一種撓性區(qū)不等長(zhǎng)的剛撓板工藝研究

茍 輝 邢慧超 馬亞偉 于 梅

（中國(guó)航空工業(yè)集團(tuán)公司西安航空計(jì)算技術(shù)研究所，陜西 西安 710068）

0 前言

剛撓結(jié)合印制板（R-FPCB）因既具備剛性印制板功能又能夠兼具撓性印制板優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)已經(jīng)大量適用于各種軍用、民用以及大眾化消費(fèi)類電子產(chǎn)品中。因R-FPCB在提高連接可靠度的同時(shí)還減輕了重量與減小體積，也常用于制造軍用飛機(jī)和醫(yī)療設(shè)備。在實(shí)際使用中發(fā)現(xiàn)，雖然R-FPCB具有良好的彎折性能，但是對(duì)于撓性部分具有多層結(jié)構(gòu)時(shí)長(zhǎng)期的彎折仍會(huì)有折斷的風(fēng)險(xiǎn)，因此影響產(chǎn)品功能。

本文介紹一種不等長(zhǎng)剛撓結(jié)合板（Varying lengths R-FPCB），又稱書(shū)本型剛撓結(jié)合板（Bookbinder construction R-FPCB）的生產(chǎn)工藝，以解決因長(zhǎng)期彎折撓性等長(zhǎng)部分受力不均而引起的折斷現(xiàn)象。本文中以一款16層（8層撓性，8層剛性）、尺寸為180.2 mm×153.1 mm的不等長(zhǎng)剛撓結(jié)合板的生產(chǎn)為例進(jìn)行介紹，為后期類似印制電路板生產(chǎn)提供技術(shù)支持。

1 一種不等長(zhǎng)剛撓板工藝設(shè)計(jì)

圖1為不等長(zhǎng)剛撓板產(chǎn)品示意圖，由圖可知不等長(zhǎng)剛撓板通過(guò)將撓性部分設(shè)置為不等長(zhǎng)分布，以克服因柔性部分等長(zhǎng)彎折帶來(lái)的受力不均問(wèn)題。示例不等長(zhǎng)剛撓結(jié)合板產(chǎn)品的主要參數(shù)特點(diǎn)如表1所示，具體生產(chǎn)流程如圖2所示。不等長(zhǎng)剛撓板與普通剛撓板的制作相比，加工難點(diǎn)主要集中在層壓工序。因不等長(zhǎng)剛撓板的撓性部分在壓合過(guò)程中具有突起部分，會(huì)導(dǎo)致其在層壓過(guò)程中不受應(yīng)力，造成撓性線路折斷，同時(shí)介質(zhì)層厚度與內(nèi)層蝕刻參數(shù)也是影響不等長(zhǎng)剛撓板的重要因素。

圖1 不等長(zhǎng)剛撓板產(chǎn)品示意圖

表1 產(chǎn)品主要參數(shù)

2 關(guān)鍵技術(shù)點(diǎn)介紹

2.1 撓性單片介質(zhì)層厚度的選擇

撓性單片因介質(zhì)層厚度較薄并且偏軟，對(duì)圖轉(zhuǎn)、蝕刻工序制作中刷板、顯影、蝕刻都有較高的要求。撓性單片常用介質(zhì)層厚度為0.025～0.075 mm，介質(zhì)層越薄其單片柔軟度越高、耐彎折性能越好但加工時(shí)刷板、顯影、蝕刻更易卷板，需挑選合適的介質(zhì)層厚度并且對(duì)撓性單片進(jìn)行特殊處理。

圖2 生產(chǎn)流程

表2～表4分別是進(jìn)行不同介質(zhì)層厚度受刷板、顯影和蝕刻的影響分析。根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)：撓性基材介質(zhì)層厚度選擇0.075 mm對(duì)于圖轉(zhuǎn)、蝕刻兩個(gè)工序來(lái)說(shuō)最為理想。加上托板之后介質(zhì)層厚度為0.0508 mm的撓性基材實(shí)驗(yàn)結(jié)果尚可接受，圖轉(zhuǎn)刷版和內(nèi)層蝕刻的報(bào)廢率控制在2%，圖轉(zhuǎn)顯影控制在1%。為最大程度保證基材的撓性屬性，增加其耐彎折性能，撓性單片的介質(zhì)層厚度可選用0.05 mm。

