挠性微带天线制作技术探讨

【摘 要】本文对挠性印制线路进行了简单的介绍，探讨了利用刚性印制板生产线，制作2.5米长挠性印制天线的方法，并对制作技术做了详细说明。

【关键词】挠性印制线路；工艺；天线

一、概述

挠性印制线路在电子互连技术方面的优越性非常显著，它具有质量轻、介质层薄且均匀、传热通道短、体积小、结构灵活等特点，可以作动态弯曲、移动、扭转而不会损坏导线。挠性印制线路具有优良的电性能，均匀的介质层、导电层和稳定的介电常数，在相对平整的基材表面制作精细线宽和间距的能力，这些特性有利于阻抗控制、信号传输速度和布线能力；良好的散热性能让组件易于降温；较高的玻璃化温度保证组件在更高的温度下工作良好。

二、挠性基板材料

挠性覆铜板由基板材料（绝缘材料）、粘接剂、金属导体层（铜箔）和覆盖膜组成。基板材料必须是可弯曲的绝缘薄膜，作为载体，它要具有良好的力学性能和电气性能，常用材料有聚酯和聚酰亚胺薄膜。铜箔覆盖在基板材料上，经过选择蚀刻形成导电线路，由于压延铜箔的延展性、抗弯曲性优于电解铜箔，压延铜箔的延伸率为20%～45%，电解铜箔的延伸率为20%～ 45%，所以挠性覆铜板多选用压延铜箔。我们选用的材料是九江福莱克斯的LPIIED35/S-FR-500，总厚度0.082mm，基材PI厚度0.025mm，铜箔厚度0.035mm， 胶层厚度0.022 mm。

三、挠性微带天线印制板设计要求

（1） 线路板的电性能特性是设计时首先应考虑的，一般说来聚酰亚胺薄膜的介电性能好于聚酯薄膜的介电性能，同时介电性能还与导体的布置、尺寸以及导体与介质基体的几何尺寸有关。

（2） 线路板的机械性能也应考虑，挠性介电材料在加工过程中有膨胀或收缩的趋向，并且这些尺寸变化率比刚性材料尺寸变化率要大，设计时应了解尺寸变化率并且在空间设计和部件的安装过程中允许有较大的公差。在通常情况下，挠性材料在纵向上会收缩，而在横向上有少许的膨胀。聚酰亚胺薄膜一般在纵向上尺寸的变化应是0.2%。特别注意，导线布置图应在允许的尺寸变化范围内进行调整。

（3） 设计应考虑挠性线路可能承受的最高温度、湿度以及是否暴露于腐蚀性的化学介质中，绝缘材料和导体材料能否在这些环境状态中保持其原有的功能特性。线路板的特性符合应用的范围能维持可靠性多长时间。

四、挠性微带天线印制板制作工艺流程

我们采用的是非连续法（片材加工法）制造工艺流程：光绘下料图形转移蚀刻、去膜浸锡冲（挖）孔、外形加工

4.1 光绘底片

由于我们的光绘机无法绘制2.5m长的底片，只能绘制660 mm *508mm的底片，所以采用添加对位孔，分段绘制，然后按对位孔拼接成一个完整的底片。这样，底片就不可避免地产生搭接，在处理文件时，必须把搭接位置选在线条少、线条相对较宽的图形部分，避免搭接处选在线条多、线条细、对设计性能影响大的位置，因为搭接处容易产生虚光，影响线宽精度。

4.2 下料

下料是将原材料裁切成加工工艺所要求的尺寸，挠性板的下料有自动下料和手动下料。下料时要对材料进行外观检查，材料表面应无手印、氧化、麻点、折痕、划伤等缺陷，板边必须平整、无毛刺。挠性板材料软且薄，加工和持拿时很容易弄皱铜面，因此加工持拿要十分小心。拿放材料时要尽量提材料的对角，小心轻放，以免材料皱折、划伤或损伤等，对压延铜的覆铜板，下料时要注意铜箔的压延方向。

4.3 图形转移

图形转移的抗蚀层有干膜和湿膜两种。干膜进行图形转移的工艺流程：贴膜前基板处理贴膜定位曝光显影修板。

湿膜进行图形转移的工艺流程：涂覆前基板处理涂覆烘烤定位曝光显影修板。

两种流程都在挠性天线加工中进行了应用，经过反复对照试验，由于湿膜烘烤比较麻烦，我们生产中采用干膜图形转移工艺流程。

（1） 贴膜前基板处理

为保证抗蚀层与铜箔表面牢固结合，要求铜箔表面无氧化层、指印及其他污物，无钻孔毛刺。为增大抗蚀层与铜箔的接触面积，还要对铜箔做微蚀处理。处理的方法有三种：喷砂研磨法、化学处理法和机械研磨法。

由于挠性板材易变形、弯曲，根据我们生产实际，贴膜前基板处理采用手工刷洗。板材持拿时同样要十分小心，不能使板材折皱，因为板材的凹痕或折痕会造成干膜贴不紧、干膜起翘，曝光时底版无法与基板贴紧造成图形偏差，蚀刻断线。

