剛柔結合PCB制造工藝

2022-03-18

剛柔結合PCB制造工藝

如果您認為剛性PCB制造過(guò)程很復雜，那么柔性PCB制造似乎又處于另一個(gè)復雜程度。然而，標準剛性板制造中使用的許多相同步驟在概念上轉移了柔性PCB制造。本指南概述了在柔性PCB制造過(guò)程中實(shí)施的所有步驟。這些過(guò)程與剛性PCB制造過(guò)程非常相似，但涉及不同的材料組，如先前指南中所述。

彈性積層

乍一看，典型的柔性或剛柔結合板看起來(lái)很簡(jiǎn)單。然而，這些的性質(zhì)需要在構建過(guò)程中執行幾個(gè)額外的步驟。任何剛撓板的開(kāi)始總是單面或雙面撓性層。制造商可以從帶有箔的預層壓柔性開(kāi)始，或者可以從未包覆的 PI 薄膜開(kāi)始，然后將銅層壓或鍍上以進(jìn)行初始包層。層壓薄膜需要一層薄薄的粘合劑，而無(wú)粘合劑覆層需要銅的“種子”層。該種子層最初是使用氣相沉積技術(shù)（即濺射）種植的，并提供了化學(xué)沉積銅電鍍的關(guān)鍵。這種單面或雙面柔性電路的鉆孔、電鍍和蝕刻步驟與剛性板中典型的雙面芯幾乎相同。

Flex Fab 步驟

以下步驟顯示了典型雙面柔性電路的柔性電路創(chuàng )建。

第 1 步：應用粘合劑/種子涂層

應用環(huán)氧樹(shù)脂或丙烯酸粘合劑，或使用濺射來(lái)創(chuàng )建用于電鍍鍵的薄銅層。

第2步：添加銅箔

通過(guò)層壓到粘合劑（更主流的方法）或化學(xué)電鍍到種子層上添加銅箔。材料供應商的更新制造工藝允許軋制退火銅的無(wú)粘合劑層壓作為替代方案。

第 3 步：鉆孔

通孔和焊盤(pán)的孔通常是機械鉆孔的。多個(gè)電鍍柔性基板可以同時(shí)鉆孔，方法是將它們從鼓上的多個(gè)卷軸組合起來(lái)，在工作板之間鉆孔，然后滾動(dòng)到鉆孔機另一側的單獨卷軸上。預切割的柔性面板可以在剛性毛坯之間進(jìn)行組合和鉆孔，方法與鉆孔剛性芯的方式相同，但它需要更仔細的配準并且降低了對齊精度。對于超小孔，可以使用激光鉆孔，但成本要高得多，因為必須單獨鉆孔。這將使用準分子（紫外線(xiàn)）或 YAG（紅外）激光器以獲得更高的精度（微孔），并使用 CO 2 激光器用于中等孔（4+ 密耳）。大孔和切口被沖出，但這是一個(gè)單獨的工藝步驟。

第四步：通孔電鍍

一旦打好孔，就會(huì )以與剛性PCB芯（通常稱(chēng)為 Cuposit）相同的方式沉積和化學(xué)鍍銅。建議柔性電路中的通孔鍍層的鍍層厚度至少為 1 mil，以增加對焊盤(pán)或通孔的機械支撐，而典型的低成本剛性PCB可能只有 ? mil 銅塊。

第五步：抗蝕印刷

將光敏抗蝕劑涂在薄膜表面上，并在銅的化學(xué)蝕刻之前使用所需的掩模圖案來(lái)曝光和顯影抗蝕劑。

第 6 步：蝕刻和剝離

在蝕刻暴露的銅之后，蝕刻抗蝕劑從柔性電路中化學(xué)剝離。

第 7 步：覆蓋層或覆蓋層

柔性電路的頂部和底部區域由切割成型的覆蓋層保護。在柔性電路的某些部分上可能實(shí)際安裝了一些組件，在這種情況下，覆蓋層也起到了阻焊層的作用。最常見(jiàn)的覆蓋層材料是帶有粘合劑的附加聚酰亞胺薄膜，但也可以使用無(wú)粘合劑工藝。在無(wú)粘合劑工藝中，使用光成像阻焊層（與剛性板部分上使用的相同），主要是將覆蓋層印刷到柔性電路上。對于較粗、較便宜的設計，絲網(wǎng)印刷也是一種選擇，通過(guò)紫外線(xiàn)照射最終固化該覆蓋膜?；旧?，不同之處在于覆蓋層是層壓薄膜，而覆蓋層是需要固化的應用材料涂層。

第 8 步：剪掉彎曲部分

創(chuàng )建柔性電路的最后一步是將其剪掉。這通常被稱(chēng)為“消隱”。大批量、經(jīng)濟高效的下料方法是使用液壓沖頭和模具組，這涉及相當高的模具成本。然而，這種方法允許同時(shí)沖壓出許多柔性電路。對于原型和小批量運行，使用下料刀。下料刀基本上是一把長(cháng)刀片，彎曲成柔性電路輪廓的形狀，并固定在背板（MDF、膠合板或厚塑料，如聚四氟乙烯）的布線(xiàn)槽中。然后將柔性電路壓入下料刀中進(jìn)行切割。

