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一文了解软硬结合板制作工艺
- 2020-03-04-

一、前言  
刚挠多层印制板(flex-rigidmultilayerprintedboard)作爲一种特殊的互连技术,能够减少电子産品的组装尺寸、重量、避免连线错误,实现不同装配条件下的三维组装,以及具有轻、薄、短、小的特点,已经被广泛应用于电脑、航空电子以及军用电子设备中,但刚挠印制板也存在工艺复杂,制作成本高以及不易更改和修复等缺点。  
本文则主要从改进刚挠多层印制板层压、外层成像等方面进行讨论,浅谈刚挠印制板的制作。  
二、刚挠印制板结构  
刚挠印制板是在挠性印制板上再粘结两个(或两个以上)刚性外层,刚性层上的电路与挠性层上的电路通过金属化孔相互连通。每块刚挠性印制板有一个或多个刚性区和一个或多个挠性区。  
三、刚挠印制板制作工艺流程  
1、传统刚性多层板制作工艺  
2、刚挠印制板制作工艺  
四、刚挠印制板制作工艺  
1、选材  
(1)刚挠印制板材料:刚挠印制板除了采用了刚性材料(如环氧玻璃布层压板及其半固化片或聚酰亚胺层压板及相应的半固化片)外,还采用挠性材料。  
(2)挠性材料:常用的挠性介质薄膜有聚酯类、聚酰亚胺类和聚氟类,选择挠性介质薄膜应从材料的耐热性能、覆形性能及厚度等进行综合考察;常用的粘结薄膜主要有丙烯酸类,环氧类和聚酯类,选择粘结薄膜则主要考察材料的流动性及其热膨胀系数。  
(3)铜箔:印制板采用的铜箔主要分爲电解铜箔(ED)和压延铜箔(RA)。电解铜箔是采用电镀方式形成,其铜微粒结晶状态爲垂直针状,易在蚀刻时形成垂直的线条边缘,有利于精细线路的制作;但在弯曲半径小于5mm或动态挠曲时,针状结构易发生断裂;因此,挠性覆铜基材多选用压延铜箔,其铜微粒呈水平轴状结构,能适应多次挠曲。  
2、挠性内层成像与蚀刻:  
(1)前处理:  
覆铜板表面铜箔都经防氧化处理,铜箔表面有一层致密的氧化物保护膜,因此,在成像前,须对挠性覆铜板进行表面清洗和粗化。但由于挠性板材易变形和弯曲,可采用专用浮石粉磨板(Pumice)机或微蚀(Micro-etching)--对于一般生産厂家建议采用微蚀以减少额外的设备投资。  
微蚀过程中应控制微蚀对板面的粗化程度及粗化的均匀性,建议微蚀液采用过硫酸钠(Na2S2O4)和硫酸(H2SO4)型的微蚀液以防止板面过度粗化或部分板面粗化不足;同时,爲防止微蚀过程中卡板或板材掉入微蚀液中,可在挠性板之前粘一块刚性板牵引(显影及蚀刻也应采用)。  
注意板材的持拿要十分小心,因爲板材的凹痕或折痕都会造成曝光时底版无法贴紧而造成图形的偏移。  
(2)成像与蚀刻:  
建议采用干膜成像以减少板的返工(采用湿膜成像时,因湿膜预烘困难,返工率较高),注意板材的持拿,防止折叠,显影及蚀刻时应用刚性板牵引。注:刚性内层的成像与蚀刻与一般刚性多层板内层的成像与蚀刻基本相同,此处不作介绍.  
