刚挠结合印制板在等离子处理过程中爆板分析及改善

Paper Code: A-029

梁 鹏 莫欣满 陈 蓓

广州兴森快捷电路科技有限公司

刚挠结合印制板在等离子处理过程中爆板分析及改善

Paper Code: A-029

梁 鹏 莫欣满 陈 蓓

广州兴森快捷电路科技有限公司

开窗是刚挠结合印制板实现挠性弯曲的关键工艺，主要有通窗和盲窗法，其中后者因过程可对挠性窗口区域起良好的保护作用等而广泛应用，但其生产过程存在等离子处理爆板风险。本文通过对压机真空度、刚板厚度、盲窗面积/周长比、开窗区域是否覆铜等因素的影响进行研究，具体分析了等离子过程产生爆板的原因，总结出了在真空压合的条件下，刚板厚度和开窗区域是否覆铜是影响生产板等离子处理爆板的主要因素，并提出了一种新型的改善方法——开窗区域去铜法，该方法可有效改善排气降低气压影响，为盲窗工艺的扩大应用提供参考。

刚挠结合印制板；盲窗；等离子处理爆板；开窗区域去铜法

1 前言

刚挠结合印制板（刚挠结合板）是将刚性板由挠性板连接构成的系统模块[1]，实现了板与板之间的高密度连接。其集刚性板与挠性板的优点于一身，能够满足三维组装的要求，为解决电子设备各功能模块之间的互联问题提供了新方法。它省去了电线电缆连接安装，缩小了空间与质量，顺应了电子产品轻、薄、短、小的发展趋势，同时具备优越的机械、电气、可靠性和高挠曲性，已被广泛应用于航空航天、医疗、高端电子产品等。

刚挠结合板也是近年来增长非常迅速的一类PCB，已被欧美、日本等发达国家和地区广泛采用，其需求已占PCB总需求的10%以上[2]。在国内，随着技术进步及设计理念提升，未来刚挠结合板市场需求也将极速增长，同时，刚挠结合板技术也是我国PCB行业重点鼓励发展的方向之一。但其制造过程仍面临一些技术难题，如盲窗工艺板（采用盲窗工艺制作的刚挠结合板）的等离子处理爆板问题。

盲窗工艺是一种通用的刚挠结合板制作工艺，即FR4与挠性层层压时，PP片在挠性需露出区域预先开窗，而刚性部分暂不开窗，最后通过控深铣开盖的方式将挠性需弯折区域悬空的FR4去掉的工艺，如图1所示[3]。该加工工艺不需单独铣垫片、层压垫垫片，同时可以保护挠性内层裸露手指、焊盘，避免沉铜时挠性区域掉铜皮等问题，具有操作方便、省时、高效等优势。刚挠结合板由于其特殊的材料树脂结构，使得通常的化学方法去钻污效果不理想，而等离子体去钻污不受孔径、孔深限制，对常用树脂均具有均匀一致的蚀刻速率，是业界普遍认可的适用于PCB基板的最佳去钻污方法[4]。但采用盲窗工艺的刚挠结合印制板（盲窗工艺板）等离子过程中的爆板问题，已成为其应用推广的主要障碍。

图1 刚挠结合印制板半窗工艺示意图

盲窗工艺板等离子处理爆板的原因在于等离子处理过程抽真空而引起的盲窗空腔内外的压强差。因此，解决等离子处理爆板问题的根本方法在于消除或者降低盲窗空腔内外压强差。而消除或者降低盲窗空腔内外压强差的方法有：（1）连通空腔内、外，使气体自由流通，如钻透气孔；（2）降低空腔内的压强，如真空压合。但是钻透气孔方法，需增加手动封透气孔、撕胶带等流程，较为繁琐，是否存在其它改善方法？真空压合时排气是否充分，能否彻底避免等离子处理爆板？另外，等离子处理过程，刚性层厚度较薄时，容易变形导致爆板；盲窗面积越大，周长越小，盲窗周边单位长度上的剥离力越大，爆板风险越大。因此，本文针对以上几个方面进行较为系统的研究，以期弄清盲窗工艺板等离子处理爆板原因并提出相应的改善方法。

