CN105848409B - 一种低损耗高柔性高频传输的fpc板 - Google Patents

Abstract

本发明揭示了一种低损耗高柔性高频传输的FPC板，其包括第一阻焊层与第二阻焊层、介于所述第一阻焊层与所述第二阻焊层之间的第一屏蔽层与第二屏蔽层、介于所述第一屏蔽层与所述第二屏蔽层之间的第一介质层与第二介质层、介于所述第一介质层与所述第二介质层之间的粘结层、介于所述第一介质层与所述粘结层之间的传输线层，所述第一介质层与所述第二介质层均采用低介电常数的聚酰亚胺材质制作而成。本发明不仅能够满足高频传输的低损耗要求，同时又能满足空间集成度高的要求。

Description

一种低损耗高柔性高频传输的FPC板

【技术领域】

本发明属于柔性电路板制造技术领域，特别是涉及一种低损耗高柔性高频传输的FPC板。

【背景技术】

4G网络部署正在如火如荼地进行时，关于5G的研究也拉开了序幕。2012年，由欧盟出资2700亿欧元支持的5G研究项目METIS[1]正式启动，项目分为八个组分别对场景需求、空口技术、多天线技术、网络架构、频谱分析、仿真及测试平台等方面进行深入研究；英国政府联合多家企业，创立5G创新中心，致力于未来用户需求、5G网络关键性能指标、核心技术的研究与评估验证；韩国由韩国科技部、ICT和未来计划部共同推动成立了韩国“5GForum”，专门推动其国内5G进展；中国，工业和信息化部、发改委和科技部共同成立IMT-2020推进组，作为5G工作的平台，旨在推动国内自主研发的5G技术成为国际标准。可见，对于5G的研究，许多国家或组织都在积极地进行中。按照移动通信标准10年一代的发展规律，5G已经成为全球移动通信领域新一轮技术竞争焦点。

随着无线通信系统的不断发展，通信容量和频率不断提高，而作为无线通信的重要载体天线及其传输模块的要求也越来越高，如移动终端产品如手机、PDA以及近期热门的物联网终端等，其内部天线模块逐渐增加，对于主板与天线的连接也提出了更复杂和更高容量的系统设计要求。

现有技术中的主板与天线模块连接常见的有两种方式：1)同轴电缆；2)普通FPC。同轴电缆在高频传输时，具有较低的损耗，但随着终端设备的不断追求“轻”和“薄”的外观设计要求，可用空间不断减小，这样导致同轴电缆的线径不断降低，同时也就带来损耗的不断增大，这与系统要求的高容量将背道而驰。另一方面，同轴线缆对空间的要求也不便于多天线模块的集成传输要求。而普通FPC可以做到轻、薄的空间要求，但是目前传统的FPC无法实现低损耗的传输要求，随着频率的不断提高，传输损耗也不断增加，需通过不断减小孔径以及盲孔等高难度工艺来适当降低损耗，而这样又将增加成本。

因此，有必要提供一种新的低损耗高柔性高频传输的FPC板来解决上述问题。

【发明内容】

本发明的主要目的在于提供一种低损耗高柔性高频传输的FPC板，不仅能够满足高频传输的低损耗要求，同时又能满足空间集成度高的要求。

本发明通过如下技术方案实现上述目的：一种低损耗高柔性高频传输的FPC板，其包括第一阻焊层与第二阻焊层、介于所述第一阻焊层与所述第二阻焊层之间的第一屏蔽层与第二屏蔽层、介于所述第一屏蔽层与所述第二屏蔽层之间的第一介质层与第二介质层、介于所述第一介质层与所述第二介质层之间的粘结层和介于所述第一介质层与所述粘结层之间的传输线层，所述第一介质层与所述第二介质层均采用低介电常数的聚酰亚胺材质制作而成。

进一步的，所述第一介质层、所述粘结层两者的厚度设计与所述第二介质层的厚度设计以保证信号传输的介电损耗对称为原则，所述第二介质层厚度为12～75um。

进一步的，所述传输线层由低粗糙度铜箔制作而成，其包括中心轴线上形成的信号线、沿所述信号线对称分布的传输区域，其厚度为12～28um。

进一步的，所述信号线与所述传输区域之间设置有间距，所述粘结层一部分填充在所述间距中。

进一步的，所述第一屏蔽层与所述第二屏蔽层之间形成有导通所述第一屏蔽层与所述第二屏蔽层的且通透的过孔，其直径为0.10～0.20mm，所述过孔贯穿通过所述传输区域。

