超長(zhǎng)多層分離式撓性印制電路板層壓質(zhì)量改善研究

張偉偉 石學(xué)兵 李 波 唐宏華 樊廷慧

（惠州市金百澤電路科技有限公司，廣東 惠州 516083）

（深圳市金百澤電子科技股份有限公司，廣東 深圳 518049）

0 前言

多層撓性電路板（FPCB）是將3層或更多層的單面或雙面撓性電路板壓合在一起，通過鉆孔、沉銅電鍍形成金屬化孔，在不同層間形成電氣互連的多層FPCB印制電路板，此類產(chǎn)品具有配線密度高、重量輕、厚度薄、彎折性好的特點(diǎn)，是當(dāng)前電子產(chǎn)品小型化和模塊連接一體化最主要的解決方案，在汽車、醫(yī)療、數(shù)碼、航天等領(lǐng)域均有廣泛應(yīng)用。

目前行業(yè)內(nèi)量產(chǎn)的FPCB大多用于消費(fèi)類電子，以小型化、薄型化為主，但對(duì)于大型工控設(shè)備，為滿足模塊連接一體化要求，部分連接器的設(shè)計(jì)長(zhǎng)度超過800 mm，對(duì)于此類超長(zhǎng)的多層FPCB，在加工過程中容易出現(xiàn)層壓偏移、內(nèi)層漲縮不受控等品質(zhì)缺陷，影響產(chǎn)品良率及可靠性，本文即對(duì)此類工藝問題進(jìn)行技術(shù)研究。

1 超長(zhǎng)多層FPCB層壓加工難點(diǎn)解析

1.1 產(chǎn)品加工信息

產(chǎn)品加工信息表見表1所所示。

表1 產(chǎn)品加工信息表

1.2 加工難點(diǎn)解析

（1）客戶疊層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為四層FPCB，需經(jīng)過壓合、鉆孔、沉銅電鍍形成金屬化孔；因撓性板材質(zhì)非常軟，缺乏支撐力，若按常規(guī)鉚合方式壓合，則層壓時(shí)撓性板受高溫高壓擠壓變形，易出現(xiàn)層壓偏移，漲縮不受控等品質(zhì)問題。

（2）客戶要求產(chǎn)品撓性區(qū)為分離式設(shè)計(jì)，成品單件交貨尺寸 20.5 mm×880.5 mm，中間撓性曲長(zhǎng)度20.5 mm×800 mm，僅兩端有互聯(lián)，在結(jié)構(gòu)上存在極大的空曠區(qū)域，如CAM（計(jì)算機(jī)輔助制造）資料拼板間距較小時(shí)，存在單元與單元之間無膠片黏結(jié)，后工序加工易造成撓性板起鼓分裂，導(dǎo)致出現(xiàn)分層藏藥水現(xiàn)象。

2 超長(zhǎng)多層FPCB層壓質(zhì)量改善研究

2.1 層壓因素分析

采用魚骨圖分析法，對(duì)可能影響多層FPCB壓合質(zhì)量的因素進(jìn)行判別，通過分析，在針對(duì)可能影響的因素通過單因素試驗(yàn)方法驗(yàn)證潛在原因，找到最終真因，并進(jìn)行改善驗(yàn)證。

通過魚骨圖（圖1）分析可知，影響多層FPCB壓合質(zhì)量的原因可能有，壓合輔料使用錯(cuò)誤、純撓性板壓合支撐度不夠、工程拼板間距設(shè)計(jì)錯(cuò)誤、壓合方式錯(cuò)誤等影響因素；

圖1 原因分析魚骨圖

2.2 實(shí)驗(yàn)方案

為改善超多層FPCB壓合質(zhì)量問題，特采用DOE（實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)），通過對(duì)影響超長(zhǎng)多層FPCB層壓質(zhì)量主要因子（CAM資料拼板間距設(shè)計(jì)、層壓輔助材料、壓合方式設(shè)計(jì)）進(jìn)行研究，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案如表2所示。

表2 測(cè)試方案設(shè)計(jì)

2.3 實(shí)驗(yàn)流程

工藝流程圖見圖2所示。

圖2 工藝流程圖

2.4 DOE

根據(jù)上述特征要因分析結(jié)果，結(jié)合生產(chǎn)控制的實(shí)際情況，主要考察以下3個(gè)因素：A（拼板間距設(shè)計(jì)）、B（壓合方式）、C（壓合輔料），通過3因素3水平進(jìn)行對(duì)比測(cè)試，具體如表3所示。

