茍 輝 邢慧超 馬亞偉 于 梅

（中國航空工業(yè)集團公司西安航空計算技術研究所，陜西 西安 710068）

0 前言

剛撓結(jié)合印制板（R-FPCB）因既具備剛性印制板功能又能夠兼具撓性印制板優(yōu)點，現(xiàn)已經(jīng)大量適用于各種軍用、民用以及大眾化消費類電子產(chǎn)品中。因R-FPCB在提高連接可靠度的同時還減輕了重量與減小體積，也常用于制造軍用飛機和醫(yī)療設備。在實際使用中發(fā)現(xiàn)，雖然R-FPCB具有良好的彎折性能，但是對于撓性部分具有多層結(jié)構(gòu)時長期的彎折仍會有折斷的風險，因此影響產(chǎn)品功能。

本文介紹一種不等長剛撓結(jié)合板（Varying lengths R-FPCB），又稱書本型剛撓結(jié)合板（Bookbinder construction R-FPCB）的生產(chǎn)工藝，以解決因長期彎折撓性等長部分受力不均而引起的折斷現(xiàn)象。本文中以一款16層（8層撓性，8層剛性）、尺寸為180.2 mm×153.1 mm的不等長剛撓結(jié)合板的生產(chǎn)為例進行介紹，為后期類似印制電路板生產(chǎn)提供技術支持。

1 一種不等長剛撓板工藝設計

圖1為不等長剛撓板產(chǎn)品示意圖，由圖可知不等長剛撓板通過將撓性部分設置為不等長分布，以克服因柔性部分等長彎折帶來的受力不均問題。示例不等長剛撓結(jié)合板產(chǎn)品的主要參數(shù)特點如表1所示，具體生產(chǎn)流程如圖2所示。不等長剛撓板與普通剛撓板的制作相比，加工難點主要集中在層壓工序。因不等長剛撓板的撓性部分在壓合過程中具有突起部分，會導致其在層壓過程中不受應力，造成撓性線路折斷，同時介質(zhì)層厚度與內(nèi)層蝕刻參數(shù)也是影響不等長剛撓板的重要因素。

圖1 不等長剛撓板產(chǎn)品示意圖

表1 產(chǎn)品主要參數(shù)

2 關鍵技術點介紹

2.1 撓性單片介質(zhì)層厚度的選擇

撓性單片因介質(zhì)層厚度較薄并且偏軟，對圖轉(zhuǎn)、蝕刻工序制作中刷板、顯影、蝕刻都有較高的要求。撓性單片常用介質(zhì)層厚度為0.025～0.075 mm，介質(zhì)層越薄其單片柔軟度越高、耐彎折性能越好但加工時刷板、顯影、蝕刻更易卷板，需挑選合適的介質(zhì)層厚度并且對撓性單片進行特殊處理。

圖2 生產(chǎn)流程

表2～表4分別是進行不同介質(zhì)層厚度受刷板、顯影和蝕刻的影響分析。根據(jù)實驗數(shù)據(jù)：撓性基材介質(zhì)層厚度選擇0.075 mm對于圖轉(zhuǎn)、蝕刻兩個工序來說最為理想。加上托板之后介質(zhì)層厚度為0.0508 mm的撓性基材實驗結(jié)果尚可接受，圖轉(zhuǎn)刷版和內(nèi)層蝕刻的報廢率控制在2%，圖轉(zhuǎn)顯影控制在1%。為最大程度保證基材的撓性屬性，增加其耐彎折性能，撓性單片的介質(zhì)層厚度可選用0.05 mm。

2.2 內(nèi)層蝕刻

一般情況下內(nèi)層蝕刻的基銅厚度取35 μm，而撓性基材的基銅為17 μm，而且其單片具有一定柔性，使用常規(guī)蝕刻參數(shù)蝕刻出線條明顯偏細，故需要對內(nèi)層蝕刻參數(shù)進行一定的調(diào)整，實驗參數(shù)及結(jié)果如表5所示。由表5數(shù)據(jù)可知為保證蝕刻線條大于等于設計線條寬度80%并且蝕刻干凈，撓性單片的蝕刻參數(shù)由原先的速度1.0～1.4 m/min、銅離子濃度150 g/L、溫度45±5 ℃改為速度2.0～2.5 m/min、銅離子濃度160 g/L、溫度47±5 ℃。使用改善后的蝕刻參數(shù)，0.114 mm的線條蝕刻完畢后可以達到0.098～0.100 mm，蝕刻結(jié)果如圖3所示，滿足生產(chǎn)檢驗要求。

表2 圖形轉(zhuǎn)移刷板實驗

表3 圖轉(zhuǎn)顯影實驗

表4 內(nèi)層蝕刻實驗

表5 內(nèi)層蝕刻實驗

2.3 不等長剛撓板的壓合

2.3.1 撓性單片的覆蓋膜壓合

首先采用撓性單片全板貼覆蓋膜的工藝進行壓合，該加工工藝印制板在孔金屬化后金相觀察，孔內(nèi)每層的負凹蝕、電鍍積銅嚴重，并且內(nèi)層單片有覆蓋膜壓合空洞的缺陷。上述問題是由于覆蓋膜與撓性單片的結(jié)合力不夠，壓合時會產(chǎn)生白斑、空洞并在數(shù)控鉆孔、等離子后結(jié)合力進一步下降導致孔內(nèi)的負凹蝕和電鍍積銅嚴重，如圖4所示。