2 实验设计

2.1 材料与仪器

2.1.1 实验主要材料

表1 实验用主要材料列表

2.1.2 实验主要仪器设备

真空压机、等离子清洗机、烘箱、切片研磨机、金相显微镜。

2.2 实验方法

2.2.1 试板设计

采用盲窗工艺制作4层刚挠结合板，顶底层为刚性（厚度：0.25 mm，Cu：0.5 oz/0.5 oz），蚀刻单面；L2/L3层为挠性（PI：1 mil，Cu：1 oz/1 oz）；层间粘合片：106 不流动半固化片。试板层压叠层结构如图2。

图2 试板层压叠层结构示意图

2.2.2 试板制作

开料→线路制作→假接CVL→假接PP→铆合→层压→锣边→烘烤→等离子处理→观察分层情况。

表2 实验方法与设计

3 结果与讨论

盲窗工艺板的等离子处理爆板是由于等离子处理过程抽真空后，窗外压强较小，为保持空腔内、外压强平衡，此时窗内气体存在膨胀的趋势，而产生层间破坏力F，假设相应的刚挠层间结合力为f，如图3所示。

图3 等离子处理爆板过程示意图

当F>f时，便发生等离子处理爆板。因此，解决等离子处理爆板问题的根本方法在于消除或者降低腔体内外压强差，使F

3.1 压机真空度影响分析

表3 压机真空度影响效果对比

实验结果如表3所示，在非真空压合后的盲窗工艺板，等离子处理时出现大面积爆板，而真空压合后的盲窗工艺板，等离子处理后部分盲窗爆板。这可能是由于非真空压合后盲窗工艺板，盲窗内部气体压强较大，所以等离子处理时，爆板风险较大；而真空压合过程，由于抽真空排气，使得盲窗空腔内部气体压强减少，从而降低了等离子处理爆板风险。但盲窗工艺板真空压合后仍存在部分等离子处理时爆板的问题，这说明：压合时抽真空，并不能完全排出盲窗空腔内气体，且剩余气体有可能引发等离子处理时爆板。

3.2 刚板厚度影响

3.2.1 实验结果

表4为盲窗工艺刚挠板等离子处理后，不同刚性层厚度的爆板情况。数据显示：爆板情况集中在刚性层厚度≦0.3mm的盲窗工艺刚挠板，刚性层厚度＞0.3mm的盲窗工艺刚挠板均未出现爆板。具体切片图如下。

3.2.2 结果分析

等离子处理过程（真空环境），槽内气体对刚板施加压力，使刚板变形，刚板较厚时，刚板变形较小（图4-a），可忽略；刚板较薄时，刚板变形明显（如图4-b）。

表4 刚性层厚度影响效果对比

图4-a 刚性层较厚的盲窗工艺板等离子过程示意图

图4-b 刚性层较薄半窗工艺板等离子过程示意图

在开窗区域等大，层压条件相同的条件下，盲窗内气体压强相等，而等离子处理过程中，刚性层较薄的盲窗工艺板的空腔变形，其等离子过程受力分析如图5：

图5 薄刚性层变形受力分析

分析可得： F•sinθ=Fˊ•cosθ （1）

导致盲窗爆板的层间破坏力F〞，为气体膨胀产生的F与材料变形产生的拉力Fˊ在垂直方向上的分力之和：

将式（1）代人式（2）得： F〞= F/cosθ>F (θ>0)

即等离子处理过程，刚性层较薄而变形后，使得盲窗周边层间破坏力加大，爆板风险加大。所以，刚性层厚度较薄时，爆板风险较大。

3.3 盲窗面积/盲窗周长（S/D）影响分析

表5 S / D影响效果对比

表5为真空压合条件下，不同的盲窗面积/盲窗周长（S/D）时的等离子处理爆板情况。仅S/D=55，时出现轻微爆板。这说明：在盲窗空腔内气体压强及刚性层厚度一定时，盲窗面积（S）越大，周长越小，盲窗工艺板等离子处理爆板风险越大。这是由于盲窗面积（S）越大，层间破坏力越大，周长越小，盲窗周围粘结区域单位长度上的剥离力越大，即破坏力强度越大，所用爆板风险加大。但在生产中，由于S/D变化范围相对较小，因此其对等离子处理爆板的影响程度相对较小。

