外高多层分叉重叠式刚挠结合板开发

吴传亮 黄德业 任代学（广州杰赛科技股份有限公司，广东 广州 510730）

外高多层分叉重叠式刚挠结合板开发

Paper Code: S-020

吴传亮 黄德业 任代学
（广州杰赛科技股份有限公司，广东 广州 510730）

本文讲述了高多层分叉重叠式结构刚挠结合板在制作过程中所遇到的难题和对应的解决办法,以十六层分叉重叠式结构刚挠结合板的制作为范例,突出了前期策划和制作过程中的难点及控制技巧,为同行各企业提高生产高多层刚挠结合板的技术水平起到抛砖引玉的作用。

刚挠结合板 高多层重叠交叉式结构

刚挠结合板融合了挠性板与刚性板的优点与一身，可挠曲，简化3D立体组装。近几年来，受到智能手机和平板电脑的市场推动，刚挠结合板产量增长速度非常快。随着终端产品的设计要求，刚挠结合板产品结构在不断变化，加工难度越来越大，很多线路板生产厂家只能制作较简单的刚挠结合板，对一些结构复杂，层数较高的刚挠结合板只能望洋兴叹。本文以一个十六层刚挠板为例，重点讲述了高多层分叉重叠式结构刚挠板的制作方法，希望对业界同仁有所帮助。

1 技术难点研究

1.1 样品技术指标

以十六层分叉重叠式刚挠结合板为例，板厚为（2.0±0.1）mm，CS-L1与L14-SS为刚性层，共四层，使用生益S1000-2刚性材料；L2-L3、L4-L5、L6-L7、L8-L9、L10-L11、L12-L13为挠性层，共12层，使用杜邦PI（聚酰亚胺）AP8535材料；刚挠板区域有阻抗控制要求；内外层最小线宽99.06 μm，最小间距114.3 μm；板子图形设计左端十六层压合在一起，通过孔连通每层。右端从左端伸出六个分支，每个分支即为一个独立的挠性区域，每个挠性芯板对应其余层次铣空不连接，且分支顶端为一单独的刚性段，刚性段上有插件孔；每层挠性层从左端刚性段分叉重叠式伸出，外形尺寸均不一致，如下图所示：

图1 十六层分叉重叠式刚挠板示意图

1.2 叠层

外层为上下双面刚性板，中间六张挠性芯板共十二层挠性板，外层为0.1mm刚性芯板，芯板厚度较薄。挠性芯板使用杜邦AP8535R板材、使用FHT1035L覆盖膜，中间使用106+1080腾辉不流动半固化片压合。如下图：

图2 十六层分叉重叠式刚挠板叠层图

1.3 设计与制作难点

（1）外形设计复杂，为分叉重叠区域刚挠结合板；

（2）十六层刚挠结合板，层数较高，难制作；

2 工程设计方案

2.1 挠性板外形实现方法

为避免造成交叉重叠处压合后成品时无法成型，在每一张挠性芯板在做完线路压合之前先把重叠区域的外形用激光铣出，且在另外不相连的刚性段分支也先用激光铣断（单边比外形大2mm）。如下图示：以U1头为例，红色线条为提前成型区域。

图3 分叉重叠处层压前先外形示意图

2.2 刚挠板高层数相应设计方法

刚挠结合板层数、尤其是挠性层数较高板件制作的主要难点有：

（1）因挠性材料吸水率高、易变形的特性，高多层刚挠板各层的涨缩难控制，压合后生产至成品时易出现内短现象；

（2）纯挠性区域PP开窗，压合后CS-SS做图形时纯挠性区与刚性区厚度不一致，易导致挠性区及刚挠结合区贴膜不稳，出现开路或渗镀现象；

（3）刚性段与纯挠性段相交的刚挠结合处因高低落差，易产生分层异常。

针对以上易导致的问题，解决措施如下：

涨缩控制方法：挠性层全部做完流程待压合之前使用二次元测量的方式计算涨缩值，取平均值后根据平均值再下刚性层生产，使得挠性层涨缩与刚性层一致，以达到解决涨缩不匹配的问题。本次主要集中在改善贴膜不稳及分层问题，初始设计如下：

（1）PP开窗设计：106P片内缩1 mm、1080P片内缩0.4 mm、PP开窗按照图示设计，目的是改善结合处凹陷导致靠近槽边的孔容易分层问题，如下图：

图4 孔距边示意图

（2）为减小挠性区域与刚挠结合区落差，挠性层基材区铺大铜皮增加厚度，设导气槽，用于挠性区域压合时排气；在6个分支处，头部与工艺边边框连接一端，掏出3mm的基材区，避免重叠后比刚挠段厚而失压，如下图：

图5 工艺边框掏铜图

（3）6个分支各层挠性层线路设计：如U1位置，除L2-L3层挠性层有布线外，其它挠性层均为基材，导致层压叠层厚度偏薄，因此在其它各层挠性内层铺铜处理，在插件孔位置掏出基材圈，基材圈大小：单边比插件孔大0.30 mm（即0.30 mm隔离环）。

（4）覆盖膜局部贴：即每层只在有线路的区域贴覆盖膜；16层整体刚挠区，覆盖膜伸入1mm，横向扩大到整个刚挠结合段，见图片红色线；注意把过孔改到覆盖膜的地方，在覆盖膜上面掏空。如下图：

