宋建遠(yuǎn) 何 淼 尋瑞平

（崇達(dá)技術(shù)股份有限公司，廣東 深圳 518132）

0 前言

剛撓結(jié)合印制電路板是指一塊印制板上包含一個(gè)或多個(gè)剛性區(qū)和一個(gè)或多個(gè)撓性區(qū)，由剛性板和撓性板有序的層壓在一起組成，并以金屬化孔形成電氣連接。與傳統(tǒng)剛性印制電路板相比，既可以提供剛性印制電路板應(yīng)有的支撐作用，又有撓性板的彎曲性，能夠滿(mǎn)足三維組裝的要求，因而市場(chǎng)需求前景良好，產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于航天航空、軍用電子設(shè)備、手機(jī)、數(shù)碼（攝）像機(jī)、通訊器材、分析儀器等領(lǐng)域。

1 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)

本文選取的一類(lèi)高階表面結(jié)構(gòu)剛撓結(jié)合印制板，從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來(lái)看，非對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)，撓性板在外層，開(kāi)窗處高度差大于1 mm，成品階梯槽較深，使用撓性板聚酰亞胺（PI）材料與剛性板玻纖-PI材料混合壓合，制作出撓性板位于表面層的剛撓結(jié)合印制電路板，該板集合了混壓設(shè)計(jì)，不對(duì)稱(chēng)設(shè)計(jì)、頂?shù)讓釉O(shè)計(jì)、剛撓結(jié)合設(shè)計(jì)的一類(lèi)特點(diǎn)。

高階表面結(jié)構(gòu)剛撓結(jié)合印制板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖，見(jiàn)圖1所示。

圖1 高階表面結(jié)構(gòu)剛撓結(jié)合印制板結(jié)構(gòu)示意圖

高階表面結(jié)構(gòu)剛撓結(jié)合印制板產(chǎn)品特點(diǎn)，見(jiàn)表1所示。

表1 高層表面結(jié)構(gòu)剛撓結(jié)合PCB產(chǎn)品特點(diǎn)

2 工藝流程

2.1 工藝流程設(shè)計(jì)

經(jīng)研究與探討，制定“高階表面結(jié)構(gòu)剛撓結(jié)合印制板”工藝流程圖見(jiàn)圖2所示。

2.2 重點(diǎn)工序管控

高階表面結(jié)構(gòu)剛撓結(jié)合印制板的生產(chǎn)工藝流程涵蓋了材料特性分析，鉆孔、壓合、電鍍、阻焊等工序的關(guān)鍵技術(shù)，下文就生產(chǎn)過(guò)程中部分關(guān)鍵工序予以總結(jié)。

（1）開(kāi)料。開(kāi)料使用板材，PI樹(shù)脂剛性板材，Tg≥200 ℃；撓性板PI板材，Tg≥220 ℃；開(kāi)料洗板后對(duì)玻纖-樹(shù)脂板材進(jìn)行烘烤：180 ℃×1 h。

（2）內(nèi)層圖形。L1/L2層撓性板圖形制作；L2層正常制作圖形，L1層做靶位圖形。

（3）貼保護(hù)膜。貼L2層保護(hù)膜，使用保護(hù)膜外形對(duì)準(zhǔn)標(biāo)識(shí)線定位預(yù)貼合。

（4）撓性板層壓合。不銑邊，過(guò)棕化，使用撓性板快壓機(jī)壓合：180 ℃×2 min；壓合后測(cè)量撓性板的漲縮值，提供給CAM出菲林和鉆銑帶。

（5）內(nèi)層圖形。制作L3/L4層圖形，特別注意鉚釘孔圖形及激光靶圖形。

（6）激光燒盲槽。使用0.125 mm的激光燒蝕L3層凹槽；燒蝕深度：硬板芯板厚度的1/2-2/3。

（7）銑內(nèi)槽。銑L2/L3層間不流動(dòng)半固化片（No flow PP），并鉆出鉚釘孔。

（8）半固化片開(kāi)窗銑槽。銑兩層No flow PP槽，第一張開(kāi)窗預(yù)大1.2 mm，第二張預(yù)大0.3 mm；銑半固化片片采用雙韌銑刀，酚醛樹(shù)脂蓋、墊板及特定參數(shù)制作。

（9）剛撓結(jié)合板壓合。硬板方向增加一層PACO PLUS墊層和一層PACO PAD墊層，排版采用撓性板向上，剛性板向下的方式操作；排版時(shí)注意清潔板面PP粉，壓合參數(shù)使用YB參數(shù)。

（10）沉銅板電?；瘜W(xué)除膠渣兩次，保證除膠干凈；整板電鍍，夾短邊，電鍍后測(cè)量銅厚，保證≥56 μm，標(biāo)稱(chēng)值70 μm；板電后切片測(cè)量孔銅最小厚度：30 μm。

