挠性电路板的FR-4增强板分层改善

崔红兵 许 灿

（东莞康源电子有限公司，广东 东莞 523932）

0 前言

随着电子产品朝着小、轻、薄、高可靠等性能发展，挠性电路板（FPCB）在电子产品中的应用范围越来越广，数量也越来越多。作为电信号传输的连接线，板边插头（手指）位通常需要贴合增强材料，以增强连接的可靠性，还有部分位置需要贴装元件，这些贴装元件的位置有些也需要贴合增强材料，以支撑元件，常用增（补）强材料有PI、FR-4、金属片等。

补强与挠性电路板的结合力受到胶膜厚度、压合条件的影响，需要找到合适条件才能承受焊接时的高温，否则容易出现分层起泡的质量问题。

1 问题现象描述和不良原因的分析

1.1 问题的描述

FPCB产品经过特定回流焊参数后，在贴有FR4补强的位置出现高达33%比例的起泡，做剖切磨片观察（如图1），确认是挠性层与FR-4增强之间出现了分层。

图1 不良分层现象

1.2 原因的分析

（1）电镀孔的表面不平整带来受压不均。从分层位置的结构图（如图2）可以看出。由于电镀采用的是电镀孔工艺，孔壁的铜厚要求最小12 µm，孔口表面的镀铜厚度在18 µm以上，存在较明显的凸起。从孔位图（图3）可看到补强的位置对应的孔的数量较多（4×20），在压合的过程中容易出现敷形不足，受压不均，流胶不充分。产品因弯折位置不能有电镀铜，最好采用电镀孔工艺实现孔的连接。

（2）回流焊高温段时间长。从回流焊参数看，要求在220 ℃以上的温区的时间保持在53 s以上，最高温度（242±2）℃，40 ℃到220 ℃升温时间（200±2）s，高温段比一般回流焊的时间长。补强支撑位置是两排较密的焊盘，用于较大型连接器的焊接，在回流焊时连接器需要吸收较多的热量，为达到较好的焊接效果，通过加长高温段的时间来达成。

图2 产品叠层结构

图3 产品孔位图形

（3）压合参数不合适。压合采用的是真空快压的方式，压合参数是压合时间120 s，温度165 ℃，压力1.76 MPa，这组参数是用于大批量的补强压合的生产参数。通过不同产品的对比，此参数主要是用于表面没有电镀孔位置的补强压合。对于较多电镀孔的产品，表面的不平整程度加剧，可能无法满足。

（4）胶膜厚度不足。胶膜是丙烯酸类型胶，厚度是25 µm，从产品表面的落差来看，胶膜的厚度不足也可能是原因之一。

2 试验及分析

2.1 实验设计

基于上面的分析，电镀孔工艺和回流焊参数受产品特点的限制，不能作变更，故从压合参数和胶膜厚度两个方面进行试验，选择不同厚度的胶膜、压合时间和压合的温度进行实验设计。由于真空快压机的压力可调性差，故将其设定在1.76 MPa不变。

2.2 试验样品的测试结果

共进行了18组的试验，每组数量为60片，回流焊试验的分层累结果（见表1）。

为更清楚分析分层现象，将上表中数据按不同压合温度条件分成2张表，形成散点图（见表2和表3、如图4和图5）。

由以上试验结果，可看出：

（1）快压机温度在试验范围内设置越高，其不良分层数越少；

（2）快压时间在试验范围内设置越长，其不良分层数越少；

（3）胶膜在试验范围内越厚，其不良分层数越少。

当采用25 μm胶膜时，无论采用试验中何种压板参数，三次回流焊后总是会出现一定的分层现象。

为了使该板的生产工艺稳定有效，25 μm胶膜显然已经不适用于当前的试验条件进行生产。由于采用50 μm厚的胶膜时，装配孔（直径1.6 mm）会出现较严重的孔口流胶现象，超出孔径的公差要求（如图6）。以上试验结果中，使用35 μm胶膜时，当压板参数适当时，没有不良的分层现象，故选用35 μm胶膜进行验证（如图6）。

2.3 流胶量的影响因素

孔口流胶量的大小与所用产品的材料类型，胶膜厚度，孔径大小以及压合条件有关，对于以上分层试验，在分层试验的基础上选用不同的胶厚、孔径及压合的条件（温度、时间），压合的压力已固定，暂不做调整。参考IPC-TM-650《试验方法手册》，压合后选取40个同种试验条件下的孔，测得流胶量后取平均值，所示的试验结果（见表3、图7）。

表1 快压试验结果

表2 165 ℃压合温度试验结果

表3 180 ℃压合温度试验结果

图4 165℃压合温度下分层数散点图

图5 180℃压合温度下分层数散点图

图6 孔口流胶

由以上结果，得到以下结论：流胶量的大小在试验范围内与所用胶厚成正相关；流胶量的大小在试验范围内与快压温度成正相关。

由于流胶量的影响因素和分层的影响因素重合，故为了保证其功能性，只需确保流胶量在客户标准之内稳定。综合分层试验以及流胶试验的结果，当采用35 μm的胶系，180 ℃的快压温度，120 s到180 s的快压时间时，孔口流胶量可以保持在客户要求的规格内。

2.4 压合时间的再验证

从以上试验结果综合考虑，可以确定采用35 μm胶膜、压合温度180 ℃是比较合适的，压合时间考虑到实际生产的效率需求，故分别选130 s、140 s、150 s、160 s作进一步试验。具体的试验情况（见表4）。

由以上结果可知，当选用35 μm胶膜时，快压机温度180 ℃时，其回流焊后是否出现分层的临界时间应该在130 s～140 s之间。

3 结论

根据上面的试验结果，综合考虑生产效率和品质稳定的因素，选用胶膜厚度采用35 µm，压合参数采用180 ℃、160 s、压力1.76 MPa的条件来进行该产品的快速压合，产品可以满足经3次热应力288 ℃、10 s后，外观检查和切片确认都没有分层；5次特定参数回流焊后外观检查和切片确认也都没有分层。

通过对胶膜厚度和压合参数的试验，找到匹配产品特点的合适胶膜厚度和压合参数，对有类似结构和特点的产品按上述材料和参数进行批量生产，品质表现稳定，较好解决了回流炉后分层的品质问题。

表3 流胶试验清单及结果

图7 主效应图

表4 压合时间试验清单及结果