（5）为方便铣出外形后各工序的生产及过程运输，以及客户端的焊接，建议客户增加10mm宽工艺边，用邮票孔与板连接。如下图：

2.3 工艺流程设计

图6 覆盖膜条贴图

图7 外形加边框图

挠性芯板：开料-内光-AOI-黑化-配套中心-嫁接覆盖膜-快压-冲孔（冲铆合孔）-激光铣边-配套中心（层压）-黑化

CS-SS：层压-钻孔-沉铜板镀（沉铜前等离子）-外光-镀铜锡-碱性蚀刻-AOI-冲孔（冲3.175 mm排气孔）- 贴胶带-印阻焊-阻焊成像（阻焊检验备注撕胶带）-沉镍金（沉镍金工步备注贴胶带封排气孔；沉镍金检验备注撕胶带）字符-铣边-激光开盖-激光铣边-测试-终检.

以上流程相比于普通刚挠结合板流程的区别在于：（1）阻焊烘板与沉镍金需要贴胶带与撕胶带流程，主要为封住排气孔；（2）先铣边后激光开盖，也是为了避免分层的问题，铣边后开盖更容易操作。

3 制作过程异常及处理方法

跟进过程中主要发现有三个问题，如下：

4 结论

通过验证，将高多层交叉重叠式刚挠结合板关键制作方法总结如下：

（1）涨缩控制，选择行业内较好的材料，以利于减少板材涨缩，挠性层图像做完后利用二次元测量涨缩值，根据实际值求平均值给刚性层预涨缩，出涨缩菲林生产刚性层，以达到刚性层与挠性层涨缩基本一致后再刚性层与挠性层一起层压为刚挠板；（2）外形实现：高多层交叉重叠式刚挠结合板制作外形时，交叉重叠处挠性层外形需要在未压合之前挠性层做完线路后实现，以避免后续压合后成品前外形无法制作，挠性层外形为避免毛刺问题，采用激光制作，成型后需用高温胶纸贴住挠性层，以免层压前处理棕化时折板；（3）分层异常解决：

① 减小PP开窗量，采用两张PP组合叠层，两张PP交叉开窗，以达到充分填胶的目的；

② 减小覆盖膜开窗，覆盖膜延伸板内由1.0 mm更改为0.5 mm，使覆盖膜与不流动PP接触面积减小，避免PP与覆盖膜接触区域结合力差等问题；

③ 采用层压前排气孔加层压后排气孔工艺，压合前刚挠板在刚性层、挠性层、PP片之间钻排气孔，方便压合时纯挠性PP锣空区域排气。压合后采用冲靶孔的方式在纯挠性废料区域冲3.175 mm排气孔，避免因气体无法排出导致分层异常。

序号 问题点 原因分析 处理方案 缺陷附图1 挠性层数多,且区域较大,每层的覆盖膜为局部贴,压合时挠性区与刚性区的高度差接近0.6mm。CS-SS外光成像时挠性段槽内飞膜每层的覆盖膜局部贴更改为整个PP开窗的区域贴,保留刚挠性区域刚性层上铜皮,且在刚性层上贴两张0.12mm的PI高温胶带以增加纯挠性区域的高度。更改后未发现掉膜的问题。2 刚挠结合区分层刚性芯板较薄,容易分层；覆盖膜伸进去刚挠结合区过大有1.0mm,黑化后与PP结合力差,容易分层；激光开盖操作时用力过猛容易分层。缩小覆盖膜伸进刚性区的量,更改为0.5mm。更改后未发现分层现象。3 金面污染挠性区域刚性板盖子开裂,藏水,导致沉镍金时或沉镍金后污染金面。开裂的原因为层压后分层,烘板导致分层,受外力(如沉镍金压胶机)分层重新制作跟进一批板,从外层蚀刻检验至沉镍金跟进。确认外层蚀刻检验无分层,过程主要控制阻焊后烘前撕胶带、沉镍金前贴胶带后不过压胶机,跟进过程中未发现问题。

图8 覆盖膜前后设计对比图

④ 在6个分支处，头部与工艺边边框连接一端，掏出3 mm的基材区，避免重叠后比刚挠段厚而失压。

（4）外层刚挠结合区域边缘掉膜问题解决：纯挠性区域刚性层上靠近挠性区域面留铜，覆盖膜由条贴改为整板贴覆盖膜，并且采用一种0.12 mm的新型高温胶带贴在纯挠性区域刚性层上用以填充纯挠性区域的总体厚度，避免因PP开窗导致落差过大造成线路制作时贴膜不稳，掉膜现象。

吴传亮，研发工程师，主要从事刚挠板及挠性板的开发。

Development of rigid-flex PCB with high layers, bifurcated, overlapping structure

WU Chuan-liang HUANG De-ye REN Dai-xue

This article describes the process difficulties and corresponding solutions of rigid-flex PCB with high layers, bifurcated, overlapping structure. The 16 layers, bifurcated, overlapping rigid-flex PCB is as an example. The article emphasizes the pre-planning, process difficulties and control methods. Hope this article can throw light on the further research to improve the technology level of fabricating the high layers rigid-flex PCB for peer companies.

Rigid-Flex PCB; High Layers; Bifurcated; Overlapping Structure

TN41

A

1009-0096（2015）03-0155-05