18層背板型剛撓結(jié)合板制作技術(shù)介紹

何 淼 覃紅秀 鐘浩文（深圳崇達(dá)多層線路板有限公司，廣東 深圳 518132）

18層背板型剛撓結(jié)合板制作技術(shù)介紹

Paper Code: S-102

何 淼 覃紅秀 鐘浩文
（深圳崇達(dá)多層線路板有限公司，廣東 深圳 518132）

大型工控設(shè)備等領(lǐng)域通常需要用到尺寸較大PCB，剛撓結(jié)合板也不例外，高厚度和大尺寸對(duì)此類剛撓結(jié)合板制作提出了新的技術(shù)要求。文章介紹了一款18層（5R+6F+7R）、200mm×700mm剛撓結(jié)合板層偏控制、軟板區(qū)域成型等技術(shù)，為大尺寸高多層剛撓結(jié)合板制作提供技術(shù)依據(jù)。

高多層；大尺寸；背板；剛撓結(jié)合板

1 背景

剛撓結(jié)合板可以支持立體組裝，取代傳統(tǒng)連接方式，提高產(chǎn)品的可靠性及信號(hào)傳輸?shù)姆€(wěn)定性。近幾年剛撓結(jié)合板成為PCB種類中增長很快的產(chǎn)品之一，但是隨著電子技術(shù)不斷升級(jí)，為了滿足多樣性的產(chǎn)品需求，類似高層板、背板、剛撓結(jié)合板等“組合型”設(shè)計(jì)逐步呈現(xiàn)出常態(tài)化，這一現(xiàn)象也給PCB廠商提出了更高的挑戰(zhàn)。

本文介紹一款18層（5R+6F+7R）、大尺寸（200.3 mm×700.0 mm）的剛撓結(jié)合板的加工生產(chǎn)中遇到的技術(shù)難點(diǎn)，以及如何進(jìn)行改善和解決。

2 產(chǎn)品介紹

2.1 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)如圖1所示：

圖1 18層大尺寸背板型剛撓結(jié)合板結(jié)構(gòu)示意圖

產(chǎn)品主要參數(shù)特點(diǎn)如表1所示：

表1 18 層大尺寸背板型剛撓結(jié)合板主要參數(shù)特點(diǎn)

2.2 關(guān)鍵技術(shù)點(diǎn)介紹

（1）工藝流程選擇；

（2）產(chǎn)品表面平整性的設(shè)計(jì)；

（3）非對(duì)稱型結(jié)構(gòu)防止板翹曲設(shè)計(jì)；

（4）壓合層偏管控方式；

（5）撓性區(qū)域成型方式；

（6）流程操作方式改善。

3 加工難度分析及改善措施

3.1 工藝流程的設(shè)計(jì)

3.1.1 難點(diǎn)描述

按結(jié)構(gòu)類型，此板屬于書本式剛撓結(jié)合板，內(nèi)層含有6層FPC（即：3張撓性芯板），Window區(qū)域的撓性芯板之間不做壓合，Window對(duì)應(yīng)多張硬板芯板，芯板較薄，為生產(chǎn)流程設(shè)計(jì)增加難度。如何進(jìn)行揭蓋制作成為難點(diǎn)之一。

目前行業(yè)內(nèi)，揭蓋方式主要有四種，機(jī)械控深盲銑、開窗式、銅箔法、激光控深揭蓋。而此板的結(jié)構(gòu)導(dǎo)致產(chǎn)品的生產(chǎn)難度加大：

（1）Window區(qū)域?qū)?yīng)的硬板芯板厚度只有0.11 mm，太薄，預(yù)切割深度較大時(shí)，容易產(chǎn)生芯板斷裂，預(yù)切割深度淺時(shí)，揭蓋控深盲銑時(shí)，容易傷到撓性板；

（2）若在壓合之前將Window的硬板提前揭蓋，生產(chǎn)過程中藥水、機(jī)械對(duì)軟板區(qū)域傷害較大，影響產(chǎn)品外觀。

3.1.2 改善方案

經(jīng)過分析，將Window區(qū)域軟硬連接位置對(duì)應(yīng)的硬板芯板，采用激光切割直接切穿，切割縫隙僅有20μm，之后對(duì)應(yīng)的半固化片更改為不流膠半固化片，不做開窗處理，不流膠半固化片溢膠量較小，膠體不會(huì)進(jìn)入到縫隙中，這樣起到預(yù)切割的作用，再采用機(jī)械控深盲銑流程生產(chǎn)。具體生產(chǎn)流程如下：

3.2 產(chǎn)品表面平整性的設(shè)計(jì)

