TWS藍牙耳機剛撓結合印制板開發

楊先衛 黃金枝 葉漢雄 黃生榮

（惠州中京電子科技有限公司，廣東 惠州 519029）

0 前言

TWS (True Wireless Stereo，真無線立體聲）設備是指智能終端連接主耳機，并由主耳機通過無線方式向副耳機傳輸音頻信號，實現左右聲道獨立使用的立體聲音頻的設備。傳統的藍牙連接方案只能實現終端與一個音頻設備的連接，因此傳統無線耳機都是頭戴式或掛脖式，左右揚聲器之間有線連接，由單主控芯片接收音頻信號后分配給左右揚聲器，而TWS耳機兩個音頻設備之間沒有導線連接，在和終端連接時需要實現1對2的連接。

在2016年，蘋果公司作為TWS耳機的引領者推出初代Airpods后，于2019年進一步推出大改版的AirPods Pro。隨著產品品類的不斷豐富和用戶體驗的持續提升，TWS耳機的出貨量在2020年延續了高速增長的態勢。根據旭日大數據和智研咨詢的統計，2020年一季度全球TWS耳機出貨量的同比增速在100%以上，展望2020全年，TWS耳機市場出貨量有望突破2.3億臺，同比增速達78.29%。其中，中國品牌TWS耳機必將占據全球市場超過70%的市場份額，由此，中國的TWS2.0時代全新開啟。

受惠于TWS藍牙耳機普及及繁榮，印制電路板（PCB）產業也迎來了一個巨大的利益增長點，TWS藍牙耳機重要組成部分PCB主板，目前都采用剛撓（軟硬）結合，因為其輕便、小巧、可彎曲性、三維的互連組裝特點深受各大家廠商歡迎。目前TWS藍牙耳機主板采用的軟硬結合方案，其具有以下技術特性：（1）四、六層結構；（2）1階和2階HDI；（3）0.025 mm軟板+補強；（4）軟板On pad設計；（5）多撓折位裝配。

文章以一款應用于TWS藍牙耳機的6層2階HDI剛撓結合板為例，分析其制作難點及管控做了詳細闡述。

1 產品解析

1.1 產品疊構（見圖1）

圖1 PCB產品疊構示意圖

1.2 產品信息（見表1）

1.3 工藝流程

（1）L3-4 FPC流程：L3-4裁板→埋孔鉆孔→等離子體清洗→埋孔電鍍→L3-4圖形→AOI→棕化→貼覆蓋膜→激光開窗→等離子體清洗

（2）低流動度半固化片流程：半固化片裁切→背膠→激光切割→排廢成型

（3）主流程：預排→L2-5壓合→減銅→激光鉆孔→AOI→埋孔鉆孔→填孔電鍍→L2-5圖形→AOI→棕化→→埋孔塞孔→預排→L1-6壓合→減銅→激光鉆孔→AOI→埋孔鉆孔→填孔電鍍→外層圖形→AOI→防焊塞孔→防焊→文字→激光控深→CNC（一）→開蓋→化金→CNC（二）→UV成型→鋼片補強→電測→FQC→包裝

2 重難點解析

（1）拼板設計方案：首先考量拼板利用率需要85%以上，HDI類型板厚偏薄，硬板區0.5 mm，軟板區0.18 mm，而且軟板區域面積較大，多繞折位裝配，開蓋之后表面處理時水平線容易卡板，成品ET測試的時候，支撐力不夠導致假點多，影響效率；

（2）撓性區焊接連接盤制作方案：焊接連接盤設計比較小，結合廠內實際生產能力評估相應的工藝方案；

（3）開蓋方案評估：HDI介厚一般是100 μm左右，機械控深開蓋風險比較高，對連接位和剛撓交界區需要考慮其他開蓋方案。撓性區域面積較大，普通的半固化片開窗不適用，容易出現爆板分層問題。撓性區域有焊接連接盤設計，正貼膠帶阻膠，膠帶會污染連接盤，而且對準度差、溢膠大。

