论软硬结合精密电路板生产技术.doc

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《生产工艺》
论软硬结合精密电路板生产技术
一、项目概述
1.1项目的由来
FPC是一种古老的电子互联技术。发源地在美国，1898年发表的英国专利中记载有石蜡纸基板中制作的扁平导体电路，数年后大发明家爱迪生在试验集林中描述在类似薄膜上印制厚膜电路。20世纪前期科研人员设想和发明了几种新的方法使用挠性电气互联技术。直到20世纪后期，FPC用于汽车仪表的密集线路布线和连接，大批量生产挠性板才成为气候。
20世纪90年代，德国柏林墙倒下，冷战结束，使得向来依赖军用的美国用于国防的挠性电路产品在走向衰退。电子产品轻、薄、短、小的需求潮流，使FPC迅速从军用品转到民用，特别是消费品领域。日本走在了世界各国前头，并大力发展了FPC技术，目前，就技术水平、产量、产值上日本均已跃升为世界老大。
自1998年以来，日本FPC产值一直稳居世界第一，占全球产值36-38%；美国为第二，占世界比例的25-27%，近年美国FPC处于徘徊不前的状态，一降一升，无大的突破；欧洲的FPC越来越小，一直在走下坡路。另外，还可以看到，除2001年受世界经济影响外，全球FPC产量一直是增长的今年平均增长率为8.4%。中国、中国台湾、韩国FPC处于高速发展的状态，尤其是中国。
20世纪80年代，中国部分刚性PCB的企业，研究所开始FPC研发、生产，主要用于军工产品、电脑，照相机等产品上。挠性印制板生产显得零星、分散、神秘，未形成量产。偶见到挠性板论文发表，其中也包括软硬结合多层印制板的制作技术。
中国挠性需求近年来呈高增长率56.5%，远高于世界平均增长率8.4%。自2001年以来连续三年增幅70%，约占全球的10-20%。
本人曾在国内PCB行业厂商指南的不同版本上寻找有名有姓的FPC厂家，共找出40余家，FPC基材数出几家，早期开始生产，近年形成量产的企业包括：上海伯乐番禺安捷利、深圳典邦、深圳爱升、中山元盛、珠海东大、广州诚信及一些研究所。挠性基材的厂家包括：九江福来克斯、深圳丹邦、湖北化学所、中山东溢、广州宏仁、深圳华虹、陕西704研究所等。
而近二年来，大兴土木，真金白银投入FPC项目的明间统计可以数出一大把，据说珠三角就有五六十家投放新建、改建、扩建行列，多分布在深圳、惠州、东莞、珠海、广州、中山一带，民营投入的多，投入资本少的几百万元，多的一二千万元，甚至上亿元。挠性板成为近两年拉民营投资的热门项目之一。
中国FPC大量生产是近三四年间才形成的，目前达到月产一万平方米产量（单、双、多层）是大厂，国内企业屈指可数，如爱升、安捷利、元盛等。然而在众多国内FPC制造厂家内，可以说没有一家公司可以批量生产软硬结合板，为打破和填充国内软硬结合板批量生产的技术壁垒，爱升公司从2004年就开始组织并投资大量的人力和物力对AS-6软硬结合精密电路板的批量生产进行攻关，可以说是走在国内软硬结合板批量生产技术的最前沿。
1.2任务要求和目标
早期美式软硬结合板多用于军事与太空领域，产量不多且价格极贵，一向属于艺术境界之范畴。后PC龙头康柏Compad曾在91年间将此软硬结合板试用期于其新产品LTE386S/20式笔记型计算机，该软硬结合是属于Teledyne公司的Regal-Flex技术，不但成本极贵而且良率不高，虽号称软硬结合板已进入量产，但仍只是昙花一现而已。目前PDA、摄录像机、数字相机，甚至折叠式照相手机等，高阶者常用到Rigid-Flex，虽然价位早已走出象牙塔，但此类软硬结合板大都依靠从国外采购或进口，价格仍然是高的出奇而且采购周期太长，仍然大大的阻碍着国内电子行业的成本降低及快速发展。
本项目的任务就是让国内电子行业的相关厂家能够很方便及快速的在国内大批量的采购到物美价廉的软硬结合板。
1.3产品定义
软硬结合精密电路板生产技术是：将已经完工或半成品的单面、双面或多层软板全面夹层于上下硬板之中，采用层压设备将软硬板压合后并在其外层硬板部分制作线路层，最后再将多余的硬板去除并露出内部软板的生产技术，即成为软硬结合精密电路板生产技术。
二、研制过程
2.1需求分析和方案确定阶段