(3)刚性外层与刚性半固化片的开窗口:可采用锣机进行开窗口,爲防止刚挠印制板层压时开窗口处的流胶,刚性半固化片的窗口应比刚性外层的窗口稍大(一般比刚性外层的窗口大0.2-0.4mm爲宜),且刚性半固化片越厚,刚性半固化片的窗口比刚性外层的窗口也应越大。在开窗口时注意将刚性外层或刚性半固化片钉紧,并用皱纹胶固定以免所开窗口边缘不整齐或尺寸与设计不符。  
(4)挠性层及刚挠多层印制板的层压:蚀刻后的刚挠印制板的挠性多层板在压刚性外层之前,要对表面进行处理以增加结合力,表面处理可采用微蚀或浮石粉磨板;表面处理后的挠性内层层压前应进行适度的干燥以去除挠性内层中的水分。  
A.一次层压和分步层压:  
刚挠印制板的层压可采用一次将所有内层压在一起的一次层压法,也可以采用先压挠性内层再压刚性外层的分步层压法。一次层压法的加工周期短,成本低,但层压时覆盖层定位难度大,层压缺陷如气泡,分层和内层变形只能在外层蚀刻后才被发现;分步层压则可以减小层压时覆盖层定位难度,也可以及时发现内层的图形偏移和层压缺陷,而且分步层压还能照顾挠性和刚性材料的特点,优化工艺参数,但分步层压较一次层压费工、费时、费辅助材料。  
B.粘结片的选用:  
选用不同类型的粘结片对刚挠印制板的结构有着直接的影响。  
C.层压的衬垫材料:  
理想的衬垫材料应该具有良好的敷形性、流动度低、冷却过程不收缩的特点以保证层压无气泡和挠性材料在层压过程中不发生变形。衬垫材料通常分软性体系和硬性体系。软性体系主要包括聚氯乙烯薄膜或辐射聚氯乙烯薄膜等热塑性材料,这种材料在各个方向的压力以及成形都比较均匀,而且敷形性好,但在压力较大时,其流动性大大增加。硬性体系主要是采用玻璃布做增强材料的硅橡胶,它在各个方向的压力都很均匀,并且在Z轴方向上适合凹凸不平的电路,具有良好的敷形效果,其中的玻璃布则起到限制硅橡胶在X、Y方向上的移动,即使层  
压压力较大,亦不会引起挠性内层的变形,是一种比较理想的衬垫材料。  
同时,衬垫材料的厚度应与刚性层(刚性外层和刚性半固化片)的厚度一致,大小与窗口匹配(太小会使挠性窗口産生不规则,太大则不利于排气和拆卸),且衬垫材料应表面光洁。  
D.推荐的层压方法:  
采用覆盖层部分层压法,可有效地提高刚挠多层印制板的可靠性和金属化孔的耐热冲击性能,但由于与刚性外层相连的覆盖膜只伸入到刚性区的1/10左右,采用非感光覆盖膜的定位则非常困难,因此,爲减少层压时覆盖膜的定位难度,可采用感光覆盖膜(成像,由于感光覆盖膜采用传统抗蚀刻/电镀干膜的贴膜方式,産量较小时可能会造成感光覆盖膜的浪费)并在层压定位时采用打靶机(TargetMachine)定位,建议采用一次层压以减少制作的流程及制作成本(层压的工艺参数可在一般多层板层压工艺参数下进行优化)。  
(5)钻孔及去钻污:  
由于刚挠印制板采用了刚性及挠性材料,易産生大量的钻污,因此,选择钻孔材料和钻孔工艺参数的选择就显得十分重要。衆所周知,印制板孔内的钻污的形成是由于钻孔时的高温使印制板中的树脂发生熔化,因此,在选择材料时应选择散热性能优良的铝片及垫板(也应兼顾到铝片的表面粗糙度及垫板的材质等,如Cimatec配资平台的CIM-Alu1001和CIMWOODSD-27能很好的兼顾到几者的性能)。同时,在钻孔前,可先将刚挠印制板在低温如冰箱等冷冻数小时再进行钻孔,钻孔时应选用较高的钻速及进给速度,zui好能在冷气保温条件下进行钻孔以减少钻污的産生。  
注:去钻污和凹蚀在许多资料中已有详细说明,此处不再敷衍  
(6)外层成像及图形电镀:  
刚挠印制多层板有一个或多个挠曲区域即有一个或多个凹槽见图1所示,采用传统的多层板外层制作工艺(干膜成像)因干膜难以封住凹槽,会在挠曲区域电镀上Cu/Ni/Au而引起报废,因此,须在成像(或图形电镀)前封住凹槽。  
zui简单的方法就是在图形电镀前用红胶纸封槽—使挠曲区域在电镀时无法接触到电镀药水而不电镀Cu/Ni/Au,褪干膜时揭去红胶纸,但要注意红胶纸不能贴到近挠曲区域的PAD位元上,电镀过程中也不能有破损(破损则会引起报废);多数厂家则采用固体胶封凹槽再做外层成像、蚀刻前揭去固体胶的方法,这种方法可有效的保护覆盖层不受褪膜碱液(NaOH)的影响—覆盖层受碱液较长时间的浸蚀,会影响覆盖层的顔色及刚挠印制板的挠曲性能,工艺也不复杂,适合批量刚挠印制多层板的生産;也有部分厂家则采用多次电镀/蚀刻的方法。

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