高階表面結構剛撓結合印制板制作技術

宋建遠 何 淼 尋瑞平

（崇達技術股份有限公司，廣東 深圳 518132）

0 前言

剛撓結合印制電路板是指一塊印制板上包含一個或多個剛性區和一個或多個撓性區，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。與傳統剛性印制電路板相比，既可以提供剛性印制電路板應有的支撐作用，又有撓性板的彎曲性，能夠滿足三維組裝的要求，因而市場需求前景良好，產品廣泛應用于航天航空、軍用電子設備、手機、數碼（攝）像機、通訊器材、分析儀器等領域。

1 產品結構

本文選取的一類高階表面結構剛撓結合印制板，從結構設計來看，非對稱結構，撓性板在外層，開窗處高度差大于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合印制電路板，該板集合了混壓設計，不對稱設計、頂底層設計、剛撓結合設計的一類特點。

高階表面結構剛撓結合印制板結構設計圖，見圖1所示。

圖1 高階表面結構剛撓結合印制板結構示意圖

高階表面結構剛撓結合印制板產品特點，見表1所示。

表1 高層表面結構剛撓結合PCB產品特點

2 工藝流程

2.1 工藝流程設計

經研究與探討，制定“高階表面結構剛撓結合印制板”工藝流程圖見圖2所示。

2.2 重點工序管控

高階表面結構剛撓結合印制板的生產工藝流程涵蓋了材料特性分析，鉆孔、壓合、電鍍、阻焊等工序的關鍵技術，下文就生產過程中部分關鍵工序予以總結。

（1）開料。開料使用板材，PI樹脂剛性板材，Tg≥200 ℃；撓性板PI板材，Tg≥220 ℃；開料洗板后對玻纖-樹脂板材進行烘烤：180 ℃×1 h。

（2）內層圖形。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）貼保護膜。貼L2層保護膜，使用保護膜外形對準標識線定位預貼合。

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

（5）內層圖形。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）銑內槽。銑L2/L3層間不流動半固化片（No flow PP），并鉆出鉚釘孔。

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

（9）剛撓結合板壓合。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；排版時注意清潔板面PP粉，壓合參數使用YB參數。

（10）沉銅板電。化學除膠渣兩次，保證除膠干凈；整板電鍍，夾短邊，電鍍后測量銅厚，保證≥56 μm，標稱值70 μm；板電后切片測量孔銅最小厚度：30 μm。

（11）外層圖形。壓膜檢查首板有無激光槽位凹陷、空洞問題；預大值為0.08 mm，預大后最小線寬/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）外層保護膜壓合。貼保護膜不能折皺，使用保護膜板角對位線對位；使用真空傳統壓機代替撓性板快壓機壓合，保證保護膜無空洞。

（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；嚴格控制平臺深度，避免銑傷撓性板。

（14）點膠。使用研發給定參數點膠；確保點膠均勻平整，膠體結合良好，無氣泡產生。

3 關鍵技術解決方案

高階表面結構剛撓結合印制板在研制過程也遇到一些行業界共同面臨的技術難點與制程瓶頸，經過不斷技術提升、工藝流程優化，在以下共性技術上實現了技術創新。

圖2 高階表面結構剛撓結合印制板工藝流程

3.1 不對稱排版壓合技術

3.1.1 制作難點

在制作一款撓性板位于外層的產品時，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，若采用傳統的“單面硅膠墊+鋁片”的排版進行壓合，板邊有壓合填膠不良，圖3為高階表面結構剛撓結合印制板，撓性部分位于外層的不對稱壓合結構圖。鋼板的熱膨脹系數小于PI板材，壓合時PI板材在受熱條件下不能有效伸展，壓合更容易起皺。圖4為易出現的壓合缺陷圖。

