撓性電路板的FR-4增強板分層改善

2019-07-25 01:53:54崔紅兵

印制電路信息 2019年7期

崔紅兵許燦

（東莞康源電子有限公司，廣東東莞 523932）

0 前言

隨著電子產品朝著小、輕、薄、高可靠等性能發展，撓性電路板（FPCB）在電子產品中的應用范圍越來越廣，數量也越來越多。作為電信號傳輸的連接線，板邊插頭（手指）位通常需要貼合增強材料，以增強連接的可靠性，還有部分位置需要貼裝元件，這些貼裝元件的位置有些也需要貼合增強材料，以支撐元件，常用增（補）強材料有PI、FR-4、金屬片等。

補強與撓性電路板的結合力受到膠膜厚度、壓合條件的影響，需要找到合適條件才能承受焊接時的高溫，否則容易出現分層起泡的質量問題。

1 問題現象描述和不良原因的分析

1.1 問題的描述

FPCB產品經過特定回流焊參數后，在貼有FR4補強的位置出現高達33%比例的起泡，做剖切磨片觀察（如圖1），確認是撓性層與FR-4增強之間出現了分層。

圖1 不良分層現象

1.2 原因的分析

（1）電鍍孔的表面不平整帶來受壓不均。從分層位置的結構圖（如圖2）可以看出。由于電鍍采用的是電鍍孔工藝，孔壁的銅厚要求最小12 μm，孔口表面的鍍銅厚度在18 μm以上，存在較明顯的凸起。從孔位圖（圖3）可看到補強的位置對應的孔的數量較多（4×20），在壓合的過程中容易出現敷形不足，受壓不均，流膠不充分。產品因彎折位置不能有電鍍銅，最好采用電鍍孔工藝實現孔的連接。

（2）回流焊高溫段時間長。從回流焊參數看，要求在220 ℃以上的溫區的時間保持在53 s以上，最高溫度（242±2）℃，40 ℃到220 ℃升溫時間（200±2）s，高溫段比一般回流焊的時間長。補強支撐位置是兩排較密的焊盤，用于較大型連接器的焊接，在回流焊時連接器需要吸收較多的熱量，為達到較好的焊接效果，通過加長高溫段的時間來達成。

圖2 產品疊層結構

圖3 產品孔位圖形

（3）壓合參數不合適。壓合采用的是真空快壓的方式，壓合參數是壓合時間120 s，溫度165 ℃，壓力1.76 MPa，這組參數是用于大批量的補強壓合的生產參數。通過不同產品的對比，此參數主要是用于表面沒有電鍍孔位置的補強壓合。對于較多電鍍孔的產品，表面的不平整程度加劇，可能無法滿足。

（4）膠膜厚度不足。膠膜是丙烯酸類型膠，厚度是25 μm，從產品表面的落差來看，膠膜的厚度不足也可能是原因之一。

2 試驗及分析

2.1 實驗設計

基于上面的分析，電鍍孔工藝和回流焊參數受產品特點的限制，不能作變更，故從壓合參數和膠膜厚度兩個方面進行試驗，選擇不同厚度的膠膜、壓合時間和壓合的溫度進行實驗設計。由于真空快壓機的壓力可調性差，故將其設定在1.76 MPa不變。

2.2 試驗樣品的測試結果

共進行了18組的試驗，每組數量為60片，回流焊試驗的分層累結果（見表1）。

為更清楚分析分層現象，將上表中數據按不同壓合溫度條件分成2張表，形成散點圖（見表2和表3、如圖4和圖5）。

由以上試驗結果，可看出：

（1）快壓機溫度在試驗范圍內設置越高，其不良分層數越少；

（2）快壓時間在試驗范圍內設置越長，其不良分層數越少；

（3）膠膜在試驗范圍內越厚，其不良分層數越少。

當采用25 μm膠膜時，無論采用試驗中何種壓板參數，三次回流焊后總是會出現一定的分層現象。

為了使該板的生產工藝穩定有效，25 μm膠膜顯然已經不適用于當前的試驗條件進行生產。由于采用50 μm厚的膠膜時，裝配孔（直徑1.6 mm）會出現較嚴重的孔口流膠現象，超出孔徑的公差要求（如圖6）。以上試驗結果中，使用35 μm膠膜時，當壓板參數適當時，沒有不良的分層現象，故選用35 μm膠膜進行驗證（如圖6）。

2.3 流膠量的影響因素

孔口流膠量的大小與所用產品的材料類型，膠膜厚度，孔徑大小以及壓合條件有關，對于以上分層試驗，在分層試驗的基礎上選用不同的膠厚、孔徑及壓合的條件（溫度、時間），壓合的壓力已固定，暫不做調整。參考IPC-TM-650《試驗方法手冊》，壓合后選取40個同種試驗條件下的孔，測得流膠量后取平均值，所示的試驗結果（見表3、圖7）。