软硬结合板的设计与生产基本工艺Word文件下载.docx
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图
(2)软硬结合板图片
2.1材料选取
俗话说:
“工欲善其事,必先利其器”,因此在考虑一种软硬结合板设计及生产工艺时,做好充分准备是非常重要,但这需要一定专业知识以及对所需物料特性理解,软硬结合板所选用材料直接影响后续生产工艺及其性能。
挠性板覆铜材料我司选用杜邦(AP无粘接剂系列)聚酰亚胺挠性基材,聚酰亚胺是一种具备较好可挠性,优良电气性能和耐热材料,但它具备较大吸湿性和不耐强碱性。
之因此选取无粘接层基材,是由于介电层与铜箔间粘接剂多为丙烯酸、聚酯、改性环氧树脂等材料,其中改性环氧树脂粘接剂可挠性较差,聚酯类粘接剂虽可挠性好,但耐热性较差,而丙烯酸粘接剂虽然在耐热性、介电性能以及可挠性方面令人满意,但需考虑其玻璃转化温度(Tg)及压合温度较高(185℃左右),当前也诸多任务厂采用日系(环氧树脂系列)基材和粘接剂来生产软硬结合板。
对于刚性板选取也有一定规定,咱们最先选取成本较低环氧胶木板,因表面太过光滑无法粘牢,后又选取使用FR—4.G200等有一定厚度基材蚀刻掉铜,但终因FR—4.G200芯材与PI树脂体系不同,Tg、CTE皆不配合,受热冲击后刚——挠结合某些翘曲严重不能满足规定,因此最后选取PI树脂系列刚性材料,可以用
P95基材压合而成,也可以单纯用P95半固化片压合成,这样,相配合树脂体系刚——挠性板压合后,就可以避免受热冲击后翘曲变形。
当前也有较多基材厂商专门针对软硬结合板开发和生产了某些刚性板材料。
对挠板和硬板之间粘接剂某些最佳采用Noflow(低流动)Prepreg来进行压合,由于其胶流动性小对软硬过渡区域有很大协助,不会导致由于溢胶而导致过渡区需返工或者导致功能性上受到影响,当前有诸多生产原材料企均有开发这种PP片并且有诸各种规格可以满足构造上规定,此外对于客户在ROHS,HighTg,Impedance等有规定还需注意原材特性指标与否可以达到最后规定,如材料厚度规格、介电常数、TG值、环保规定等。
请参照表
(1)及表
(2):
表
(1)低流动半固化片
玻璃布类型
半固化厚度(mm)
玻璃布厚度(mm)
层压后半固化片厚度(压力200psi)(mm)
含胶量(%)
流动度(%)
凝胶时间(s)
1037
0.060
0.023
0.045
37±
2
1.0
无
1027
0.054
0.027
0.030
27±
1015
0.053
0.038
0.025
15±
表
(2)不同粘结片覆盖层性能比较
介质薄膜类型
聚酰亚胺
粘结片类型
项目及测试办法
丙烯酸-IPC
丙烯酸(V)
环氧
抗剥强度(b/in)
8.0
10.6
低温可柔性(IPC-TM-650,2.6.18)
通过
粘结片最大流动(%)(IPC-TM-650,2.3.17.1)
5.0
2.7
挥发组份%(IPC-TM-650,2.3.37)
1.5
0.8
介电常数(1MHZ)(IPC-TM-650,2.5.5.3最大值)
4.0
3.5
介电强度(KV/mm)(ASTD-D-149)
80
180
体积电阻率Ω.cm(IPC-TM-650,2.5.17)
1012
表面电阻Ω(IPC-TM-650,2.5.17)
1011
1010
绝缘电阻MΩ(IPC-TM-650,2.6.3.2室温下)
104
105
吸湿(最大比例)%(IPC-TM-650,2.6.2)
6.0
损耗角正切(1MHZ下)(IPC-TM-650,2.5.5.3)
0.04
0.03
浮焊实验(IPC-TM-650办法B2.4.13)
软硬结合板设计与生产工艺(论文)
(二)