2.2 內(nèi)層蝕刻

一般情況下內(nèi)層蝕刻的基銅厚度取35 μm，而撓性基材的基銅為17 μm，而且其單片具有一定柔性，使用常規(guī)蝕刻參數(shù)蝕刻出線條明顯偏細(xì)，故需要對(duì)內(nèi)層蝕刻參數(shù)進(jìn)行一定的調(diào)整，實(shí)驗(yàn)參數(shù)及結(jié)果如表5所示。由表5數(shù)據(jù)可知為保證蝕刻線條大于等于設(shè)計(jì)線條寬度80%并且蝕刻干凈，撓性單片的蝕刻參數(shù)由原先的速度1.0～1.4 m/min、銅離子濃度150 g/L、溫度45±5 ℃改為速度2.0～2.5 m/min、銅離子濃度160 g/L、溫度47±5 ℃。使用改善后的蝕刻參數(shù)，0.114 mm的線條蝕刻完畢后可以達(dá)到0.098～0.100 mm，蝕刻結(jié)果如圖3所示，滿足生產(chǎn)檢驗(yàn)要求。

表2 圖形轉(zhuǎn)移刷板實(shí)驗(yàn)

表3 圖轉(zhuǎn)顯影實(shí)驗(yàn)

表4 內(nèi)層蝕刻實(shí)驗(yàn)

表5 內(nèi)層蝕刻實(shí)驗(yàn)

2.3 不等長(zhǎng)剛撓板的壓合

2.3.1 撓性單片的覆蓋膜壓合

首先采用撓性單片全板貼覆蓋膜的工藝進(jìn)行壓合，該加工工藝印制板在孔金屬化后金相觀察，孔內(nèi)每層的負(fù)凹蝕、電鍍積銅嚴(yán)重，并且內(nèi)層單片有覆蓋膜壓合空洞的缺陷。上述問(wèn)題是由于覆蓋膜與撓性單片的結(jié)合力不夠，壓合時(shí)會(huì)產(chǎn)生白斑、空洞并在數(shù)控鉆孔、等離子后結(jié)合力進(jìn)一步下降導(dǎo)致孔內(nèi)的負(fù)凹蝕和電鍍積銅嚴(yán)重，如圖4所示。

根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果，后續(xù)采用局部貼覆蓋膜的工藝。事先機(jī)械裁切或者人工裁切對(duì)覆蓋膜進(jìn)行開(kāi)窗處理，然后完成覆蓋膜的壓合。該處裁切不能使用激光切割機(jī)進(jìn)行裁切，容易造成邊緣發(fā)黑，引起絕緣不良或者短路的風(fēng)險(xiǎn)。

圖3 改善工藝參數(shù)蝕刻后線條結(jié)果

圖4 覆蓋膜結(jié)合力不足導(dǎo)致凹蝕過(guò)量、電鍍積銅嚴(yán)重

2.3.2 不等長(zhǎng)印制板的整板壓合

（1）工裝內(nèi)框尺寸。

與普通印制板壓合相比，不等長(zhǎng)剛撓板的壓合難點(diǎn)在于壓合過(guò)程中不等長(zhǎng)撓性部分會(huì)高出印制板高度，無(wú)法讓其受力。對(duì)于上述難點(diǎn)，設(shè)計(jì)專用壓合工裝，將工裝內(nèi)部對(duì)應(yīng)撓性的部分銑掉，使得印制板在壓合時(shí)不等長(zhǎng)部分懸空不受力。工裝銑內(nèi)框的尺寸實(shí)際是要比撓性不等長(zhǎng)寬度區(qū)域尺寸小，一定程度上增加覆蓋膜和撓性單片的結(jié)合力，但其尺寸不能過(guò)小，過(guò)小會(huì)在壓合過(guò)程中對(duì)不等長(zhǎng)撓板施加外應(yīng)力，使得撓性部分打死折，造成線路斷線。表6是針對(duì)內(nèi)框尺寸參數(shù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)，工裝內(nèi)框相較于不等長(zhǎng)部分縮小的尺寸越大覆蓋膜的結(jié)合力越優(yōu)良，但過(guò)大就會(huì)引入壓合后打折斷線的風(fēng)險(xiǎn)。故最為理想狀態(tài)是小于不等長(zhǎng)寬度15 mm，此時(shí)覆蓋膜的結(jié)合力最佳并且不會(huì)造成打折斷線的缺陷。圖6為壓合工裝實(shí)物圖。