3.2.1 問題描述

產(chǎn)品包含3張撓性芯板，6層撓性區(qū)域，撓性區(qū)域均需要采用覆蓋膜貼合做保護(hù)，為了保證覆蓋膜與硬板之間的銜接，覆蓋膜進(jìn)入單元0.5 mm ～ 1.0 mm，6層覆蓋膜的疊加會(huì)產(chǎn)生很大的落差，此板采用PI+AD為25.4 μm+25.4 μm產(chǎn)品，累加起來高度達(dá)到6 μm×50 μm=300 μm，如此大的落差在表面會(huì)產(chǎn)生凸凹不平的問題，影響客戶的表面焊接。

3.2.2 改善方案

為了降低產(chǎn)品的表面凸凹不平的問題，我們采用不流膠半固化片大小開窗的設(shè)計(jì)方式加工，見圖2，在2張或者多張不流膠半固化片的情況下，撓性板對(duì)應(yīng)的不流膠半固化片Window預(yù)大比覆蓋膜單邊大0.25 mm，即：若覆蓋膜入單元Xmm，則不流膠半固化片的預(yù)大為X+0.25 mm，根據(jù)覆蓋膜的厚度來選擇不流膠半固化片的種類，使其落差減少，保證表面的平整性。

圖2 不流膠半固化片的大小開窗示意圖

3.3 非對(duì)稱型結(jié)構(gòu)防止板翹曲設(shè)計(jì)

3.3.1 問題描述

產(chǎn)品結(jié)構(gòu)為5R+6F+7R，撓性芯板對(duì)應(yīng)兩面的硬板厚度為1.4 mm和2.0 mm，結(jié)構(gòu)不對(duì)稱，產(chǎn)品壓合過程中產(chǎn)生內(nèi)部應(yīng)力無法抵消，導(dǎo)致產(chǎn)品出現(xiàn)翹曲的缺陷。而這款產(chǎn)品要求翹曲度要達(dá)到0.75%，給設(shè)計(jì)帶來較大的挑戰(zhàn)。

3.3.2 改善方案

經(jīng)過分析與試驗(yàn)，芯板的受熱膨脹產(chǎn)生的應(yīng)力，受到附在表面的銅箔的影響比較大，銅箔的熱膨脹系數(shù)較小，在壓合的過程中若加大銅皮面積，銅箔就會(huì)阻礙芯板的漲縮，減小壓合過程中產(chǎn)生的內(nèi)部應(yīng)力，從而降低翹曲度。

針對(duì)這款產(chǎn)品的更改設(shè)計(jì)，產(chǎn)品的SET邊和PNL邊設(shè)計(jì)成為大銅面，間隙為3.0 mm，銅面寬度32 mm，同張芯板的兩面的圖形網(wǎng)格需要水平鏡像。

除此以外，再增加電測(cè)試前壓板曲，壓合參數(shù)上在高溫、高壓段延長0.5 h。

3.4 壓合層偏管控方式

3.4.1 問題描述

剛撓結(jié)合板為PI和FR4材料混壓，PI材料吸水性和CTE熱漲縮都很大，很容易和FR4出現(xiàn)系數(shù)不匹配的問題，導(dǎo)致層偏，這款產(chǎn)品的孔到線距離僅有0.175 mm，層數(shù)高，給生產(chǎn)帶來很大的難度。

表2 18層大尺寸背板型剛撓結(jié)合板主要參數(shù)特點(diǎn)

3.4.2 改善方案

采用如下方式進(jìn)行管控材料漲縮：

（1）如3.3節(jié)所說，在撓性板和硬板的SET和PNL邊上添加大銅皮，通過銅皮降低PI材料的漲縮；

（2）犧牲生產(chǎn)效率，保證產(chǎn)品品質(zhì)，將撓性芯板與硬板芯板的并列生產(chǎn)，更改為串聯(lián)生產(chǎn)，即：先生產(chǎn)撓性芯板以后，測(cè)量產(chǎn)品的時(shí)間漲縮，再提供給硬板芯板的圖形漲縮系數(shù)，保證撓性芯板與硬板芯板的系數(shù)匹配。

通過以上的兩種方式，可以將產(chǎn)品的層偏量控制在100 μm內(nèi)。

3.5 撓性區(qū)域成型方式

3.5.1 問題描述

這款產(chǎn)品的撓性芯板的PI厚度為0.1 mm，即：0.1 mm，較厚，雙面貼合0.05 mm覆蓋膜，單張芯板完成厚度為0.2 mm（不含銅），產(chǎn)品是書本式結(jié)構(gòu)，一共3張撓性芯板，累加厚度為0.6 mm，如此厚的撓性區(qū)域，給成型增加了難度。

行業(yè)內(nèi)加工撓性板成型方式主要有激光切割和模沖。若采用激光切割成型撓性區(qū)域，這么厚的撓性板會(huì)有明顯的碳化，影響外觀；若采用模沖加工，剛撓結(jié)合板的模具費(fèi)用較貴，成本較高，同時(shí)此板是單只交貨，沒有工藝邊，模沖操作定位，及搬運(yùn)都很不方便。