表3 實(shí)驗(yàn)因素及水平表

2.5 DOE測(cè)試數(shù)據(jù)

DOE測(cè)試數(shù)據(jù)表見表4所示。

表4 DOE測(cè)試數(shù)據(jù)

2.6 數(shù)據(jù)分析

品質(zhì)評(píng)分主效應(yīng)圖見圖3所示。

圖3 品質(zhì)評(píng)分主效應(yīng)圖

2.7 測(cè)試小結(jié)

（1）從DOE測(cè)試數(shù)據(jù)及品質(zhì)評(píng)分主效應(yīng)圖看，壓合方式均值極差相差最大，為第一影響因素，其次排板間距為第二影響因素，壓合輔料影響較小，為次要因素。

（2）綜合DOE測(cè)試數(shù)據(jù)分析，最優(yōu)方案為A3B3C1。測(cè)試數(shù)據(jù)見表5所示。

表5 最優(yōu)實(shí)驗(yàn)方案

3 工藝驗(yàn)證

3.1 驗(yàn)證方案

為了確保多層FPCB壓合的質(zhì)量，需對(duì)最優(yōu)方案進(jìn)行壓合實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，驗(yàn)證方案見表6所示。

表6 驗(yàn)證方案

3.2 試驗(yàn)板結(jié)構(gòu)

按以上測(cè)試的最優(yōu)方案做產(chǎn)品驗(yàn)證,實(shí)驗(yàn)板層壓結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖4 多層FPCB疊層結(jié)構(gòu)

3.3 工藝優(yōu)化設(shè)計(jì)

3.3.1 優(yōu)化CAM文件拼板間距設(shè)計(jì)

將原CAM文件拼板（1 Pnl拼7單元）優(yōu)化為（1 Pnl拼4單元），拼板間距由原10 mm加大至20 mm，單元之間增加PP黏結(jié)，減少中間空曠區(qū)域。

3.3.2 優(yōu)化壓合排板方式

壓合前設(shè)計(jì)支撐板，與FPCB鉚合在一起再壓合，防止壓合過程中產(chǎn)品受熱壓導(dǎo)致產(chǎn)品變形，層壓偏移、漲縮無規(guī)律等，排板方式優(yōu)化后如圖5所示。

圖5 優(yōu)化層壓排板方式

3.4 品質(zhì)改善效果

3.4.1 層壓偏移度

按最優(yōu)方案，實(shí)驗(yàn)板壓合后，檢查板邊對(duì)位環(huán)同心度良好，無層偏現(xiàn)象，如圖6所示。

圖6 壓合品質(zhì)改善效果

3.4.2 漲縮測(cè)量

產(chǎn)品壓合后，測(cè)量漲縮值在0.03%以內(nèi)，符合管控要求。測(cè)試數(shù)據(jù)如表7所示。

表7 鉆孔漲縮數(shù)據(jù)

3.4.3 鉆孔精度

產(chǎn)品鉆孔后，X-RAY檢查孔位對(duì)準(zhǔn)度良好，無偏孔現(xiàn)象，改善效果如圖7所示。

圖7 鉆孔品質(zhì)改善效果

3.5 產(chǎn)品耐熱性測(cè)試

對(duì)成品板進(jìn)行熱應(yīng)力測(cè)試（288 ℃/10 s/浸錫3次），內(nèi)層連接良好，無爆板分層及孔銅斷裂現(xiàn)象，如圖8所示。

圖8 熱應(yīng)力測(cè)試效果

3.6 驗(yàn)證結(jié)果

采用最優(yōu)加工方案，通過優(yōu)化CAM拼板間距，優(yōu)化壓合排板方式，壓合前設(shè)計(jì)支撐板與FPCB一起鉚合再壓合，對(duì)超長(zhǎng)多層分離式結(jié)構(gòu)FPCB的壓合質(zhì)量有明顯改善，其漲縮可控，無層壓偏移、層壓白斑等品質(zhì)不良，符合品質(zhì)管控要求。

4 總結(jié)

本文主要針對(duì)超長(zhǎng)多層分離式FPCB壓合過程出現(xiàn)的一些質(zhì)量問題進(jìn)行工藝研究，通過優(yōu)化工程拼板間距及壓合排板方式等，有效改善了層壓漲縮、層壓偏移、層壓分層及白斑等常見質(zhì)量問題，為后續(xù)批量化生產(chǎn)奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。