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文献资料

PFC用特殊电解铜箔

[所属分类:文献资料] [发布时间:2012-5-4] [发布人:龚莹] [阅读次数:] [返回]

一、序
    平板显示器以及便携式多功能终端设备等数字家电、电子终端设备出现了惊人的进展。这些设备中使用的挠性印制线路板所用的铜箔,通常要求的特性高。本文通过对[特殊电解铜箔]的解说,对挠性印制线路板所用的材料的选择方面进行了详细介绍。

二、电解铜箔的制造方法
    电解铜箔的制造工序如图1所示。 电解铜箔制造方法是分四道工序进行的,下面进行简单说明。
    ①、溶解工序:是指在硫酸水溶液中将铜材料溶解成铜电解液;
    ②、制箔工序:用电解分解的方法,将铜从旋转着的筒型阴电极表面析出并收成卷;
    ③、表面处理工序:为了增加与基材粘接性以及2次粘接性(耐药品性、耐热性)而对铜箔表面进行的粗化处理和防锈处理;
    ④、加工工序:根据客户的要求裁切,包装出厂。
    电解铜箔是根据电解析出,调整②的旋转电极的速度来控制铜箔的厚度的。因此,电解铜箔制造较厚及较薄铜箔,比压延铜箔容易的多。现在,挠性印制线路板方面用薄铜箔的需求正在增加。
    图1为电解铜箔制造工艺简图。

图1  电解铜箔制造工艺简图

三、特殊电解铜箔
    在挠性印制线路板(以下称FPC)领域中,由于以前存在[折曲、弯曲部位不用压延铜箔]的固有观念,又因为各种各样的特性的电解铜箔=特殊电解铜箔的出现,如果除去已有的部分用途外,特殊电解铜箔在FPC领域使用的实绩不断上升,其需求增加。特殊电解铜箔也可以说是因铜箔制造厂商生产的各种各样的铜箔产品正在上市,所以就简单的定义为[非普通铜箔,具有抗拉强度、拉伸强度、弯曲特性、平滑性的特性的铜箔]。
    三井金属矿业公司对表1所示的3种特殊电解铜箔进行总结。用一句话论述3种铜箔的特点就是[VLP]:“超”硬且平滑的铜箔,[超HTE]:“超”柔软铜箔,[DFF]:“超”平滑且柔软。
    无论那一种特殊电解铜箔都具有特别的机械性能(拉伸及抗拉强度)以及表面平滑性,按用途的不同分别发挥其各个特性。

表1  各种特殊铜箔的特点和用途

普通铜箔

特殊电解铜箔

VLP

超HTE

DFF

结晶组织

(180℃×1小时后)

柱状结晶

微细结晶

肥大结晶

肥大结晶

特点

高抗拉强度

低轮廓

高延伸

高耐折·高弯曲

低刚性

高延伸

高耐折·高弯曲

超低轮廓

“超”硬且平滑

“超”柔软

“超”平滑且柔软

FPC的典型应用领域

TAB

LCD模块

刚-挠基材

LCD模块

光学读取头

手机的关节

COF

LCD模块

照相机模块

四、特殊电解铜箔的历史
    特殊电解铜箔在FPC领域中也可以称的上是领先者。三井金属矿业公司生产的超HTE的历史要追溯到20世纪80年时期。当时的代表性用途是,用于3.5英寸的软盘的光学读取头的弯曲部位,这是最早用于动态的弯曲用途的事例。
    其后,在以手机及数码相机为代表的数字家电·电子终端设备中的使用,使得FPC自身的用途扩大,超HTE以及VLP在LCD模块及数码相机的线路,手机的关节部位等用途中广泛使用。
    近几年来,象市场上已确立了“普通电解铜箔”、“ 特殊电解铜箔”、“压延铜箔”的类目一样,对电解铜箔中也根据种类,分为可使用的折曲、弯曲类也有的固定的说法。
    特殊电解铜箔—超HTE、VLP、DFF,这3类具有各种各样的特性,三井金属矿业公司按照符合耐折、弯曲模式来选择材料,可以较高发挥所使用铜箔的特性。

五、符合最新FPC需要的特殊电解铜箔的选定
    以等离子显示器及液晶显示器为代表平板显示,手机及随身听播放器等为代表的小型便携终端设备等,今后会更加向轻、薄、短小以及高功能化推进的。
    伴随着上述设备的轻、薄、短小以及高功能化,要求设备的框体内省空间化、弯曲·折弯曲的半径的狭小化、高密度配线化,这里FPC的特性是关键,以下从3个方面来考虑。
    (1)微小芯片的成形性
    (2)低回弹性
    (3)高耐折·高滑动性
   下面对关于 符合这3个方面需求的关键所寄希望的最合适铜箔的选定进行说明。

5.1 关于微小间距线路的形成
    最能起推进微小间距化的作用之一的,例如LCD显示板的驱动器IC组装用TCP(Tape Carrier Package)和COF(Chip on Film)。随着LCD-TV的大型、高精细化驱动器IC的多销化的推进中,以批量生产为基础,向着TCP的线距为40μm,COF线距为30μm的精细化推进。
    TCP使用的铜箔,事实上使用是三井金属矿业公司生产的VLP系列铜箔,选定与线距相应的铜箔表面处理类型。另一方面,COF用铜箔线路以溅射+电镀的材料为主,但随着COF使用铜箔的成绩不断的积累,现在采用该公司的DFF铜箔。
    针对PCB电路图形的微小间距化,三井金属矿业公司推荐的铜箔种类如表2所示。VLP系列是为与线距相对应的表面处理型—(粗糙度)类型准备的,所以可以选择与线距要求相对应铜箔类型。VLP系列一览表见表3。VLP系列是抗拉强度最好的过滤器,FCCL及FPC加工的操作性良好,其结果令产品的合格率的提高有了希望。