3 過程分析

3.1 拼板設計

此PCB的硬板：0.5±0.1 mm，FPC：0.18±0.05 mm，硬板區域月牙形狀是厚0.5 mm剛性基板，其它位置是厚0.18 mm撓性基板（見圖2）。

實際生產過程中，對比兩者拼板方案如下。

（1）在實際生產過程中，這種方案含出現較多的問題，銑板后過水平線時，因為支撐力不夠卡板比較嚴重，報廢率較高，電測時假點也比較多，效率非常低（見圖3）。

（2）第二種方案單元之間增加廢料區域間接連接，所有流程比較順暢（見圖4）。

在拼板設計階段，不僅僅需要考慮利用率，也需要考慮可制造性，針對不同的圖形設計，尤其是撓性區分布較多的圖形，連接位的分布，避免單元板直接連接，任意兩個單元板中間保留足夠的廢料空間，保證整體具有足夠的支撐力。

表1 PCB產品信息

圖2 TWS耳機主板實樣（左）和外形圖（右）

圖3 初始拼板圖

圖4 調整后拼板圖

3.2 撓性區焊接盤制作方案

撓性區位置有較多的焊接盤設計，不允許殘留膠渣、異物等，否則會影響焊接品質。根據廠內實際情況，采取激光在覆蓋上開窗方案。激光參數對其開窗品質影響較大，如果覆蓋膜清除不干凈，將會嚴重影響后續化金品質，本次采取不同的激光參數進行測試。

測試設備：三菱CO2激光機，

步驟：FPC貼覆蓋膜→激光開窗（CO2）→退膜→化金

結果使用參數：脈沖寬度2 μs，基準能量1 mJ，脈沖數量2 shoot，經批量生產，化金之后連接盤表面品質合格。

3.3 開蓋方案設計

（1）根據產品結構，2階6層HDI板的介厚約0.10 mm，撓性區有焊接盤設計，介厚偏薄無法采用傳統的半固化片開窗方案，也無法采用傳統的正貼膠帶阻膠工藝，結合以上兩點本產品將采用反貼膠帶工藝制作。反貼膠帶工藝路線如圖5所示。

圖5 反貼膠帶工藝路線

反貼膠帶工藝中，兩個關鍵點需要特別管控：

①背膠參數設置，溫度壓力和速度為關鍵參數，參數設置不當會導致貼膜起皺、脫落。從而影響后制程無法開窗，產品報廢。目前設置溫度：80 ℃，壓力0.5 Mpa，速度3 m/min。

②背膠產品UV切割，需要進行不同能量分層切割，首先用大能量鉆出3.175 mm半固化片定位孔，小能量切割膠帶但不能切穿PP。

（2）成品板厚0.5 mm，L1-3，L6-4厚度0.15 mm，采用傳統的機械控深盲銑，很容易銑傷覆蓋膜，此板將采用激光控深方案，有兩個關鍵位置需要重點管控，剛撓交界邊和連接位，這兩個位置需要不同能量進行分層切割。剛撓交接位置L1-3和L6-4全部掏空銅皮，需要使用非常精準的能力，保證易于開蓋且不傷及覆蓋膜，根據設備能力保證殘厚最小0.05 mm即可，連接位位置L3和L4鋪銅設計，激光直接打到銅面位置即可，此處控制比較容易。

3.4 其它工藝管控

其它工藝管控要求見表2。

4 總結

通過這款TWS藍牙耳機HDI剛撓結合板制作過程，關鍵工藝管控要求總結如下：

（1）針對不同的圖形設計，尤其是撓性區分布較多的圖形，連接位的分布需避免單元塊之間直接連接，任意兩個單元中間保留足夠的廢料空間，保證整體具有足夠的支撐力；

表2 其它工藝管控要求

（2）FPC焊接盤制作，控制激光燒蝕能量，保證覆蓋膜清除干凈，焊盤表面品質優良；

（3）HDI薄板層壓半固化片采用反貼膠帶工藝便于開蓋，UV切割，需要進行不同能量分層切割；

（4）開蓋采用激光控深方案，有兩個關鍵位置需要重點管控，剛撓交界邊和連接位，這兩個位置需要不同能量進行分層切割，設計階段，剛撓交接位置全部掏空銅皮,需要使用非常精準的激光能量，保證易于開蓋且不傷及覆蓋膜，根據設備能力保證殘厚最小0.050 mm即可。