半挠性印制电路板盲槽反控深揭盖工艺研究

陈志宇 唐德众

(通元科技（惠州）有限公司，广东 惠州 516000)

0 前言

半挠性印制电路板（Semi-flex PCB）是一种在刚性印制板的基础上制作出可进行局部弯折的印制板。工艺技术属于刚挠结合板工艺技术的一种，主要采用FR-4材料，把需要弯曲的地方铣薄，具备一定的柔性，既可以提供刚性印制板的支撑作用，又可以根据产品要求实现局部弯曲，包括 45°、90°、180°弯曲，满足各种类型三维组装的安装性能要求，与刚挠结合挠性板相比，制作成本低，可靠性高。

半挠性PCB弯曲区的常规制作方法主要三种控深铣法、开窗法、铣槽揭盖法，三种方法各有优缺点，对比见表1。

现针对半挠性PCB铣槽揭盖法进行优化研究。导入盲槽反控深的方式，通过正反两次控深，制作实验板评估盲槽反控深揭盖工艺应用于半挠性PCB的生产制作可行性，改善控深揭盖精度问题，提升制作良率。

1 工艺优化方案

弯曲区域两面均有导体图形的半挠板，弯曲区域板厚要求薄，在进行控深揭盖时常常会因为设备精度和板厚均匀性问题，铣刀触及到弯曲区域导致该处覆盖膜或者线路受损。采用激光切割设备进行揭盖精度有较大的提升，但也存在类似的问题，且成本较高。因此导入盲槽反控深的方式，研究及优化该方法的制作工艺流程，既保证良好的可加工性，又可确保弯曲区域表面的平整性、可靠性。

表1 半挠性PCB的三种常规制作方法对比

1.1 试验材料及设备

双面覆铜箔板（厚度≥0.5 mm）、不流动半固化片、数控铣床、深度测量仪。

1.2 优化方案

在控深揭盖的A芯板上正反两次控深铣，第一次控深铣在对应需控深揭盖位置的反面，在压合前预先控深铣一个盲槽。在压合后A芯板第二次进行控深揭盖的时候，因为反面已经预铣悬空，实际控深铣深度可以不接触到弯曲芯板，如此可确保弯曲区域处覆盖膜或者线路不会受损。为避免两次控深错位造成的毛刺，以下通过试验，获得正反两次控深对位精度能力（如图1）。

图1 盲槽反控深+正反两次控深铣方案示意图

1.3 控深铣软件设计

控深铣的软件程序设计两套，两套程序设定的铣槽大小，下刀点和收刀点位置，定位孔位置的选择保证一致。设定上下控深铣槽的深度分别，实验对比两次控深铣后效果见表2。

表2 上下控深铣槽的深度对品质影响的实验

1.4 控制要点

（1）A芯板与B芯板厚度及结构不对称，压合后A芯板控深位置与B芯板弯折连接处要吻合，需对A、B板涨缩进行分层预放。

（2）压合品质的好坏决定了半挠板制作的性能。适当的压合程式既可保证压合连接处的可靠性，又可避免半固化片的溢胶过大和填胶空洞。半固化片预开窗放大的尺寸为0.15～0.25 mm左右比较合适。压合对位采用热熔+铆钉方式。

（3）为保证上、下铣槽对准度满足±0.1 mm的要求，阻焊后固化后，对板件涨缩按±0.03 mm控制，使用CCD对位带自动涨缩功能的控深铣机生产。

1.5 试验结果

试验结果见表3。

从试验结果来看，试验方案3：上、下控深铣槽深度按板厚的一半设计效果最好，压合后板面较平整无明显凹痕，控深揭盖后上、下对齐度良好，无错位产生的毛刺和不平整现象。

通过全流程制作一个四层半挠性PCB对各项工艺技术进行实验，叠层结构如图2所示，PCB的结构由A板（控深芯板）、粘结层、B板（弯曲芯板）三部分组合成（如图2）。

2.1 实验设计工艺流程

实验设计工艺流程如下：

（1）半固化片开窗流程：开料→钻孔→激光切割→冲孔

（2）B板（弯曲芯板）流程：开料→钻孔→干膜→蚀刻→退膜→冲孔

（3）A板（控深芯板）流程：开料→钻孔→干膜→蚀刻→退膜→冲孔→反向控深铣→清洗→烤板

（4）主流程：压合（把填充物放入开槽位置）→化学前处理（去除外层棕化膜）→钻孔→沉铜/电镀→外层图形→外层AOI→防焊（此次丝印需要把弯折区域开窗显影出来）→内层前处理→防焊（此次防焊只丝印弯折区域）→正向控深铣（把L1-L2层开盖，取出填充物）→化学前处理（去除弯折区域的棕化膜）→表面处理→成型→ET→FQC

2.2 制作难点及对策

制作难点及对策见表4。

2.3 压合程式

料温保证固化温度＞180℃，压板时间＞60 min。下冷压后用钢板压2 h，上下各放钢板。压合程式见表5。

表3 工艺优化试验结果

图2 实验板叠层结构

表4 制作难点及对策

表5 NO Flow 半固化片压合程式

3 品质检测

按照上述实验方案，成功制作出半挠性板，做相应的品质检测。

3.1 产品各区域厚度

产品各区域厚度均满足客户要求，产品各区域板厚及对应区域（见表6、图3）。

3.2 弯折次数对电阻影响

对挠性区域导电线路图形分别进行平行错位抬高和 180°手动弯折测试所示（如图3）区域2弯曲区域长度为30 mm，180°弯折时弯曲半径约为9.5 mm；区域4弯曲长度为9.6 mm，180°弯折时弯曲半径约为3 mm。使用微电阻测试仪测量弯折 50、100、150、200 次后线路的电阻值，每种测量10 次，计算其电阻变化率，结果见图4，方法如图 5所示。测试结果导线电阻变化率小于0.9%，电阻变化率满足≤1.0%要求，可见200次的弯折对导电铜层的损害程度较小，不影响线路信号传输的一般要求（如图4、图5）。

表6 产品各区域板厚

图3 产品各区域位置

图4 弯折次数对电阻影响

图5 抬高和弯曲测试方法示意图

图6 测试样板

表7 可靠性测试及结果

3.3 可靠性测试

烘烤条件：150 ℃，至少1 h，测试样板如图6所示，结果见表7。

4 总结

通过优化设计和生产工艺的改进，导入盲槽反控深工艺制作样品各区域厚度均匀，按IPCTM-650检测方法，产品通过了热应力测试、无铅回流焊测试、可焊性测试等能满足客户的需求。刚挠结合处流胶量控制在+0.1mm以内且没有流胶空洞；耐多次弯折，自满足安装安装要求。

未来半挠性PCB的技术发展研发方向在于通过材料和工艺的改进，配合高精密的设备，如激光切割设备等，提供更薄的弯曲厚度，更高弯曲次数的产品以更好的适应和满足市场多样化要求。