（2）覆形材料的選取。

由于內(nèi)層撓性單片每一層尺寸都和上一層不一致，采用鉚釘式疊板會(huì)費(fèi)時(shí)費(fèi)力，應(yīng)對(duì)本種印制板采用最為傳統(tǒng)的銷釘式疊板方式，同時(shí)需對(duì)覆形材料銑出對(duì)應(yīng)的銷釘孔。表7為覆形材料的選用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，由表7可知，紅硅膠相對(duì)于三合一離型膜來(lái)說(shuō)銑孔銑外形的加工難度較大，只能用激光鉆孔不能使用機(jī)械方式銑孔，并且屬于多次重復(fù)使用的覆形材料，應(yīng)用于印制板專用工裝來(lái)說(shuō)較為浪費(fèi)。三合一離型膜中間樹(shù)脂層厚度越大其高低差填充、勻壓的效果越好，實(shí)際使用中中間樹(shù)脂層150 μm和200 μm的壓合過(guò)程中均未出現(xiàn)白斑的缺陷，考慮到價(jià)格最為合適的是型號(hào)150B的三合一離型膜。

（3）壓合疊層的改善。

不等長(zhǎng)剛撓板在外層圖轉(zhuǎn)、外層蝕刻、絲印等工序中加工也具有較大的難度，其撓性高出部分會(huì)使得曝光時(shí)抽真空效果不佳容易導(dǎo)致虛光；在過(guò)各工序水平線時(shí)也會(huì)容易造成卡板、撓性部分折損的現(xiàn)象，而且若不對(duì)撓性部分加以保護(hù)，會(huì)使溶液進(jìn)入印制板，導(dǎo)致產(chǎn)品報(bào)廢。需對(duì)不等長(zhǎng)撓性部分在壓合時(shí)進(jìn)行保護(hù)，直至最后外形銑時(shí)再開(kāi)窗取出。在原有印制板的上下外層各增加一張0.1 mm的基材，將原先0.4 mm剛性基材更換為0.2 mm的光板（基材蝕刻掉兩面銅），如下圖7所示。

表6 內(nèi)框尺寸實(shí)驗(yàn)

（4）壓合參數(shù)的確定。

本次剛撓板選用的是某公司1078型號(hào)的不流動(dòng)半固化片，其壓合參數(shù)相較于我司常規(guī)使用的S1000-2M和S1170系列的半固化片差距很大。不流動(dòng)半固化片流動(dòng)度很低，其填膠能力很低，需要較高的升溫速度和壓力才能讓半固化片盡可能地填充滿無(wú)銅區(qū)域。

若直接按某公司對(duì)于1078半固化片的推薦參數(shù)壓合，效果并不佳，通過(guò)壓合實(shí)驗(yàn)改良?jí)汉蠀?shù)，完成適合于我司壓機(jī)的不流動(dòng)半固化片的壓合參數(shù)，如表8所示。

圖5 內(nèi)層單片（L2層）

圖6 壓合工裝加工圖

表7 覆形材料的選用實(shí)驗(yàn)

圖7 層壓疊層結(jié)構(gòu)改善

表8 改良后參數(shù)

3 結(jié)束語(yǔ)

按照上文設(shè)計(jì)的不等長(zhǎng)剛撓板制作流程，并對(duì)我公司成功生產(chǎn)出了符合不等長(zhǎng)彎折要求的樣件，如圖8所示。經(jīng)過(guò)我司電氣性能檢測(cè)與B組檢驗(yàn)測(cè)試，檢驗(yàn)結(jié)果符合交付要求，此款印制板可有效改善剛撓結(jié)合板撓性部分受力不均勻，折斷現(xiàn)象，從而達(dá)到提升印制板性能穩(wěn)定性的目標(biāo)。

圖8 不等長(zhǎng)剛撓板加工樣品