进一步的，所述第一阻焊层与所述第二阻焊层其材质为柔性耐折弯油墨，其厚度为12～25um。

进一步的，所述第一屏蔽层与所述第二屏蔽层采用铜箔延压而成，其厚度为12～28um。

进一步的，所述粘结层采用低介电常数树脂材质制作而成，其厚度为6～25um。

进一步的，所述第一阻焊层上设置有若干焊盘，在所述焊盘上焊接有电子器件，所述第二阻焊层下表面在与所述电子器件对应位置上设置有补强层，其厚度为100～2500um。

进一步的，所述FPC板包括折弯区域与非折弯区域，所述焊盘的设计以避开所述折弯区域为原则。

与现有技术相比，本发明一种低损耗高柔性高频传输的FPC板的有益效果在于：

1)通过叠层设计，可根据应用要求，提供所需特性阻抗匹配，既能满足高频传输的低损耗要求，同时又能满足空间集成度高的要求；并且有屏蔽效应，能够在多天线小空间的安装环境下，无干扰的传输信号；

2)将第一介质层与第二介质层采用介电性能优异的聚酰亚胺材料，通过叠层设计，可实现在6GHz及更高频率传输下提供小于1dB的插入损耗；

3)将第一介质层与第二介质层厚度设计成12～75um，且将第一屏蔽层与第二屏蔽层采用延压铜箔制作而成，低厚度高柔性设计结构满足了3D立体安装以及小半径(R＝1.0mm)以下动态折弯等柔韧性高的需求；

4)第一介质层与粘结层两者的厚度、第二介质层的厚度设计以保证信号传输的介电损耗对称为原则，一方面保证了信号传播回路的对称性，减小了损耗和电磁辐射，另一方面可实现不同介电常数材料的混压；

5)在需要焊接电子器件的对应位置局部设置补强层，既能增加FPC板集成器件的可操作性，又能不影响折弯区域的折弯性能，提高了FPC的可集成度；

6)通过在第一屏蔽层与第二屏蔽层之间设置通透的过孔，无需采用HDI形成盲孔、填孔等高难度工艺，提高了FPC板制程工艺的可控性；

7)通过将过孔的直径设计成0.10～0.20mm，提高了孔壁质量，降低了过孔产生自感电动势，从而降低了整个传输回路的损耗。

【附图说明】

图1为本发明实施例的截面结构示意图；

图中数字表示：

100低损耗高柔性高频传输的FPC板及其制备方法；

1第一阻焊层，11焊盘；2第一屏蔽层，21过孔；3第一介质层；4粘结层；5传输线层，51信号线，52传输区域，53间距；6第二介质层；7第二屏蔽层；8第二阻焊层；9电子器件；10补强层。

【具体实施方式】

实施例一

请参照图1，本实施例一种低损耗高柔性高频传输的FPC板100，其横截面结构自上而下依次包括第一阻焊层1、第一屏蔽层2、第一介质层3、粘结层4、传输线层5、第二介质层6、第二屏蔽层7、第二阻焊层8。

传输线层5包括中心轴线上形成的信号线51、沿信号线51对称分布的传输区域52。信号线51与传输区域52之间设置有间距53。

第一阻焊层1与第二阻焊层8为柔性耐折弯油墨，其厚度为12um，主要用于防止金属材质的第一屏蔽层2与第二屏蔽层7表面被氧化，同时通过在第一阻焊层1表面保留开窗裸露焊盘11，方便焊接电子元器件、接触天线、手机机壳等。在焊盘11上焊接有电子器件9，在第二阻焊层8下表面与电子器件9位置对应的局部区域设置有的补强层10，其厚度为100um，其材质采用钢片或其他硬性质材质，局部加强FPC板，以实现对电子器件9的焊接支撑，便于集成。焊盘11的设计以避开折弯区域为原则，并与电子器件9的引脚以0.95:1比例搭配为最佳，既能较好的完成焊接，又能避免因多锡及大焊盘引起的寄生电感和寄生电容而引起信号失真的现象。