外层图形保护材料,也就是阻焊层,普通有三类可供选取,第一类是老式覆盖膜(Coverlay),是一种选用聚酰亚胺材料加粘接剂直接与蚀刻后需保护线路板以层压方式压合,这种覆盖膜规定在压制前预成型,露出需焊接某些,故而不能满足较细密组装规定,第二类是感光显影型覆盖干膜,以贴膜机贴压后,通过感光显影方式漏出焊接某些,解决了组装细密性问题,第三类是液态丝网印刷型覆盖材料,惯用有热固型聚酰亚胺材料,如太阳PSR-4000以及感光显影型挠性线路板专用阻焊油墨,此类材料能较好地满足细间距、高密度装配挠性板规定。
2.2生产工艺流程及重点某些控制
软硬结合板研制是在挠性板及高密度多层刚性板基本上进行,在工艺制造方面与刚性板有诸多相似地方,但是,由于软硬结合板材料及其在构造和应用上特殊性,决定了它从设计规定到制作工艺均有别于普通刚性板和挠性板,几乎对每一种生产环节都要进行实验、调节,最后优化整个工艺流程和参数。
2.2.1生产工艺流程
如图(3)为刚柔结合印制板常规工艺流程图。
挠板某些
图(3)工艺流程
2.2.2内层单片图形转移
图形转移在高密度、细线条印制板中占据非常重要地位,对挠性线路而言,特别如此。
由于挠性单片既薄又软,给表面解决等操作带来很大困难,而铜箔表面清洁状态及粗糙限度直接影响抗蚀干膜贴附及细线条制作。
由于机械擦板对设备规定较高,且不适当压力也许导致基材变形、卷折、尺寸伸缩等,操作不易控制,故而咱们可以选取使用电解清洗法。
这种办法既可保证表面清洁度,同步采用微蚀办法来保证铜面粗糙度,有助于0.1mm~0.15mm线宽/间距线路图形制作。
酸性蚀刻除了注意控制蚀刻速率以保证设计规定线宽、间距外,更要注意防止单片卷曲、皱折,最佳是加辅助引导板并且关闭设备上抽风系统。
2.2.3挠性材料多层定位
挠性基材尺寸稳定性较差,这是由于聚酰亚胺材料有较强吸潮性,通过湿处
理或在不同温、湿度环境中收缩变形严重,导致多层板层压对位困难。
为了克服这一困难,可采用如下办法:
在设计上要考虑对位花斑及靶冲斑设计,才干保证在冲制对位孔或铆钉孔时精准度,不至于在叠板时导致层间图形偏位而导致报废。
OPE冲制后定位孔,能消除湿法解决过程中材料伸缩变形带来误差。
层压后用X—ray对位钻孔,拟定偏移量,使钻孔更为精准。
针对聚酰亚胺材料特性及环境特点,参照钻孔偏移量绘制外层底片,提高外层底片与钻孔板重叠度。
这样,咱们就可以满足层间对位保证0.1mm~0.15mm环宽规定,保证外层图形转移精准度。
2.2.4层压
虽然是采用OPE冲制后定位孔,层压前单片解决对层间对位也有着很大影响。
一方面,由于聚酰亚胺材料不耐强碱,在强碱溶液中产生溶胀,因此在进行黑、棕化解决过程中,在强碱性工序如去油,黑、棕化等恰本地减少温度、减少时间。
由于采用是无粘接层基材,不必考虑粘接层在碱液中变化,这种办法还是可行。
另一方面,氧化解决后单片烘烤应避免垂直放置,应采用水平烘烤方式,可减少弯曲变形,尽量保持平整。
烘烤后尽量地缩短装模时间,防止单片再次吸潮。
由于挠性单片易变形,层压前平整度较差,加之所用粘接片树脂流动度大大低于刚性板层压用半固化片,因此,为使粘接片与单片结合良好并嵌入细密线条间距中,咱们选取使用覆形性较好材料作为层压衬垫材料,如聚丙烯薄膜、聚四氟乙烯(PTFE)、硅橡胶片等,可提高挠性板层压质量。
实验后以为抱负衬垫材料为硅橡胶材料,即可保证其覆形性又可相对减少被压件尺寸收缩变形。
对于硬板某些在压合解决重要应注意如下三方面事项:
一是无论是基材压合还是单纯半固化片压合,都要注意玻璃布经纬方向要一致,压合过程中注意消除热应力,减少翘曲。
二是硬板应有一定厚度,由于挠性某些很薄且无玻璃布,受环境及热冲击影响后,它变化与刚性某些是有差别,若刚性某些没有一定厚度或硬度,这种差别就会体现得很明显,使用过程中就会产生较严重翘曲变形,影响焊接及使用,若刚性某些具备一定厚度或硬度,这种差别就也许会显得微局限性道,整体平整度不会同挠性某些变化而产生变化,可保证焊接及使用,若刚性某些太厚则显得厚重不经济,实验证明0.8~1.0mm厚度较为适当。
