高多層數(shù)剛撓結合板凹陷度改善研究

陳起平 石學兵 樊廷慧 李 波

（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 518000）

0 前言

隨著市場需求的提升，不論是剛性還是撓性印制板都在朝著高頻高速以及高多層發(fā)展。但高多層數(shù)的剛撓結合板（R-FPCB）隨著撓性板張數(shù)的增加以及半固化片（PP）張數(shù)的增多，撓性區(qū)位置會因PP銑槽而出現(xiàn)不同程度的凹陷。加輔助墊片為常規(guī)解決凹陷的方案，但是加工成本高，效率低。本文為降低成本，提高生產(chǎn)效率，提出采用覆蓋膜上貼高溫膠帶與補強片的方案。

1 傳統(tǒng)高層剛撓結合板加工工藝

1.1 常規(guī)壓合工藝

高多層剛撓結合板的制作需要將撓性區(qū)PP進行銑槽開窗，其結構如圖1（a）所示。剛撓結合板在撓性板張數(shù)小于等于3張的情況下板面凹陷較小，對生產(chǎn)制作影響較小，但在制作較高多層數(shù)的R-FPCB時，隨撓性板及半固化片（PP）張數(shù)的增加，臺階位高度差增大，凹陷度會增加，壓合后效果如圖1（b）所示。

圖1 撓性板區(qū)半固化片開窗與壓合后圖

板面凹陷過大會導致在鉆孔后臺階處毛刺不易打磨；在線路制作時會發(fā)生干膜掉膜，影響線路或孔環(huán)到臺階邊緣所能制作的最小距離；在阻焊印刷過程中，臺階處出現(xiàn)積油墨等。

1.2 通常板面凹陷解決方案

通常解決上述問題的方案有三種，第一種方案為優(yōu)化結構，通過更換PP類型，減少PP厚度的方式增加外層剛性板的厚度，在壓合時為撓性區(qū)提供支撐力，減少凹陷度，如圖2所示。第二種方案是在撓性區(qū)放置墊片，一般為PTFE（聚四氟乙烯）材料，通過對墊片材料厚度及形狀進行切割后，放置在硬板及PP開窗區(qū)域，如圖3所示。第三種方案是對外層芯板進行分壓后再進行總壓，適用在外層芯板張數(shù)較多的結構，如圖4所示。

圖2 增加剛性板厚度方案圖

圖3 增加墊片方案圖

圖4 硬板分壓后總壓方案圖

這三種方案都存在一些缺點，第一種方案減少PP厚度后，層間膠量減少，可能會導致填膠不良，壓合白斑的問題，影響到內層線路連接。第二種放置墊片的方案除了需對PP銑槽外，還需將硬板進行銑槽，以此固定墊片。PTFE墊片的高精度加工和放置也需耗費較多的人力物力。第三種方案與第一種方案的解決思路大致相同，通過分壓外層芯板增大撓性區(qū)的支撐力，減少凹陷，且不用減少PP厚度。但適用結構較為局限，需要外層芯板張數(shù)較多，且分壓后厚度需足以提供所需支撐力。

2 補強及高溫膠帶相結合的制作方案

為達到低成本、高效率以及高質量的目的，采用了市場上以及生產(chǎn)過程中常見的聚酰亞胺補強板和高溫膠帶作為墊片材料，兩者的結合不僅能較好地保護撓性板，也能減少撓性區(qū)域的凹陷度，且補強板有25 μm至500 μm不同厚度可選擇，足以滿足所有的臺階高度差。

2.1 壓合結構設計

文章采用的方案是在利用高溫膠帶的基礎上，使用聚酰亞胺補強板作為墊片。壓合前將高溫膠帶與補強板黏貼在撓性區(qū)域，利用補強板所帶有的熱固化膠及高溫膠帶的壓敏膠，可以使壓合前墊片固定在軟板上而不會脫落，在后工序也能順利地剝離。

壓合前僅需計算高度差值選取對應的厚度補強板，并在撓性板的最外層與最內層黏貼上述兩種材料即可。相比于傳統(tǒng)方案，本方案適用的壓合結構更為廣泛，主要是在彌補PP銑槽后缺失的厚度，因此對于不對稱壓合結構、外層芯板和外層銅箔壓合結構都能很好地適用。

2.2 補強片及高溫膠帶加工設計

為防止壓合過程中墊片發(fā)生形變而導致墊片伸入剛性板區(qū)域，使得硬板分層[1]，切割高溫膠帶及補強板文件設計朝撓性板區(qū)內縮0.1 mm，如圖5所示。

圖5 墊片尺寸設計圖

為提高生產(chǎn)效率，在撓性板進行快壓后，若將補強片與高溫膠通過預先壓合后進行激光切割的方式可以利用自動貼補強機達到一次粘貼完成的目的，而無需進行兩次切割和黏貼。

2.3 撓性區(qū)貼墊片流程設計

對于撓性區(qū)域較長或較大的產(chǎn)品，在撓性板成型時，由于撓性區(qū)無支撐，若采用機械加工的方式銑切，撓性板的晃動可能會導致軟板邊緣不平整或尺寸有異常，因此一般采用的是激光成型的方式。但激光在切割高層次軟板時又可能出現(xiàn)碳黑嚴重，激光無法打穿等問題。由于本設計墊片具有較高的硬度可為撓性區(qū)提供支撐，因此在撓性板成型時可與剛性板成型一并完成，而揭蓋流程可以利用芯板設計銅線保護撓性區(qū)域[2]。整體流程設計如圖6所示。

圖6 整體加工流程設計圖

3 方案實際生產(chǎn)測試

為驗證本方案是否對鉆孔毛刺、線路干膜掉膜和阻焊積油墨起到一定的改善作用以及成品可靠性，選取一款14層板進行實際生產(chǎn)，對比正常壓合和使用本方案在以上各工序的生產(chǎn)結果，產(chǎn)品層壓結構如圖7所示。

圖7 試驗板層壓結構圖

以上產(chǎn)品壓合后硬板區(qū)域厚度均值1.977 mm，加墊片后撓性區(qū)厚度均值1.958 mm，未加墊片撓性區(qū)板厚均值1.405 mm。鉆孔時，靠近臺階處板面接觸不到底部墊板，鉆孔后孔口產(chǎn)生毛刺較為嚴重，且由于板面具有一定弧度，使用毛刺打磨機也無法去除，需要進行手工打磨，而減少板面高度差不僅能使鉆孔處板面接觸底板減少毛刺，且打磨機也可打磨到位。

正常參數(shù)進行貼干膜、曝光與顯影，未加墊片靠近臺階處孔口干膜脫落，加墊片干膜顯影后無異常。

阻焊印刷，未加墊片臺階處積油墨嚴重，加墊片印刷質量良好，如圖8所示。

圖8 阻焊印刷效果對比圖

成品成型后，輔助墊片材料可以輕易地剝離，撓性區(qū)光滑無殘膠，且經(jīng)288 ℃/熱沖擊3次后無異常，成品展示和熱沖擊切片如圖9所示。

圖9 成品效果展示圖

4 總結

隨著市場需求的發(fā)展，剛撓結合板逐步朝著高層數(shù)與高密度互連發(fā)展，高層數(shù)剛撓結合板需求量日益增長。本文提出的使用高溫膠帶與補強板減少臺階高度差的制造方案，利用了生產(chǎn)中的常備物料與常用機械，意在以低成本、高效率與高質量的方式解決高度差引起的生產(chǎn)異常，為高多層數(shù)剛撓結合板的批量生產(chǎn)提供參考。