第一屏蔽层2与第二屏蔽层7采用铜箔延压而成，其厚度为12um，主要作用是屏蔽外界电磁波的干扰。第一屏蔽层2与第二屏蔽层7之间形成有通透的过孔21，其直径为0.10mm，主要用于电连通第一屏蔽层2与第二屏蔽层7。

第一介质层3与第二介质层6采用低介电常数聚酰亚胺材质，第一介质层3厚度为12um，第二介质层6厚度为18um。聚酰亚胺是综合性能最佳的有机高分子材料之一，耐高温达400℃以上，长期使用温度范围-200～300℃，无明显熔点，高绝缘性能，103赫下介电常数4.0，介电损耗仅0.004～0.007，属F至H级绝缘材料。聚酰亚胺具有良好的介电性能，介电常数为3.4左右，引入氟或将空气纳米尺寸分散在聚酰亚胺中，介电常数可以降到2.5左右。介电损耗为10～3，介电强度为100～300KV/mm，广成热塑性聚酰亚胺为300KV/mm，体积电阻为1017Ω·cm。采用聚酰亚胺材质形成第一介质层3与第二介质层6，能够实现在高频信号传输下产生较低损耗的功能。

粘结层4采用低介电常数树脂材质，其厚度为6。粘结层4一方面实现低损耗高频传输信号；另一方面，粘结层4有一部分填充在间距53内，用于粘接固定信号线51，防止因信号线51移位而影响传输信号。

传输线层5采用低粗糙度铜箔材质，其厚度为12um，采用较薄的厚度，其主要作用是降低该导体层的损耗。

第一介质层3与粘结层4两者的厚度、第二介质层6的厚度设计以保证信号传输的介电损耗对称为原则。当第一介质层3、第二介质层6、粘结层4采用相同介电常数材料的情况下，第一介质层3与粘结层4两者的厚度之和与第二介质层6的厚度相同，以保证第一屏蔽层2到传输线层5的距离与第二屏蔽层7到传输线层5的距离相等，保证信号传播回路对称，减小损耗和电磁辐射。当第一介质层3、第二介质层6与粘接层4采用不同介电常数材料的情况下，通过指定的频率和仿真实测数据库，设定第一介质层3、第二介质层6与粘结层4的厚度保证信号传播回路与介电损耗对称。

本实施例低损耗高柔性高频传输的FPC板100的制备方法包括：

S1)制备FPC板基材及第一屏蔽层2、第二屏蔽层7，FPC板基材选用低粗糙度的铜箔，第一屏蔽层2与第二屏蔽层7采用铜箔延压而成；

S2)前处理：通过化学清洗去除FPC板基材表面的氧化油污杂质，并粗化铜箔表面，增加贴膜的结合力；

S3)贴膜：将干膜均匀覆盖在经S2步骤处理后的FPC板基材表面上，以提供影像转移用；

S4)曝光/显影：采用UV曝光机，设置曝光能量为6级，显影压力为50psi，速度为5m/min，利用干膜的光感应，将film片上的图像转移到经过S3步骤处理后的FPC板基材表面上，再利用一定浓度的碳酸钠或碳酸钾药水把尚未发生聚合反应的区域干膜冲洗掉，留下已感光发生聚合反应的部分，成为蚀刻或电镀的阻剂膜，S4步骤主要将设计的传输线层电路转移到干膜上，其包括信号线51的宽度设计尺寸、间距53的尺寸；

S5)蚀刻：蚀刻喷淋压力设置为50psi，速度为6m/min，利用腐蚀技术将经过S4步骤处理后的FPC板基材表面多余的铜腐蚀掉，得到最终的传输线层5；

S6)层压：采用真空压机，其温度设置为120度，压力设置为500psi，时间设置为200s，将传输线层5放置于第一屏蔽层2与第二屏蔽层7之间，并在第一屏蔽层2与传输线层5之间依次铺设粘结层4和第一介质层3，在第二屏蔽层7与传输线层5之间铺设第二介质层6，得到六层板；