因软硬结合板其具备软板及硬板共有的特性，既适用于折叠式产品（如携带电话，Notebook等），又取代旧有硬板/软板分开之设计，减少Connecter的需求，更轻薄化；同时结合HDI技术，设计空间不受限制，组装上保留3D化的弹性及SMT表面平整的特性；故生产使用范围和空间极广。
又因软硬结合板的使用范围和空间极广，所以目前软硬结合板的需求量在不断扩大；如台湾地区印制电路板协会（TPCA）指出，台湾地区PCB制造商去年的总产值为59.4亿美元（包括台商在大陆工厂的产值），软硬结合板所占的比例不到3%。而2005年软硬结合板所占的比例有了相当的提高。在需求方面，相互股份有限公司的副总经理RogerChang指出，从2004年开始软硬结合PCB的需求显著上升。2005年软硬结合PCB的销售约占总销售额的30%。而在此之前，软硬结合PCB的销售在该公司的总销售收入中所占的比例不到2%。目前相互股份公司月产1万平方米的软硬结合板。该公司计划提高产量，到年底达到4万平方米。该公司于5年前开始生产软硬结合板，主要客户是佳能、理光等数码相机制造商和安捷伦科技等。另外，楠梓电子已于2004年第2季度送出了软硬结合板的样片。需要指出的是，由于软硬结合板需要将软硬板做压合，而软板的制作工艺又与硬板工艺迥然不同，因此PCB厂商大多是从外部采购进软板后，再自行通过压合工艺生产出软硬结合板。但这次楠梓电子的软板是自己产出的，不同于其它厂商以外购为主，这得归功于该公司在该领域长期耕耘。迄今为止，该公司已经投资了3，030万美元研制软硬结合板。楠梓电子是台湾地区排名第四大PCB制造商，每月的产能达42.78万平方米，其中约50%用于通讯领域。作为台湾较大的软体板制造商之一，嘉联益科技股份有限公司正与联能科技有限公司合作开发软硬结合板。据了解，嘉联益已于2004年第2季度开始大批量生产软硬结合PCB，初始的月产能为8，000平方米，主要用于手机和笔记本电脑。雅新实业股份有限公司则可能是台湾地区最大的软硬结合供应商，月产能达9，300平方米，大多数用于手机和数码相机。随着需求增加，该公司在逐渐扩大产能。在2004年雅新的销售额中，软硬结合板只占10%，2005年该比例约为15%。该公司还已与日本夏普签订了协议，使用夏普的软硬结合PCB技术。
深圳市爱升精密电路科技有限公司是一家集线路板开发、设计、生产组装于一体的高新技术独资民营企业。公司成立于1996年8月。从当初的专业生产刚性电路板（PCB）扩展到现在生产软性电路板（FPC）、软硬结合板（Rigid-flex）、再到SMT，爱升一直在尝试、一直在进步，一直在致力于成为PCB及软硬结合板的顶级制造商和服务商。
2.2总体设计和样品的研制阶段
从2004年9月-2005年2月，为了配合AppleMP4专用软硬结合精密电路板，我司在分别生产RPCB及FPCB的基础上开始独自研发软硬结合精密电路板，且为此专门成立了一个研究开发小组，其小组成员包括各部部门经理/主管/领班及各工序的骨干人员，共投放人力为58人，具体人员分配如下：工程部2人，工艺部2人，生产部33人，品质部19人，计划部2人。经过三个多月的努力，终于制造出并经过所有功能测试均合格的第一款软硬结合精密电路板。
2.3小批量生产阶段
2005年2月—同年的8月，为了能够小批量地生产软硬结合板，并解决软硬结合精密电路板钻孔后的孔壁质量问题，工艺部利用自身的知识研制出软硬结合板专用的PI调整液；同时为了防止硬板开窗位漏水至软硬结合内部，即反转加层防水法。经过近半年时间的多次小批量试产已确定软硬结合精密电路板的整体加工流程和各项工艺控制参数。
2.4大批量生产阶段
2005年8月—2006年5月为了满足Apple公司大批量的软硬结合精密电路板的采购需求，公司拨出专款300多万的资金用于软硬结合精密电路板的加工制作的设备采购和各项技术的继续开发，其中采购高精度靶冲机一台、钻孔机两台（12个钻轴），其最小孔径可达到0.15mm，孔径公差可控制在+/-0.0254mm，孔位公差可控制在+/-0.05mm以内，此设备即保证了软硬结合精密电路板所要求的高精度，又满足了客户的大批量采购需求；经过长达八个多月的大批量生产经验及客户组装试验并长期验证，现爱升公司所生产的软硬结合精密电路板不管是外观还是信赖性方面均能满足客户的需要且达到国际先进水平；并已将加工方法固化为如下的工艺流程；《AS-6软硬结合精密电路板工艺流程图》。