3.4 开窗区域是否覆铜影响分析

表6 开窗区域覆铜的影响效果对比

如表6所示，在真空及非真空压合条件下，开窗区域覆铜的盲窗工艺刚挠板均出现不同程度的爆板。而开窗区域去铜的盲窗工艺板，等离子处理均未出现爆板。这说明：开窗区域覆铜是影响盲窗工艺板等离子处理时是否爆板的关键因素之一。这是由于表面覆铜一定程度上阻隔了盲窗空腔内外的气体流通，使得等离子处理时盲窗空腔内、外存在较明显的压强差，从而导致等离子处理爆板。而开窗区域去铜的盲窗工艺板未爆板是由于去铜后的FR-4光板，透气率较高，从而使得等离子处理时，盲窗空腔内、外的气体可以相对流通，从而避免了等离子处理爆板问题。表7提供了部分基材透气率的参考数据：3 mil的PI基材，0.25 mm厚的FR4基板，以水蒸气为例，其透气率为14.881 g/(m2•24h)，但单面覆铜后的PI（单面FCCL）其透气率下降至0.119 g/(m2•24h)；而0.25 mm厚的FR-4基板的透气率为0.76 g/(m2•24h)。由此可见，基板覆铜是影响其透气性的关键因素，覆铜基材透气率较低，而FR-4光板透气率相对较高。另外，以铜箔代替“刚性层”，制作盲窗工艺板，其等离子处理后严重爆板。

表7 部分材料透气率比较

因此，表面覆铜是影响盲窗工艺板等离子处理爆板的关键因素之一。因此，开窗区域去铜也是一种改善等离子处理爆板问题的有效方法。

4 结论

综合以上分析，得出如下结论：

（1）真空压合过程，由于抽真空排气，使得盲窗空腔内部气体压强减少，从而降低了等离子处理爆板风险。但盲窗工艺板真空压合时，并不能完全排出盲窗空腔内气体，因此，仍存在等离子处理爆板风险。

（2）刚性层厚度是影响盲窗工艺板等离子处理爆板的主要因素之一，这是因为薄的刚性层容易变形，

使得盲窗周边层间破坏力加大，爆板风险加大。

（3）盲窗空腔内气体压强一定时，盲窗面积（S）越大，周长越小，盲窗周边单位长度上的剥离力越大，爆板风险进一步加大，但生产中，S/D变化范围相对较小，因此其影响程度较小。

（4）覆铜板比较致密，阻隔了盲窗空腔内外的气体流通，使得等离子处理时盲窗空腔内、外存在较明显的压强差，从而导致等离子处理爆板。而开窗区域去铜后的FR-4光板，透气率相对较高，使得空腔内外的气体可以相对流通，从而避免了等离子处理爆板问题，是一种理想的改善方法。

本项目受省部产学研结合项目（项目编号：2011A090200065）专项资金资助。

[1] 汪洋, 何为, 何波, 龙海荣, 刘美才. 刚挠结合印制电路板的制造工艺和应用[J]. 印制电路资讯, 2005, 3:16-19

[2] 章雅娟. 全球PCB市场研究及中国本土PCB样板企业的发展战略: [学位论文][D]. 上海: 复旦大学, 2009.

[3] 李志东. 一种半成品刚挠结合印制线路板及该线路板所用刚性层[P]. 中国, 实用新型, 200820047.319,X,2008,5.5.

[4] 陈蓓, 李志东. 等离子体去钻污孔内凹蚀的表征[J]. 印制电路信息, 2006, 11:30-34

Analysis and improvement of delamination of rigid-f l ex PCB under plasma treating

LIANG Peng MO Xin-man CHEN Bei

Window, a key step that makes the rigid-flex PCB flexing, includes open-window and blindwindow, and the later has been popularized for its merit of protecting the inner-flexion well, but it still has some technology problems to solve, such as delaminating under plasma treating. In this paper, we analyze vacuum of the press, thickness of the rigid part, ratio of window-area to window-perimeter, window area with Cu or without and so on, as a result, when press under vacuum, thickness of the rigid part, window area with Cu or without are the main elements that make the product delaminating under plasma treating, and pose a new method, etching Cu from window area, which makes airs both side of blind window fl owing each other, and helps the application of blind-window.

Rigid-f l ex PCB; Blind-window; Delaminating under plasma treating; Etching Cu from window area

TN41 < class="emphasis_bold">文献标识码：A文章编号：

1009-0096（2012）增刊-0315-08

梁鹏，工学硕士，技术中心工程师，从事刚挠结合印制板技术研发，Tel：020-32213432，E-mail：liangp@chinafastprint.com。