靠性：焊接部位表面采用镀金工艺。金与镍的含量要求相当准确，镍过多会使焊盘有裂痕，局部的断裂，在热应力和机械应力的作用下常会扩展，导致器件的早期失效。通过对金、镍含量的多次调整，最后确定金控制在0.025~0.1μm的厚度，镍在2.5~5μm，以确保金与铜较强的结合力。镀金面的光亮、无杂质、无划痕、无断裂、强结合力，在热应力和机械应力的作用下，可以确保接触的完全可靠性。
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　　弯折性：由于此软板降低了材料厚度，缩小了封装尺寸，所以可以像纸张一样随意弯折。产品试验室经过多次包括冲击、腐蚀、振动、温度变化、紫外线、静磁场和弯扭等试验内容的破坏性试验。每次抗弯扭试验循环均可过到1万次以上。
薄型化与柔软性：由于不需要接着剂，若与传统双层软性板比较，它可以达成28%的薄型化效果，柔软性则比传统双层软性板提高89%，因此可以在小型读卡器框体内部作复杂、微细的回避卷曲。

* w2 X/ N1 r0 O  Z+ X: ?传统双层与无胶双层的比较

	传统双层挠性电路板	双层无胶挠性电路板
质量(%)	100	50(轻量化50%)
厚度(%)	100	78(薄形化28%)
弯曲应力(%)	100	11(柔软性提升89%)

　　此外，因为线路制程中蚀刻工序之后氯离子的残留量低，降低了离子迁移性，也增强了细线路的长期信赖性，更保证了FPC与智能读卡器较高的组装成品率。欧盟于2004年全面禁止含卤素及铅等有毒物质的产品输入，双层无胶挠性板因免除接着剂的使用，无含卤素物质，同时又可满足无铅高温制程的要求。所以，双层无胶挠性板在智能读卡器中的应用成了市场的主流。

　　八、结论

　　读卡器用双层无胶挠性板具有投资少、性能高和可靠性高等优点，它的投产较好地解决扩大生产、满足国内外市场和高新区内的加工需求，增加社会就业机会，促进区域经济发展。项目投产第一年实现销售1900万元，产生净利润40读卡器用3万元，以后每年实现销售的增长率在25％以上，取得了显著的经济效益和社会效益。双层无胶挠性电路板是软性线路板行业的工艺技术创新，它以灵活性、高效率、高可靠性更好地满足客户的各种不同需求。透过新技术的开发与改善，未来可望应用在携带型电子机器以外的领域。
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　　文章摘自《印制电路资讯》09年12月第6期
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