软板在设计之初就要针对“生产导向式设计”深入了解,以确保后续生产之快速精准,此乃现代化软板业者的主要目标。
所以指纹模块FPC设计者必须要与研发、产品、与制程等各种工程师,在产品设计阶段时就要尽速进行密切的合作。
设计对于后续的影响因素约有:
1、成本
2、板材的选择与使用
3、成品板的外形、大小与重量
4、结构
5、制程之路径
6、试验及检验标准
7、电性之效能
8、机械性能——弯折组装或是动态工作
9、外形性能——尺度安全性,耐热性及耐候性
10、组装技术
上述种种必须在产品设计之初就要尽快详加考虑。但实际上却经常是到了生产阶段方才想到要去解决某些设计的问题,这种本末倒置事后聪明的案例在软板界中屡见不鲜。
若能于设计即采行失效模式与有效分析之理念者,则许多潜在的问题均可将消弭之于无形。设计与制程中若能纳入此种做法,则整体之生产将更完善。
板材之性能
多年来软板的生产主要都是采用聚亚醯胺(Polyimide)板材做为基材与表面盖膜(Coverfilm)。然而当产量大增之际成本将变为敏感的因素,使得板材的选用也随之多样化。
今日软板可用的板材也不断增加:
1. 聚亚醯胺Polyimide—无胶层者(Adhesiviless)
2. 聚亚醯胺Polyimide—有胶层者(Adhesive)
3. 聚亚烯萘Poly Ethylene Napthalate (PEN)
4. 聚对苯二甲酸乙二酯Poly Ethylene Tetraphalate (PET) 或聚酯类(Polyester)
5. 薄环氧树脂与玻纤之FR-4板材
上述各种板材的成本与性能也都各有不同。
各种板材的使用性能资料可从原物料供应商处取得,也可另行研发与试验而得知。能够广用于业界的板材,其等良好的数据也正是制程稳健与产品性能的关键,大多数供应商几乎都有是按照IPC或MIL等标准所规定的细则去规范应有的数据。
因而业者们对全新产品之领域,尚有许多后续工作需要实地执行与发布数据,例如汽车所用之软板,即将涉及各种已上市的板材。
制程途径
为了使产品在尺寸与性能等要件方面都能达到良率成本的效益,所选择的制程途径正是其关键之所在。正如前文所述,软板的生产基本上可分为卷放卷收之R2R式与单一逐片式等两种做法。
R2R连续生产技术在成本与良率方面均较有利;但由于板材货式之取得(Availability),线路的设计,与R2R的产能配合或成本等因素,使得某些形式的软板仍不得不采用单片式制程。
有趣的现象是某些产品制程开始时采用R2R途径;但前进到了某一节骨眼时却又不得不改用单片式的做法。现在的客户对其完工软板已愈来愈偏好成卷状的货品,尤其是自动化组装大批量低单价的产品类,如通讯用途的天线类或IC卡类(Smartcard)等市场即是。
下Fig4即显示出单纯的R2R与单片做法的混合制程。至于某种特定产品需要先用何种最佳生产途径?其主要因素经常是取决于成本。而其他影响制程途径之因素,经过仔细考量下,仍以技术与最佳良率以及最低成本为优先,并非一定要采行R2R或部分R2R之生产途径。
R2R之连动生产方式对大批量者极具经济价值,可供生产单面软板或无镀通孔的双面软板使用,而且在后段还可再搭配各种单片制程;如多层软板、浮雕式软板、软硬合板、甚至另一种特殊Regalfex软板等生产。
R2R的生产线最常用于“印后即蚀”的单面板制程,此种单纯的连动生产线,其本身即具有“资料回送”(Feedback)系统,可随时自动修正作业条件,比起单片要方便了很多。这种连续软材的制作一旦可达到双面之对准要求时,尚可执行合自动的电测与光学检验,是故具有镀通孔的真正双面板也仍然可以利用R2R而大量生产。
不过采用R2R进行连续性钻孔与镀孔之自动化设备,却必定会占用大量空间投下大量资金,对许多公司而言都不免是一种沉重的负担。幸好已出现一种最新式的成孔与镀孔技术,将可大大减低所占用的空间,并还更可使得产速大幅加快!果真如此则此种连动式的做法将大有可为。
纯粹的R2R制程线中,即使软板表涂层的印刷,或表护膜的贴合,亦均可在自动化连续工作中完成任务。现行设备的进一步改装升级,以及新板材或全新接著剂的研发与应市,也都在持续的进行中,以期能达到低温连线式贴合的方便性。
经由印刷涂布的“表涂层”,其所用物料不管是热硬化或紫外线光(UV)硬化,两者对于产品都非常重要。施工方法则以合面满涂法最具效率,如可感光涂料之滚涂法或喷涂法即是。
某些软板在完成表涂层或表护膜之后,出货前还要对裸露出的众多焊垫,另行加做最后的表面处理,方可使铜面免于氧化,而在焊锡性上得确保(如有机保焊剂OSP即是)。如须按客户的要求而需另做其他表面皮膜(如化镍浸金ENIG)者,须注意此等表面处理制程与板材之间,在温度与化学性质方面是否能完全匹配亦为重点之一。
就R2R而言,OSP之表面改质处理其搭调即十分良好,甚至还可采高速移动方式进行处理。但R2R对电镀类(或浸镀类)之处理而言,其投资之庞大想必是无法避免的。由于处理时间甚长,是故连线机组长度之可观也是意料中的事,是故软板流程在此等领域中目前仍多采单片式做法。不过某些高电流密度的新型处理机种也正在开发中。
软板下游组装中常需用到的补强片以支助零件的安装焊接。此等补强片与接著剂可供选+用的物料甚多,前者如FR-4、FR-3、CEM-1,后者有铝片或聚亚醯板材类,亦另有热著胶或感压胶等。此种补强片贴著的步骤均可因材而施法,在压合段时即应针对多点补强处采自动或手动进行逐一施工。大批量生产之各种辅肋工具系统也应及早齐备。
FPC完工后即将进行各种零件的安装,此种下游组装可利用原排板之整片式去进行,或采分割切开后的单片再去加工。设计阶段就要对组装步骤预留公差,未来大批量组装工作为了方便众多零件起见,亦可采用R2R式连线做法。因而软板的生产与软板的组装两方面都需要更周详深入的计划,以得到最佳的线路品质。