層壓和布線(xiàn)

如果柔性電路要形成剛性/柔性組合疊層的一部分（這是我們感興趣的），則該過(guò)程不會(huì )止步于此。我們現在有一個(gè)需要在剛性部分之間層壓的柔性電路。這與單獨的鉆孔、電鍍和蝕刻芯層對相同，只是由于缺少玻璃纖維而更薄且更靈活。不過(guò)，如前所述，根據目標應用，可以使用 PI 和玻璃制作不太靈活的層。因為這是在剛性部分之間層壓的，所以它最終必須裝在一個(gè)面板中，該面板也與剛性板面板部分相匹配。未與剛性部分組合的柔性電路臨時(shí)粘附在 MDF 或FR-4 型材料的剛性背板上。

蝕刻、電鍍、覆蓋和沖裁的柔性面板如何與玻璃環(huán)氧樹(shù)脂剛性面板相結合。

柔性電路與剛性和任何其他柔性部分一起層壓到面板中，并帶有額外的粘合劑、熱量和壓力。除非您正在設計多層柔性，否則多個(gè)柔性部分不會(huì )彼此相鄰層壓。這通常意味著(zhù)每個(gè)柔性部分的最大銅層數為 2，從而保持靈活性。這些柔性部分由剛性預浸料和芯材或帶有環(huán)氧樹(shù)脂或丙烯酸粘合劑的 PI 粘合板隔開(kāi)。

從本質(zhì)上講，每個(gè)剛性面板都在允許彎曲的區域中單獨布線(xiàn)，嗯，彎曲。這是一個(gè)層壓成剛柔結合板的示例過(guò)程，兩個(gè) 2 層柔性電路嵌入在三個(gè)剛性部分之間。層堆疊如下所示。

詳細的堆疊圖，包括每個(gè)柔性部分的鍍通孔，以及剛性部分的最終鍍通孔。

在上面顯示的示例堆疊中，我們有兩個(gè)預蝕刻和切割的柔性電路，每個(gè)都是雙面和鍍通的。柔性電路已被沖裁到最終組裝面板中，包括用于框架的邊框 - 這將在與剛性面板部分層壓后的最終組裝期間保持柔性電路平坦。在組裝過(guò)程中，柔性電路彎頭的支撐不足和較大的開(kāi)口部分肯定存在一些潛在的危險——尤其是在回流爐的高溫下。

盡管此示例確實(shí)顯示了粘合劑層，但重要的是要注意，由于回流中不可接受的 z 軸擴展，許多設計人員都在回避使用粘合劑。然而，FR-4 預浸料和熱固性環(huán)氧樹(shù)脂有效地達到了預期的效果，并且出于所有意圖和目的在這里被視為“粘合劑”層。通過(guò)對柔性層上的銅進(jìn)行處理，以改善層壓預浸料中的“齒”，可以實(shí)現額外的附著(zhù)力。此處顯示了無(wú)膠雙面柔性層壓板。這些完全是具有可粘合聚酰亞胺涂層的聚酰亞胺薄膜，銅箔粘合到該涂層上。DuPont ?  Pyralux ? 和 Rogers Corp. R/Flex ? 是流行的無(wú)粘合劑層壓板的例子。

覆蓋層也被應用 - 就像用粘合劑層壓的貼紙，或通過(guò)前面提到的照片打印工藝。一旦將這個(gè) 6 層疊層中的最終柔性和剛性面板放置在一起，它們就會(huì )與最外層（頂部和底部）的最終銅箔層層壓在一起。然后進(jìn)行另一個(gè)從上到下的電鍍通孔鉆孔?？蛇x地，還可以制造激光鉆孔盲孔（頂部到第一個(gè)彎曲，底部到最后一個(gè)彎曲），這再次增加了設計成本。從上到下鍍通孔，如果有盲孔，則蝕刻最終的外層銅圖案。最后的步驟是頂部和底部阻焊層的印刷，頂部和底部絲印和防腐電鍍（例如ENIG）或熱風(fēng)整平（HASL）。

記錄用于制造和組裝的Flex PCB

需要仔細注意鉆孔和通孔電鍍的層對規劃和文檔，因為從剛性表面層向下到相對的柔性電路層的盲孔必須進(jìn)行反鉆，并增加顯著(zhù)成本和降低產(chǎn)量到晶圓廠(chǎng)工藝。使用 ECAD 軟件中的自動(dòng)繪圖實(shí)用程序，剛性柔性PCB 的文檔（包括制造和裝配圖）變得簡(jiǎn)單。在您的剛柔結合或柔性制造圖紙中記錄的一些要點(diǎn)包括：

裸板中每個(gè)區域的尺寸

顯示所有材料和層排列的疊層圖

帶有孔尺寸和公差的鉆孔臺

如果需要受控阻抗，則提供阻抗表

帶有參考代號的主要部件的組件輪廓

完整的制造和組裝說(shuō)明