3.5.2 改善方案

經(jīng)過試驗(yàn)測(cè)試，選擇機(jī)械直接成型，在沒有揭蓋之前，硬板與撓性緊壓在一起時(shí)，采用雙刃銑刀加工，減小行刀速，提高轉(zhuǎn)速，加工兩次，第一次銑板比成型線預(yù)大0.05 mm，會(huì)有少許毛刺產(chǎn)生，第二次銑板與外形線按1∶1加工，修理產(chǎn)生的毛刺。通過如上的處理方式撓性板的邊緣整齊，無毛刺，同時(shí)生產(chǎn)效率和品質(zhì)得到保證。

3.6 流程操作方式改善

3.6.1 問題描述

高層、大尺寸增加了產(chǎn)品的重量，在整個(gè)生產(chǎn)過程中，很容易出現(xiàn)撞傷，擦花等操作類的問題。高端產(chǎn)品因?yàn)椴僮鞑划?dāng)而導(dǎo)致報(bào)廢。但是行業(yè)內(nèi)這種大尺寸的PCB一直存在這種問題，背板如何過程轉(zhuǎn)運(yùn)、上機(jī)操作避免撞傷、劃傷一直是困擾事情！如何避免操作類的問題？

3.6.1 改善方案

盡量減少員工拿板，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)流程的自動(dòng)化。具體改善方案：

（1）芯板時(shí)采用膠框水平放置，壓合以后特別制作背板專用的運(yùn)輸車，減少搬運(yùn)，來往與各工序；

（2）所有水平線的采用自動(dòng)機(jī)械手抓板；

（3）成品時(shí)，不需要人為檢板，采用AVI機(jī)水平檢板。

4 產(chǎn)品制作效果

4.1 成品可靠性檢測(cè)結(jié)果

表3 18層大尺寸背板型剛撓結(jié)合板產(chǎn)品性能測(cè)試結(jié)果一覽表

5 總結(jié)

通過對(duì)產(chǎn)品材料和工藝的分析，可以將此款18層大尺寸背板型剛撓結(jié)合板制作技術(shù)總結(jié)如下：

（1）流程設(shè)計(jì)方面：處理好揭蓋的方式，在目前揭蓋方式的基礎(chǔ)上做出延伸，將較薄的硬板芯板直接切穿，再更改半固化片的種類。

（2）產(chǎn)品表面平整性的設(shè)計(jì)：采用不流膠半固化片做大小開窗，用不流膠半固化片的高度填充覆蓋膜的高度，減小表面的落差，保證平整度。

（3）非對(duì)稱型結(jié)構(gòu)的板翹曲管控設(shè)計(jì)：通過增加大銅皮的面積，降低板材的漲縮，分解一部分產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力，使其降低板翹曲。同時(shí)延長壓合時(shí)間，增加壓板曲。

（4）壓合層偏管控方式：增加大銅皮的面積，更改剛撓結(jié)合板的生產(chǎn)順序，漲縮值相差50 μm以內(nèi)配套壓合。

（5）撓性區(qū)域成型方式：避開激光切割、模沖，而是選擇銑板，通過優(yōu)化參數(shù)，改善撓性板的毛刺。

（6）流程操作方式：避免員工人為操作，將人工操作采用機(jī)械代替，不但降低操作類報(bào)廢，而且降低了人工成本。

[1] 彭衛(wèi)紅.劉東.朱拓.鄧先友. 高可靠性18層剛撓結(jié)合印制板制作技術(shù)研究[J]. 印制電路信息,2012/No.4.

[2] 何淼,朱拓,田晴,覃紅秀,鐘浩文. 高頻高密度互連剛撓結(jié)合板制作技術(shù)介紹[J]. 印制電路信息,2014/No.3.

[3] 曾憲悉,周剛,趙志平,孔華龍. 剛撓印制板的一種開蓋流程實(shí)驗(yàn)[J]. 印制電路信息,2013/No.3.

[4] 陳良,劉鎮(zhèn)權(quán),朱賢佳. 十六層剛撓結(jié)合板制作體會(huì)[J]. 印制電路信息,2011/Z1.

何淼，剛撓結(jié)合板組主管，負(fù)責(zé)公司撓性板、剛撓結(jié)合板的所有相關(guān)工作。

The 18 layer backplane type rigid flex PCB production technology introduction

HE Miao QIN Hong-xiu ZHONG Hao-wen

Large industrial equipment and other fields often need to use larger size PCB, Rigid Flex PCB is no exception. High thickness and large size and puts forward the requirements of new technology on this kind of rigid Flex PCB production. This paper introduces partial control, soft board area forming technology about an 18 layer (5R+6F+7R), 200mm×700mm Rigid Flex PCB, to provide technical basis for large size high multilayer rigid Flex PCB production.

Multilayer; Large Size; Backplane; R-F PCB

TN41

A

1009-0096（2015）03-0169-05