圖3 撓性板位于外層的不對稱壓合結構圖

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”的不對稱排版結構進行壓合，如圖5所示,由于撓性板位于外層，壓合結構不對稱，若使用單面“單面硅膠墊+鋁片”的排版結構進行壓合，硬板層無緩沖作用，導致PP與撓性板層結合不牢固，膠體不能有效填充并與硬板結合，壓合完成后表現出填膠不良的現象。為此，經研發人員測試確認，向硬板方向增加一層PACO PAD＋一層PACO PLUS墊片+鋁片，進行整板的壓合，由于PACO PAD和PACO PLUS材質柔軟，抽真空時，將層間和線間的空氣趕走，再利用PACO PAD和PACO PLUS材質的柔軟性能，保證流動態的膠體能夠隨著線路的高低做出相應變化，充分填充線隙，更保證了PI粘結層與撓性板的良好結合，大幅度提升了產品的可靠性。

圖5 不對稱排版壓合結構示意圖

此外，由于熱膨脹系數：PI板材55×10-6＞鋁25×10-6＞銅17×10-6＞鋼5×10-6，可以看出，鋁片的熱膨脹系數比鋼板的更接近于PI板材，如圖6所示，排版時，使用鋁片代替鋼板與撓性板層直接接觸，鋁片膨脹產生的“拉力”大于鋼板產生的拉力，這樣以來，可以促進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

3.2.1 制作難點

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，若使用機械銑盲槽，盲槽寬度高達0.8 mm，見圖7本產品機械盲槽切片數據圖示，第二次層壓時膠體會流入盲槽內，表面形成一個凹槽，外層圖形制作時易產生貼干膜空洞問題，導致外層短路、滲鍍等致命性問題。

3.2.2 解決方案

激光鉆孔原理是利用紅外線的熱效應原理，在激光不斷增加能量的情況下使有機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，設定好燒蝕寬度和能量值，進行激光燒蝕盲槽，將盲槽寬度縮小了1.471 mm，防止了壓合時膠體流入盲槽內的情況，保證了板面平整性，圖7顯示的是激光盲槽切片數據。

圖7 盲槽切片數據圖示

除此之外，激光燒蝕的方法省去了機械定位，人工排版，人工調試進刀量等流程，簡化了生產方式，提高了生產效率，降低了貼膜凹陷、空洞造成的報廢，從而提高了準時時間，節約了成本。

3.3 半固化片不等大開窗技術

3.3.1 制作難點

高階表面結構剛撓結合印制板，其高層表面結構的剛撓結合PCB開窗高度較差（1.735 mm），半固化片若采用普通內縮開窗，見圖8普通開窗方式示意圖。若采用該方式開窗，一方面，剛撓結部合分的半固化片采用普通內縮開窗制作，膠體不斷流向空隙位置，流動過多或過少會導致板面突起或凹陷，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參合，很難保證半固化片與撓性板的結合效果，撓性板很容易被撕裂。

圖8 半固化片普通開窗方式示意圖

3.3.2 解決方案

為保證板面平整度，同時確保剛撓結合位的性能良好，經過研發人員的討論與試驗，最終探索出一種“雙層半固化片不等大開窗”技術，如圖9所示，將原來的一層更改為兩層No Flow PP，撓性板方向的半固化片層開窗比盲槽窗口開窗預大1.2 mm，硬板方向的半固化片開窗比標準窗口預大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行壓合，有效解決了一層半固化片等大開窗造成的溢膠、突起和凹陷問題，窗口預大為1.2 mm的半固化片填充了保護膜單PCS貼合產生的高度差，保證了板面尤其是焊盤的平整性，窗口預大為0.2 mm的半固化片可以防止壓合過程中半固化片溢膠至撓性板區域，保證了剛撓結合位撓性板的撓折性。

圖9 剛撓結合層間半固化片不等大開窗結構圖

4 結論

高階表面結構剛撓結合印制板具備的諸多優良特點，以及給生產制造企業帶來的豐厚利潤，目前越來越多的企業參與到該類產品的研制與生產。本文在高階表面結構剛撓結合印制板研制過程中取得的共性技術領域的創新探索，尤其在不對稱排版壓合技術、激光制作盲槽技術、半固化片不等大開窗技術提供了詳細的解決方案，供業界同行交流參考，共同推動該項產品技術在國內的進步。