根據(jù)上述實驗結(jié)果，后續(xù)采用局部貼覆蓋膜的工藝。事先機械裁切或者人工裁切對覆蓋膜進行開窗處理，然后完成覆蓋膜的壓合。該處裁切不能使用激光切割機進行裁切，容易造成邊緣發(fā)黑，引起絕緣不良或者短路的風險。

圖3 改善工藝參數(shù)蝕刻后線條結(jié)果

圖4 覆蓋膜結(jié)合力不足導致凹蝕過量、電鍍積銅嚴重

2.3.2 不等長印制板的整板壓合

（1）工裝內(nèi)框尺寸。

與普通印制板壓合相比，不等長剛撓板的壓合難點在于壓合過程中不等長撓性部分會高出印制板高度，無法讓其受力。對于上述難點，設計專用壓合工裝，將工裝內(nèi)部對應撓性的部分銑掉，使得印制板在壓合時不等長部分懸空不受力。工裝銑內(nèi)框的尺寸實際是要比撓性不等長寬度區(qū)域尺寸小，一定程度上增加覆蓋膜和撓性單片的結(jié)合力，但其尺寸不能過小，過小會在壓合過程中對不等長撓板施加外應力，使得撓性部分打死折，造成線路斷線。表6是針對內(nèi)框尺寸參數(shù)進行實驗的數(shù)據(jù)，工裝內(nèi)框相較于不等長部分縮小的尺寸越大覆蓋膜的結(jié)合力越優(yōu)良，但過大就會引入壓合后打折斷線的風險。故最為理想狀態(tài)是小于不等長寬度15 mm，此時覆蓋膜的結(jié)合力最佳并且不會造成打折斷線的缺陷。圖6為壓合工裝實物圖。

（2）覆形材料的選取。

由于內(nèi)層撓性單片每一層尺寸都和上一層不一致，采用鉚釘式疊板會費時費力，應對本種印制板采用最為傳統(tǒng)的銷釘式疊板方式，同時需對覆形材料銑出對應的銷釘孔。表7為覆形材料的選用實驗數(shù)據(jù)，由表7可知，紅硅膠相對于三合一離型膜來說銑孔銑外形的加工難度較大，只能用激光鉆孔不能使用機械方式銑孔，并且屬于多次重復使用的覆形材料，應用于印制板專用工裝來說較為浪費。三合一離型膜中間樹脂層厚度越大其高低差填充、勻壓的效果越好，實際使用中中間樹脂層150 μm和200 μm的壓合過程中均未出現(xiàn)白斑的缺陷，考慮到價格最為合適的是型號150B的三合一離型膜。

（3）壓合疊層的改善。

不等長剛撓板在外層圖轉(zhuǎn)、外層蝕刻、絲印等工序中加工也具有較大的難度，其撓性高出部分會使得曝光時抽真空效果不佳容易導致虛光；在過各工序水平線時也會容易造成卡板、撓性部分折損的現(xiàn)象，而且若不對撓性部分加以保護，會使溶液進入印制板，導致產(chǎn)品報廢。需對不等長撓性部分在壓合時進行保護，直至最后外形銑時再開窗取出。在原有印制板的上下外層各增加一張0.1 mm的基材，將原先0.4 mm剛性基材更換為0.2 mm的光板（基材蝕刻掉兩面銅），如下圖7所示。

表6 內(nèi)框尺寸實驗

（4）壓合參數(shù)的確定。

本次剛撓板選用的是某公司1078型號的不流動半固化片，其壓合參數(shù)相較于我司常規(guī)使用的S1000-2M和S1170系列的半固化片差距很大。不流動半固化片流動度很低，其填膠能力很低，需要較高的升溫速度和壓力才能讓半固化片盡可能地填充滿無銅區(qū)域。

若直接按某公司對于1078半固化片的推薦參數(shù)壓合，效果并不佳，通過壓合實驗改良壓合參數(shù)，完成適合于我司壓機的不流動半固化片的壓合參數(shù)，如表8所示。

圖5 內(nèi)層單片（L2層）

圖6 壓合工裝加工圖

表7 覆形材料的選用實驗

圖7 層壓疊層結(jié)構(gòu)改善

表8 改良后參數(shù)

3 結(jié)束語

按照上文設計的不等長剛撓板制作流程，并對我公司成功生產(chǎn)出了符合不等長彎折要求的樣件，如圖8所示。經(jīng)過我司電氣性能檢測與B組檢驗測試，檢驗結(jié)果符合交付要求，此款印制板可有效改善剛撓結(jié)合板撓性部分受力不均勻，折斷現(xiàn)象，從而達到提升印制板性能穩(wěn)定性的目標。

圖8 不等長剛撓板加工樣品