理论上，铜表面经过清洗和粗化后，铜表面粗糙度峰谷值应在2～2.5微米之间，两峰间距在3～4微米之间时，干膜与铜面可达到最佳的附着力。

（2） 贴膜

干膜光致抗蚀剂由聚酯薄膜、光致抗蚀剂及聚乙烯保护膜三部分组成。聚酯薄膜是支撑感光胶层的载体，使感光胶层涂覆成膜。聚酯薄膜在曝光之后、显影之前除去，防止曝光时氧气向抗蚀剂层扩散，破坏游离基，引起感光度下降。聚乙烯膜是覆盖在感光胶层上的保护膜，防止灰尘等污物污染干膜，并且避免在卷膜时每层抗蚀剂层之间相互粘连。聚酯薄膜和聚乙烯保护膜厚度一般均为25微米。光致抗蚀剂膜是干膜的主要成分，多为负性感光材料，根据用途选用不同的胶层厚度。

干膜光致抗蚀剂的制作是把预先配好的感光胶在高清洁度条件下，在高精度的涂覆机上涂覆于聚酯薄膜上，经过干燥、冷却后覆上聚乙烯保护膜，卷绕在一个辊心上就完成制作。

干膜贴膜时，先从干膜上剥下聚乙烯保护膜，然后在加热加压条件下将干膜抗蚀剂粘贴在覆铜板上。干膜中的抗蚀剂层受热后变软，流动性增加，借助热压辊的压力和抗蚀剂中粘结剂的作用完成贴膜。

贴膜时要控制好压力、温度和传送速度。贴膜机热压辊的温度105土10℃，传送速度0.8～1.8米/分，线压力0.5～0.6kg/cm或3～4 kg /cm2，干膜应能贴牢。贴膜温度在100℃左右。温度过高，干膜图形变脆，耐镀性差；温度过低，干膜与铜面粘附不牢，在显影或电镀时膜容易起翘甚至脱落。传送速度通常与贴膜温度有关，温度高、传送速度可快些，温度低、传送速度应慢些。完好的贴膜应是表面平整、无气泡、无皱折、无灰尘颗粒等夹杂。贴膜后应放置15分钟以上，使干膜冷却、恢复再进行曝光。

（3） 曝光

干膜在紫外线照射下，光引发剂吸收了光能分解成游离基，游离基再引发光聚合单体进行聚合交联反应形成不溶于稀碱溶液的体型大分子结构，影响曝光成像质量的因素除干膜光致抗蚀剂的性能外，光源的选择、曝光能量的控制、底版的质量等都是影响成像质量的重要因素。

曝光定位方式有三种：目视定位、脱销定位系统定位、固定销钉定位，我们采用目视定位，就是把底版的对位孔与印制板的对位孔重合对准，贴上胶带曝光。

曝光操作时，把贴有干膜的聚酰亚胺材料固定，让曝光灯移动的办法完成曝光，由于聚酰亚胺材料很薄，要保证底版与印制板紧密贴合，使图形不失真；曝光时底版药膜面必须紧贴感光膜面，以提高分辨率。

（4） 显影

显影是感光膜中未曝光部分的活性基团与稀碱溶液反应生成可溶性物质而溶解下来，显影时活性基团羧基-COOH与无水碳酸钠溶液中的N+作用，生成亲水性基团-COON，从而把未曝光的部分溶解掉，留下已感光固化的图形部分。

显影液的主要成分是碳酸钠和适量的消泡剂，无水碳酸钠的质量浓度在1%左右，显影温度范围一般在28～32℃，显影压力控制在20～30psi。

4.4 蚀刻

蚀刻就是在印制板制造过程中，以化学反应方式将不要部分的铜箔除去，使其形成电路图形的过程。我们采用酸性氯化铜蚀刻液，是用氯化铜、盐酸、氯化钠（或氯化铵）配制而成的，所采用的抗蚀层是干膜、液态光致抗蚀剂。

4.5 浸锡

锡是抗蚀性较强的银白色金属，易于焊接。化学浸锡是金属镀件与镀液中锡离子发生置换反应，形成锡镀层的过程。在浸镀时 ，溶液中的金属离子的还原电位必须比镀件金属的标准电极电位正，才能发生置换镀。

由于铜的标准电极电位是0.52V，锡的标准电极电位是-0.136V，所以在普通酸性溶液中，铜不能溶解成为铜离子，二价锡离子也不能夺取铜原子上的电子还原锡。当在溶液中加入络合剂硫脲后，硫脲与一价铜离子生成强的络合离子，因而一价铜离子的活性显著降低，使铜的电位降为-0.39V，这样反应就可以进行。

Sn2++2Cu+8NH2CSNH2=Sn+2（Cu（NH2CSNH2）4）+

4.6 冲孔、外形加工

根据孔的大小，编辑光绘文件，绘制出底片，再通过图形转移把孔周围的铜箔保护起来，使孔中心的铜箔被蚀刻掉，露出很薄的基材，按照孔的尺寸选择不同的冲头进行孔的加工，也可以用手术刀片挖去基材完成孔加工。外形加工同样采用刀片来完成。

六、结论

利用现有的刚性印制板生产线，合理的拼接底片，得到2.5m长的底片，成功制作出2.5米长挠性印制天线。通过对比研究发现：干膜在挠性线路的制作中，优点比湿膜多；此外，退膜、浸锡时，采用将长挠性材料卷曲操作，能很好地解决长挠性板容易皱折的问题。