（11）外層圖形。壓膜檢查首板有無(wú)激光槽位凹陷、空洞問(wèn)題；預(yù)大值為0.08 mm，預(yù)大后最小線寬/線隙：0.38 mm/0.22 mm；蝕刻后成品最小線寬/線隙：0.30 mm/0.30 mm。

（12）外層保護(hù)膜壓合。貼保護(hù)膜不能折皺，使用保護(hù)膜板角對(duì)位線對(duì)位；使用真空傳統(tǒng)壓機(jī)代替撓性板快壓機(jī)壓合，保證保護(hù)膜無(wú)空洞。

（13）成型前銑撓性板槽。成型前銑掉撓性板部分的硬板槽，使撓性板露出；嚴(yán)格控制平臺(tái)深度，避免銑傷撓性板。

（14）點(diǎn)膠。使用研發(fā)給定參數(shù)點(diǎn)膠；確保點(diǎn)膠均勻平整，膠體結(jié)合良好，無(wú)氣泡產(chǎn)生。

3 關(guān)鍵技術(shù)解決方案

高階表面結(jié)構(gòu)剛撓結(jié)合印制板在研制過(guò)程也遇到一些行業(yè)界共同面臨的技術(shù)難點(diǎn)與制程瓶頸，經(jīng)過(guò)不斷技術(shù)提升、工藝流程優(yōu)化，在以下共性技術(shù)上實(shí)現(xiàn)了技術(shù)創(chuàng)新。

圖2 高階表面結(jié)構(gòu)剛撓結(jié)合印制板工藝流程

3.1 不對(duì)稱(chēng)排版壓合技術(shù)

3.1.1 制作難點(diǎn)

在制作一款撓性板位于外層的產(chǎn)品時(shí)，由于芯板厚度相差很大，撓性板芯板厚度為0.05 mm，硬板芯板厚度為1.13 mm，若采用傳統(tǒng)的“單面硅膠墊+鋁片”的排版進(jìn)行壓合，板邊有壓合填膠不良，圖3為高階表面結(jié)構(gòu)剛撓結(jié)合印制板，撓性部分位于外層的不對(duì)稱(chēng)壓合結(jié)構(gòu)圖。鋼板的熱膨脹系數(shù)小于PI板材，壓合時(shí)PI板材在受熱條件下不能有效伸展，壓合更容易起皺。圖4為易出現(xiàn)的壓合缺陷圖。

圖3 撓性板位于外層的不對(duì)稱(chēng)壓合結(jié)構(gòu)圖

圖4 壓合褶皺缺陷圖

3.1.2 解決方案

采用硬方向增加“一層PACOPAD＋一層PACO PLUS墊片”的不對(duì)稱(chēng)排版結(jié)構(gòu)進(jìn)行壓合，如圖5所示,由于撓性板位于外層，壓合結(jié)構(gòu)不對(duì)稱(chēng)，若使用單面“單面硅膠墊+鋁片”的排版結(jié)構(gòu)進(jìn)行壓合，硬板層無(wú)緩沖作用，導(dǎo)致PP與撓性板層結(jié)合不牢固，膠體不能有效填充并與硬板結(jié)合，壓合完成后表現(xiàn)出填膠不良的現(xiàn)象。為此，經(jīng)研發(fā)人員測(cè)試確認(rèn)，向硬板方向增加一層PACO PAD＋一層PACO PLUS墊片+鋁片，進(jìn)行整板的壓合，由于PACO PAD和PACO PLUS材質(zhì)柔軟，抽真空時(shí)，將層間和線間的空氣趕走，再利用PACO PAD和PACO PLUS材質(zhì)的柔軟性能，保證流動(dòng)態(tài)的膠體能夠隨著線路的高低做出相應(yīng)變化，充分填充線隙，更保證了PI粘結(jié)層與撓性板的良好結(jié)合，大幅度提升了產(chǎn)品的可靠性。

圖5 不對(duì)稱(chēng)排版壓合結(jié)構(gòu)示意圖

此外，由于熱膨脹系數(shù)：PI板材55×10-6＞鋁25×10-6＞銅17×10-6＞鋼5×10-6，可以看出，鋁片的熱膨脹系數(shù)比鋼板的更接近于PI板材，如圖6所示，排版時(shí)，使用鋁片代替鋼板與撓性板層直接接觸，鋁片膨脹產(chǎn)生的“拉力”大于鋼板產(chǎn)生的拉力，這樣以來(lái)，可以促進(jìn)PI材料得到更好的延展，有利于防止壓合后板面凹陷或不平整,起皺問(wèn)題。

圖6 鋁片（A）和鋼板（B）制約PI板材拉伸示意圖

3.2 激光制作盲槽技術(shù)

3.2.1 制作難點(diǎn)