S7)固化烘烤：利用烘箱烘烤经过S6步骤层压后的六层板，其温度设置为120度，时间设置为2H，其主要作用是使粘结层4在高温下固化完全，形成较好的结合力；

S8)钻孔：采用机械钻孔方式在经过S7步骤处理后的六层板上形成通透的过孔21，其转速设置为150kr/min，落速为0.5m/min，回速为8m/min，该步骤通过参数设定，提升孔壁质量，降低过孔自感；

S9)等离子：等离子工序采用氩气和氮气，主要用于去除在S8步骤中形成的残渣、毛刺等不良；

S10)沉铜：利用氧化还原方法在经过S9步骤处理后的六层板表面和过孔21孔壁上形成一层薄铜使其具有电导通功能，其铜层厚度为0.5um。

S11)闪镀：在六层板表面和过孔21内壁上再次镀上一层铜，加厚铜层厚度至5um，以能够导通更大的电流；

S12)局部曝光/显影：采用UV曝光机，设置曝光能量为6级，显影压力为50psi，速度为5m/min，将过孔21位置露出，折弯区域保护起来以不会被加镀上去，为下一步S13局部电镀做准备；

S13)局部电镀：将电流设置为12ASF，时间根据要求调整，将过孔21的孔壁厚度加厚至20um，折弯区域不加镀，该步骤主要提升了特性阻抗的精度，提升了FPC板的折弯性；

S14)曝光/显影：采用UV曝光机，设置曝光能量为7级，显影压力为50psi，速度为5m/min，将设计的第一屏蔽层2与第二屏蔽层7的电路线转移到经过S13步骤处理后的六层板表面；

S15)蚀刻：蚀刻喷淋压力设置为50psi，速度为4m/min，将经过S14步骤处理后的六层板表面多余的铜腐蚀掉，在第一屏蔽层2与第二屏蔽层7上形成电路；

S16)印刷阻焊：在经过S15步骤处理后的六层板表面印刷一层柔性耐折弯油墨，得到第一阻焊层1与第二阻焊层8，形成八层板，此工序中印刷设备的刮刀角度设置为45度，网目设计为120T为最佳；

S17)阻焊层曝光/显影：采用UV曝光机，设置曝光能量为6级，显影压力为50psi，速度为5m/min，将第一阻焊层1表面需要形成焊盘11的区域上油墨去除。

S18)固化烘烤：温度设置为120度，时间设置为2H，其目的是烘干经过S17步骤处理后的多层板表面的油墨。

S19)沉金：在经过S18步骤处理后的八层板表面去除油墨的区域上分别镀上一层镍和一层金，其镀镍厚为3～5um，镀金厚度为0.05～0.1um，形成焊盘11；此工艺一方面增加接触面的耐氧化性、耐磨性，防止焊盘11氧化；另一方面增加焊盘11的导电性，便于焊接电子器件9；

S20)FPC板外轮廓成形：利用冲压机将经过S19步骤处理后的八层板冲压成设计的形状；

S21)补强层贴合：在第二阻焊层8表面上，对应于第一阻焊层1表面焊接电子器件9的位置上贴合钢片构成补强层10。

本实施例低损耗高柔性高频传输的FPC板100的有益效果在于：

1)现有技术中，介电性能优异的材料因为需要添加高频的PTFE等材质，导致柔韧性下降，而本实施例将第一介质层3与第二介质层6采用介电性能优异的聚酰亚胺材料，通过叠层设计，可实现在6GHz及更高频率传输下提供小于1dB的插入损耗；

2)将第一介质层3与第二介质层6厚度设计成12～75um，低厚度高柔性设计结构满足了3D立体安装以及小半径(R＝1.0mm)以下动态折弯等柔韧性高的需求；

3)第一介质层3与粘结层4两者的厚度、第二介质层6的厚度设计以保证信号传输的介电损耗对称为原则，一方面保证了信号传播回路的对称性，减小了损耗和电磁辐射，另一方面可实现不同介电常数材料的混压；