2.5采用的技术原理
在研制过程中采用了张靖霖先生编制的《软板制程技术与应用全览》的相关原理。
2.6有关技术图表
参见《AS-6软硬结合精密电路板工艺流程图》
2.7工艺流程及与国内外同类产品的对比分析
详细可参阅《AS-6软硬结合精密电路板工艺流程图》；与国外软硬结果板生产厂家对比主要体现在国外软硬结合板在钻孔后除胶渣通常采用较高成本的等离子清洗，在最后成型时采用激光切割；而我司采用的是自己研发的PI调整及整孔液，同时避免了激光切割的问题，为公司低成本高效率的大批量生产软硬结合板提供了有力的技术支持！又因“软硬结合精密电路板生产技术”采用自主创新的“反转加层防水法”之生产工艺，有效的防止了软硬结合开窗部位漏水至软硬结合内部问题，提高了产品的一次合格率，降低了生产成本；此“反转加层防水法”的新工艺对软硬结合部位的防水效果好，完全替代国外及台湾地区所采用的Pushback技术和V-cut方法单边作了V槽技术，以及激光切除技术；该工艺生产的软硬结合精密电路板经“信息产业部赛宝试验室”测试，相关性能指标符合印制板行业标准IPC-6013A《软性印制板质量鉴定与性能规范》的要求；该工艺所生产的产品已量产，且用户反映良好。此工艺的使用将大幅降低软硬结合板的生产成本，值得大力推广及扩大应用范围。目前爱升公司所开发的软硬件结合精密电路板生产技术已得到了大批量的生产（月产值800-1000万），此软硬结合板的生产技术已达到国际水准，同时在国内也是唯一能够大批量生产软硬结合板的第一家工厂。
三、经济或社会效益分析报告
3.1AS-6软硬结合精密电路板主要用途及使用范围为：
数码相机/可携式摄像机/关键线路及军用等多方面。
3.2全球软硬结合板的产量/产值的发展趋势(见图表1)

图表1

3.3爱升公司开发的此款AS-6软硬结合精密电路板技术已达到国际先进水平，不仅可以替代国外同类进口产品，而且可以让国内的相关需求单位能够快速、低成本的采购到软硬结合板；同时还可以出口销往国外，直接为国家创收外汇。详细可参阅AS-6软硬结合产量及产值的发展预测趋势：(见图表2)

图表2
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