第二次壓合前硬板層需要制作盲槽，盲槽深度要求0.50±0.13 mm，若使用機(jī)械銑盲槽，盲槽寬度高達(dá)0.8 mm，見(jiàn)圖7本產(chǎn)品機(jī)械盲槽切片數(shù)據(jù)圖示，第二次層壓時(shí)膠體會(huì)流入盲槽內(nèi)，表面形成一個(gè)凹槽，外層圖形制作時(shí)易產(chǎn)生貼干膜空洞問(wèn)題，導(dǎo)致外層短路、滲鍍等致命性問(wèn)題。

3.2.2 解決方案

激光鉆孔原理是利用紅外線的熱效應(yīng)原理，在激光不斷增加能量的情況下使有機(jī)分子燃燒與空氣中的CO2形成CO2或H2O氣體而離去。由于激光是以一定直徑的紅外光束來(lái)加工的，因而形成微小孔。采用激光燒蝕的方法制作盲槽，盲槽寬度控制在0.125 mm±0.013 mm，深度不變，制作燒蝕盲槽的工程資料，設(shè)定好燒蝕寬度和能量值，進(jìn)行激光燒蝕盲槽，將盲槽寬度縮小了1.471 mm，防止了壓合時(shí)膠體流入盲槽內(nèi)的情況，保證了板面平整性，圖7顯示的是激光盲槽切片數(shù)據(jù)。

圖7 盲槽切片數(shù)據(jù)圖示

除此之外，激光燒蝕的方法省去了機(jī)械定位，人工排版，人工調(diào)試進(jìn)刀量等流程，簡(jiǎn)化了生產(chǎn)方式，提高了生產(chǎn)效率，降低了貼膜凹陷、空洞造成的報(bào)廢，從而提高了準(zhǔn)時(shí)時(shí)間，節(jié)約了成本。

3.3 半固化片不等大開(kāi)窗技術(shù)

3.3.1 制作難點(diǎn)

高階表面結(jié)構(gòu)剛撓結(jié)合印制板，其高層表面結(jié)構(gòu)的剛撓結(jié)合PCB開(kāi)窗高度較差（1.735 mm），半固化片若采用普通內(nèi)縮開(kāi)窗，見(jiàn)圖8普通開(kāi)窗方式示意圖。若采用該方式開(kāi)窗，一方面，剛撓結(jié)部合分的半固化片采用普通內(nèi)縮開(kāi)窗制作，膠體不斷流向空隙位置，流動(dòng)過(guò)多或過(guò)少會(huì)導(dǎo)致板面突起或凹陷，影響外層線路的制作和外觀平整性；另一方面，撓性板覆蓋膜與半固化片無(wú)參合，很難保證半固化片與撓性板的結(jié)合效果，撓性板很容易被撕裂。

圖8 半固化片普通開(kāi)窗方式示意圖

3.3.2 解決方案

為保證板面平整度，同時(shí)確保剛撓結(jié)合位的性能良好，經(jīng)過(guò)研發(fā)人員的討論與試驗(yàn)，最終探索出一種“雙層半固化片不等大開(kāi)窗”技術(shù)，如圖9所示，將原來(lái)的一層更改為兩層No Flow PP，撓性板方向的半固化片層開(kāi)窗比盲槽窗口開(kāi)窗預(yù)大1.2 mm，硬板方向的半固化片開(kāi)窗比標(biāo)準(zhǔn)窗口預(yù)大0.2 mm。利用此方法，將一次性高度差分解成兩次較低的高度差進(jìn)行壓合，有效解決了一層半固化片等大開(kāi)窗造成的溢膠、突起和凹陷問(wèn)題，窗口預(yù)大為1.2 mm的半固化片填充了保護(hù)膜單PCS貼合產(chǎn)生的高度差，保證了板面尤其是焊盤(pán)的平整性，窗口預(yù)大為0.2 mm的半固化片可以防止壓合過(guò)程中半固化片溢膠至撓性板區(qū)域，保證了剛撓結(jié)合位撓性板的撓折性。

圖9 剛撓結(jié)合層間半固化片不等大開(kāi)窗結(jié)構(gòu)圖

4 結(jié)論

高階表面結(jié)構(gòu)剛撓結(jié)合印制板具備的諸多優(yōu)良特點(diǎn)，以及給生產(chǎn)制造企業(yè)帶來(lái)的豐厚利潤(rùn)，目前越來(lái)越多的企業(yè)參與到該類(lèi)產(chǎn)品的研制與生產(chǎn)。本文在高階表面結(jié)構(gòu)剛撓結(jié)合印制板研制過(guò)程中取得的共性技術(shù)領(lǐng)域的創(chuàng)新探索，尤其在不對(duì)稱(chēng)排版壓合技術(shù)、激光制作盲槽技術(shù)、半固化片不等大開(kāi)窗技術(shù)提供了詳細(xì)的解決方案，供業(yè)界同行交流參考，共同推動(dòng)該項(xiàng)產(chǎn)品技術(shù)在國(guó)內(nèi)的進(jìn)步。