三是对于挠性窗口解决,普通有先铣切和后铣切方式来加工,但需依照软硬结合板自身构造及板厚来进行灵活解决,如果是先铣切挠性窗口应保证铣切精准,既不能小了影响焊接也不能大了影响挠曲,可由工程制作好铣切数据,将挠性窗口预先铣切好。
如果采用先不铣切挠性窗口,等完毕所有前工序最后成型再使用激光切割方式取下挠性窗口废料,应注意激光所能切割FR4深度。
压制参数可参照挠性基材及刚性板压制参数进行恰当综合优化。
2.2.5钻孔
软硬结合板构造复杂,因而拟定钻孔最佳工艺参数对获得良好孔壁十分重要。
为防止内层铜环以及挠性基材钉头现象,一方面要选用锋利钻头。
如果所加工印制板数量大或加工板内孔数量多,还要在钻完一定孔数后及时更换钻头。
钻头转速以及进给是最重要工艺参数。
进给太慢时,温度急剧上升产生大量钻污。
而进给太快则容易导致断钻头、粘结片以及介质层扯破和钉头现象。
另一方面应依照板厚及最小钻孔孔径来选取钻孔机及优化钻孔参数,当前业内已有可以达到20万转/每分钻床,对于小孔而言转速越高钻孔质量越好,同步,盖板、垫板选取也非常重要,好盖板、垫板除了起保护板面还起到良好散热作用,应当注意是垫板最佳用铝箔板或环氧胶木板,不要用纸质垫板,由于纸质垫板较软,容易产生较严重钻孔毛刺,孔化前去毛刺时容易扯破或擦坏孔口,给后工序工作带来麻烦,影响板子质量。
如图(4):
软硬结合板设计与生产工艺(论文)(三)
实验证明,印制板钻污水平和厚度随着钻孔时温度升高而增长,在树脂玻璃化温度之上增长更快。
因而有些制造商曾尝试冷冻法钻孔,通过减少加工板上温度而达到减小钻污效果。
详细做法是:
先将刚柔结合印制板在低温下(放入冷库或冰箱中)冷冻数小时,取出后在冷气保温条件下钻孔。
采用这种办法钻孔,只有少量钻污,效果十分明显。
尚有一点应当注意是,虽然咱们在湿法解决、冲制OPE孔,层压对位等方面做了大量工作以保证层间对位精度,但是,由于聚酰亚胺材料自身受湿热影响较大,不可避免地会产生不拟定层间偏差及板间偏差。
因此,钻孔前应以X—ray对位钻小孔,拟定不同板子不同涨缩量,参照该涨缩量进行数据校正,保证钻孔精准有效。
同步,该偏移量交至工程部解决菲林缩放,参照绘制外层底片,保证外层图形转移对位精准。
2.2.6去钻污、凹蚀
软硬结合板孔内沾污以聚酰亚胺树脂、环氧玻纤、环氧树脂为主。
挠性聚酰亚胺树脂对浓硫酸溶液显惰性,而在强碱性高锰酸钾溶液中又会产生溶胀,因此,常规湿法去沾污很难奏效。
咱们也曾尝试过使用浓硫酸或碱性高锰酸钾溶液去沾污,变化浓度、温度、解决时间等参数,多次实验都没有收到令人满意效果,于是,咱们放弃了老式湿法化学去沾污,改用等离子体法。
等离子体化学解决系统--等离子体去钻污凹蚀系统,如图(5)所示,普通由五某些构成:
真空腔体、真空泵、RF发生器、微机控制器、原始气体。
不同类型等离子体解决设备只是在真空腔内电极构造和气体输入位置和方式上略有差别。
等离子体是指电离气体,是原子在射频能量发生器作用下完全或某些失去其电子层时状态,由离子、电子、自由基、游离基团和紫外线辐射粒子等到构成,整体上显电中性,具备很高化学活性。
等离子体去沾污最大长处是没有选取性,就是不分所解决板子树脂类型,只要调节参数,均可进行解决。
譬如,高活度等离子流对环氧树脂、聚酰亚胺、丙烯酸、玻璃纤维等产生沾污都能迅速、均匀地把它们从孔壁上作用掉,并可以形成一定凹蚀,有效地实现三维连接,提高金属化孔可靠性。
等离子体去沾污普通分为三步:
(1)在设备腔体达到一定真空度后向其中按比例注入高纯氮气和高纯氧气,重要作用是清洁孔壁,预热印制板,使高分子材料具备一定活性,有助于后续解决。
普通为80℃、10分钟。
(2)以CF4、O2和N2作为原始气体与树脂反映,达到去沾污、凹蚀目,普通为85℃、35分钟。