4)在需要焊接电子器件的对应位置局部设置补强层，既能增加FPC板集成器件的可操作性，又能不影响折弯区域的折弯性能，提高了FPC的可集成度；

5)通过在第一屏蔽层2与第二屏蔽层7之间设置通透的过孔21，无需采用HDI形成盲孔、填孔等高难度工艺，提高了FPC板制程工艺的可控性；

6)通过将过孔21的直径设计成0.10～0.20mm，提高了孔壁质量，降低了过孔21产生自感电动势，从而降低了整个传输回路的损耗；

7)在柔性电路板的设计中，抗折弯性能主要受到铜层厚度的限制，铜层厚度越后，其折弯性能越差，因此本实施例将第一屏蔽层2与第二屏蔽层7采用非常薄的延压铜箔，同时采用局部电镀方式，避开折弯区域，提升了阻抗控制精度，同时提高了FPC板的柔韧性。

本实施例可根据应用要求，提供所需特性阻抗匹配，既能满足高频传输的低损耗要求，同时又能满足空间集成度高的要求，并且有屏蔽效应，能够在多天线小空间的安装环境下，无干扰的传输信号。同时通过优化设计和制备方法，也无需复杂的盲孔等高工艺要求，可在一定程度上降低成本。

实施例二

实施例二的内容与实施例一所述内容基本相同，其区别在于：第一阻焊层1与第二阻焊层8的厚度为18um；第一屏蔽层2与第二屏蔽层7的厚度为20um；第一介质层3的厚度为30um；粘结层4的厚度为18um；传输线层5的厚度为20um；第二介质层6的厚度为48um；补强层10的厚度为1300um；过孔21直接为0.15mm。

实施例三

实施例三的内容与实施例一所述内容基本相同，其区别在于：第一阻焊层1与第二阻焊层8的厚度为25um；第一屏蔽层2与第二屏蔽层7的厚度为28um；第一介质层3的厚度为50um；粘结层4的厚度为25um；传输线层5的厚度为28um；第二介质层6的厚度为75um；补强层10的厚度为2500um；过孔21直接为0.2mm。

以上所述的仅是本发明的一些实施方式。对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种低损耗高柔性高频传输的FPC板，其特征在于：其包括第一阻焊层与第二阻焊层、介于所述第一阻焊层与所述第二阻焊层之间的第一屏蔽层与第二屏蔽层、介于所述第一屏蔽层与所述第二屏蔽层之间的第一介质层与第二介质层、介于所述第一介质层与所述第二介质层之间的粘结层和介于所述第一介质层与所述粘结层之间的传输线层，所述第一介质层与所述第二介质层均采用低介电常数的聚酰亚胺材质制作而成，所述传输线层由低粗糙度铜箔制作而成，所述第一屏蔽层与所述第二屏蔽层采用铜箔延压而成，在所述第一屏蔽层与所述第二屏蔽层上蚀刻形成有电路图形；

所述第一介质层、所述粘结层两者的厚度设计与所述第二介质层的厚度设计以保证信号传输的介电损耗对称为原则，所述第二介质层厚度为12～75um；

所述第一阻焊层与所述第二阻焊层其材质为柔性耐折弯油墨，其厚度为12～25um。

2.如权利要求1所述的低损耗高柔性高频传输的FPC板，其特征在于：所述传输线层的厚度为12～28um。

3.如权利要求2所述的低损耗高柔性高频传输的FPC板，其特征在于：所述信号线与所述传输区域之间设置有间距，所述粘结层一部分填充在所述间距中。

4.如权利要求2所述的低损耗高柔性高频传输的FPC板，其特征在于：所述第一屏蔽层与所述第二屏蔽层之间形成有导通所述第一屏蔽层与所述第二屏蔽层的且通透的过孔，其直径为0.10～0.20mm，所述过孔贯穿通过所述传输区域。

5.如权利要求1所述的低损耗高柔性高频传输的FPC板，其特征在于：所述第一屏蔽层与所述第二屏蔽层的厚度为12～28um。

6.如权利要求1所述的低损耗高柔性高频传输的FPC板，其特征在于：所述粘结层采用低介电常数树脂材质制作而成，其厚度为6～25um。

7.如权利要求1所述的低损耗高柔性高频传输的FPC板，其特征在于：所述第一阻焊层上设置有若干焊盘，在所述焊盘上焊接有电子器件，所述第二阻焊层下表面在与所述电子器件对应位置上设置有补强层，其厚度为100～2500um。

8.如权利要求7所述的低损耗高柔性高频传输的FPC板，其特征在于：所述FPC板包括折弯区域与非折弯区域，所述焊盘的设计以避开所述折弯区域为原则。