表2  与FPC微小间距相对应的特殊电解铜箔

产品

单面FCCL线间间距(μm)

45

40

35

30

25

20

VLPTM系列

在~40μm间距的TAB/COG用途方面的批量生产成绩(02年~)

DFFR系列

在30~35μm间距的COF用途方面的批量生产成绩(06年~)

表3  VLP产品一览表

                        VLP系列

项目

NS

TQ/SQ

3EC

断面模式图

厚度

9/12

9/12/(18)

9/12/18

固定处理型

无粗化(非低轮廓)

微小铜瘤 + 凹凸

铜瘤

粗糙面RZ(μm)

1.5

2.0(TQ)/2.6

3.5

抗蚀面粗糙度

Ra(μm)

0.3

0.3

0.3

抗拉强度(N/mm2)

490

490

490

    还有,与要求高耐折性·高弯曲性且形成精细线路图相对应的是DFF系列。DFF系列中,表4是与用途相对应的有3种表面处理类型的一览表。现在用于COF中的Na-DFF已实用化,已在30μm线距中使用。照片1是线距为25μm的线路图形形成的例子,因其平滑性非常高,所以,可以形成蚀刻率高的高精度线路。 DFF-V系列是要求微小间距并且要求与各种基材的粘接性的用途中必不可少的,在除驱动器IC组装用COF外的其他微小线距应用中展开。

表4  DFF产品一览表

                       DFF系列

项目

NS

V1

V2

断面模式图

厚度 (μm)

9/12/15

9/12/18

9/12/18

固定处理型

无粗化

(非低轮廓)

极微小铜瘤

微小铜瘤

粗糙面RZ(μm)

0.6

1.2

1.9

抗蚀面粗糙度

Ra(μm)

0.2

0.2

0.2

抗拉强度(N/mm2)

350

350

350

    挠性基板微小间距,不仅能形成单面线路图形,而且在后面的工序中对药品性及耐银离子迁移等的可靠性也是重要的。三井金属矿业公司在TCP及COF的特别微小线距的用途中采用该公司生产的特殊电解铜箔的实绩中累积了表面处理技术,采用该公司的特殊电解铜箔的是微小间距用途的扩大。

5. 2低回弹性
   随着产品的薄型化,推动了设备的框体内的省空间化的发展。例如,手机的LCD部位,因为LCD模块的薄型化,将以前分别使用2个FPC的COG周围的基板和背光安装板集中在1个FPC上。该FPC沿着玻璃显示器的边沿,折曲成非常小的锐角,在FPC内侧,为了背光不能错位,刚好装入,要求回弹力小的柔软FPC。
    在实现柔软FPC方面,“薄”和“柔软性”是选择铜箔的重要因素。图2所示的铜箔的厚度和回弹力(环形刚度)的关系,按照回弹力是厚度的3倍这样的比例即可。相对12μm铜箔,9μm铜箔的回弹力约为一半,使用9μm铜箔时,期待着回弹力能够降低。
    另一方面,“[柔软性”也是铜箔的重要因素。图4是标准电解铜箔、压延铜箔和超HTE特殊电解铜箔的回弹力(反弹值)的测定结果。由该图可知在普通3层挠性基板(涂粘接剂FCCL)的制造工艺中增加了热处理(180℃×1hr),超HTE的回弹力是普通铜箔40%,与压延铜箔一样能进行软化。该电解铜箔是三井金属矿业公司生产的超HTE,其最大的特点,是图4退火特性的原由。由该图所示的超HTE在室温下与普通铜箔有相同抗拉强度,但在加工工艺(不仅需要特殊工艺,在制造FCCL时、固化时还要加热完全)进行软化(退火)。这种软化可使结晶组织肥大,照片2是退火前后的结晶组织变化情况。

5.3高耐折·高弯曲特性
    翻盖手机的关节部位用的FPC及滑盖手机的滑动部位用FPC,是装入狭小手机盒的缝隙中,要求连续弯曲,这是技术要求非常高的FPC的用途之一。
    在弯曲用途中可以使用铜箔的种类是按印制线路板的国际标准—IPC 4562规定的等级进行设定的。压延铜箔属8级,与压延铜箔同等以上的弯曲特性的电解铜箔属于10级(LTA:Low Temperature Annealable=可低温退火电解铜箔)。在这里要注意的是,一般地,作为铜箔等级排名使用的[HTE]是IPC的类目,属于3级(HTE:High Temperatuer Elongation=高温延伸电解铜箔),不推荐作为弯曲用途使用。
    三井金属矿业公司生产的特殊电解铜箔—超HTE和DFF是属于10级。该公司测定的FPC的弯曲特性如图5、图6所示。因此,由该结果是三井金属矿业公司生产的特殊电解铜箔—超HTE和DFF具有与压延铜箔同等以上的耐折·弯曲特性。

六、结论
    本文对最近有关的挠性引制线路板的需要即“ 特殊铜箔”进行了解说。如果用一句话解释“ 特殊电解铜箔”,应该理解为[特殊电解[特殊电解铜箔]是指具有各种各样不同特点的电解铜箔。
    今后,随着在挠性印制线路板上装载的电子设备的用途的扩大,估计根据需要会对挠性印制线路板提出的要求越来越多样化。
    因为需要而提供的“特殊电解铜箔”,对挠性印制线路板的技术的发展作出了贡献。

 
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