(3)以O2作为原始气体,去除前两步解决过程中形成残留物或“灰尘”,干净孔壁。
图(5)等离子清洗机
表(3)为曾经使用等离子体去钻污凹蚀工艺参数
工艺参数(系统压力280mTorr)
第一阶段
第二阶段
第三阶段
CF4气比例(%)
25
O2气比例(%)
100
N2气比例(%)
真空度(mTorr)
110
射频功率(Kw)
2.5
解决时间(min)
10
35
5
表(3)
但值得注意是采用等离子体除去多层柔性和刚柔结合印制板孔内钻污时,各种材料凹蚀速度各不相似,从大到小顺序是:
丙烯酸膜、环氧树脂、聚酰亚胺、玻璃纤维和铜。
从显微镜中能明显地看到孔壁有凸出玻璃纤维头和铜环。
为了保证化学镀铜溶液能充分接触孔壁,使铜层不产生空隙和空洞,必要将孔壁上等离子反映残存物、凸出玻璃纤维和聚酰亚胺膜除去,解决办法,涉及化学法和机械法或两者相结合。
化学法是用氟化氢胺溶液浸泡印制板,再用离子表面活性剂(KOH溶液)调节孔壁带电性。
机械法涉及高压湿喷砂和高压水冲洗。
采用化学法和机械法相结合效果最佳。
如图(6)、(7)所示:
图(6)软硬结合板WorkingPanel图(7)磨板清洗
金相报告显示,通过等离子体去沾污后金属化孔孔壁状态令人满意。
2.2.7化学镀铜、电镀铜
要指出是规定电镀铜层延展率不不大于刚柔结合及柔性多层印制板热膨胀率并且有较高抗拉强度。
在经受热冲击时,刚柔结合多层印制板基材总膨胀率比孔中镀铜层大1.65%,而这一指标在刚性多层板中仅为0.03%。
由此可见,刚柔结合印制板中金属化孔所承受拉应力比刚性多层板大得多。
同步,镀铜层厚度对刚柔结合印制板可靠性也有一定影响。
大多数刚柔结合多层板制造商都靠增长孔壁铜层厚度来提高金属化孔可靠性。
图(8)镀铜线图(9)镀铜线
2.2.8表面阻焊及可焊性保护层
由于挠性板在使用过程中有挠曲规定,普通在挠性窗口或挠性某些大多采用聚酰亚胺保护膜压接方式来保护线路,可是针对精密线路时聚酰亚胺在覆型及开窗上就难以满足规定,但可以采用阻焊油墨来涂覆,普通阻焊油墨易脆裂,无可挠性,不能满足规定,因此咱们可以选取一种丝网印刷挠性液态感光显影型阻焊油墨,两者都能起到阻焊、防潮、防污染、耐机械挠曲等作用,此外尚有一种办法就是贴显影型挠性覆盖干膜,但原材料价格较高,并且需要真空贴膜机才干较好地完毕涂覆。
可焊性保护层使用有机防氧化保护膜,保证焊盘表面平整、可焊,请参照表(4)中几种覆盖层工艺比较。
表(4)几种覆盖层工艺比较
精度(最小窗口)
可靠性(耐挠曲性)
材料选取
设备/工具
技术难度
经验需求
成本
老式覆盖膜
低
(800μm)
高
(寿命长)
PI,PET
NC钻机
热压
覆盖膜+激光钻孔
(50μm)
机构
网印液态油墨
(600μm)
可接受
(寿命短)
环氧,PI
网印
中
感光干膜型
(80μm)
PI,丙烯酸
层压,曝光,显影
感光液态油墨型
涂布,曝光,显影
2.2.9外形加工
刚柔结合印制板则要在铣床上铣外形,重要应注意柔性某些,由于柔性某些易于扭曲而导致铣出外形参差不齐和粗糙。
可以在柔性窗口上下垫入与刚性外层厚度一致垫片,并且在铣外形时压紧,就可以保证铣出光洁并且均匀外形边沿。
如果是采用预先不开挠性窗口,最日后采用激光来切除挠性窗口废料,则铣出柔性某些外形会更加抱负,但是并不是每一种叠构都可以采用激光方式。
结束语:
本人始终从事印制电路板工程设计及生产工艺研究工作,也非常热爱这个行业,限于篇幅,本文就软硬结合板在实际设计和生产操作过程所遇到某些问题做了一种粗略总结,但愿对同行朋友们有所启发和协助,同步也欢迎人们能与我一同探讨印制电路技术问题。
由于本人水平有限,错误之处再所难免,望各位不吝指正,谢谢!
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