HDI刚挠结合板制作技术研究

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【摘要】本文以一款hdi刚挠结合板的制作为例，剖析刚挠结合板制作过程中如何有效掌握压合、钻孔、金属化孔等流程的工艺方法。

【关键词】刚挠结合板；HDI；层偏；金属化孔

一、前言

随着通讯、电信行业的飞速发展，全球PCB规模与技术不断更新，为迎合产品组装密度、产品性能等诸多要求，刚挠结合板设计的产品越来越多。该设计具备三大优势：其一，具备可挠曲的结构，简化了挠折的立体组装程序；其二，使用刚挠结合板可以极大的减少连接器的使用数量，大大的提高了线路板的信赖性，在高密度信息传输上有很大的优势；其三，提供更大空间的设计性和更轻薄的组装空间，有助于实现盲埋孔和微细线路。现阶段，发展刚挠结合板已然成为一种顺应电子产品轻薄微型化、信息传输高速化和高性能化的研发趋势。

本文以一款四层HDI刚挠结合板工艺制作过程中出现的问题为切入口，通过举例剖析在实际生产中出现的问题，以及解决这些问题过程中采取的方法和技巧，总结适用于HDI刚挠结合板的具体问题改善方法。

二、技术路线

刚挠结合板设计基于PCB工作的信息量传输性能，生产过程先将挠性板和刚性板的内层线路制作出来，再将刚挠板通过不流胶PP压合在一起，外层正常制作。其结构示意图见图1。

2.1 刚挠结合板材料选择

材料的选择在刚挠结合板的制作中有着至关重要的作用，对于不同叠构不同用途的产品，需选择出合适的材料。以下分别对挠性板材料、刚性板材料及PP片的选择做出讨论。

2.1.1 挠性板材的选择

挠性板材料需具备良好的挠折性能、可靠的电器性能以及优良的耐热性，挠性材料从结构上主要可以分为有挠性粘结片和无挠性粘结片两种，即业界常用的2Layer和3Layer结构。其介质层薄膜主要有聚酯类、聚酰亚胺类及聚氟类。不同介质层薄膜的参数性能如表1。

从上表可以看出，PI类材料具有较好的耐热性能及低的拉伸率，有利于控制挠性板生产过程中的涨缩问题；聚酯材料的易燃特性以及高拉伸率限制其使用范围；聚氟类材料拉伸率大且价格昂贵。在刚挠结合板制作上，优先选择聚酰亚胺类材料。

不同厂家的聚酰亚胺类材料，在性能方面也有所不同，依据IPC标准进行测试得到的数据如表2所示。

从上表可以看出，从尺寸稳定性及耐酸碱性上看，板材D均优于其他厂家。对于不同的产品需求，航天航空、医疗器械及军用产品优先选用板材D，其他民用电子及消费类电子产品可以在其他三种板材中选择。

2.1.2 刚性板材的选择

刚性板材料的选择优先使用高Tg材料，材料的介质层优先选用FR4，若对信赖性有特殊的要求时，则选择PI材料的介质层。

2.1.3 粘结层材料的选择

对挠性板和刚性板之间的粘接剂部分我公司采用No flow PP来进行压合，因为其胶流动性小对软硬过渡区域有很大的帮助，不会造成由于溢胶而导致过渡区需返工或者造成功能性上受到影响，目前有很多生产原材料的企都在开发这种PP片，而且有很多种规格可以满足结构上的要求，另外对于客户在ROHS, High Tg, 阻抗等有要求的还需注意原材的特性指标是否可以达到最终的要求，如材料的厚度规格、介电常数、TG值、环保要求等。

2.2 工艺流程设计

根据对此项目的研究与探讨，结合实际生产制作和工艺制定，最终制定“四层HDI刚挠结合板”工艺流程如下：

刚挠板材料选择选择压合结构挠性板开料软板钻孔沉铜板电保护膜开窗预贴合保护膜压合保护膜不流胶PP开窗棕化压合激光钻孔机械钻孔Plasma沉铜板电外层图形外层蚀刻外层图形图形镀铜外层蚀刻丝印阻焊丝印字符沉镍金电测试成型FQC

三、工艺技术研究

3.1 不流胶PP开窗问题点研究

(1) 问题点

不流胶PP铣窗口太小，造成在刚挠板结合处流胶严重，产生外观不良；不流胶PP铣窗口太大，造成刚挠板压合时填胶不良，在刚挠结合处有空洞产生；

(2) 解决方案

不流胶PP采用不等大开窗，即与挠性板接触的PP开窗预大1.2mm，第二张PP开窗比标准窗口预大0.4mm。该方法带来的好处有以下几点：

A. 窗口预大为1.2mm的PP有效填充了贴合保护膜带来的板面断差，提高了板面的平整度，保证贴装零件焊脚的平整性。

B. 窗口预大为0.4mm的PP有效抑制压合过程中不流胶PP的溢胶，提高了刚性板和挠性板连接处的挠折性。

不流胶PP开窗方法示意图如图2所示：

3.2 粘结层与保护膜结合力问题点研究

(1) 问题点

不流胶PP与软板的保护膜cover lay结合力较差，容易造成爆板、分层不良，主要原因是保护膜表面光滑，且材料惰性较强，不易与PP片结合。

(2) 改善方案

为解决该问题，采用以下改善方法：

A. 减小保护膜与不流胶PP的接触面积，优先采用单PCS或条贴保护膜，尽量避免使用整panel板贴合保护膜；

B. 通过增加保护膜的表面粗糙度来增加与不流胶PP的结合力，在研究过程中，分别使用棕化、PLASMA的方法来增加保护膜的表面粗糙度。以下为处理前后的电镜图片。

由图3和图4对比可以看出，Plasma后保护膜表面粗糙度增加，对于改善不流胶PP和保护膜之间的结合力有很好的效果。

3.3 孔金属化不良问题点研究

(1) 问题点

该款产品为一阶HDI刚挠结合板，孔内无铜不良主要存在于盲孔和通孔上；

盲孔不良主要原因为：保护膜在挠性板区域的盲孔PAD未做避孔处理，导致覆盖膜伸进盲孔区域，使孔壁同时存在覆盖膜的亚克力胶、PI和NO flow Pp的环氧树脂胶及玻璃纤维，造成激光钻孔孔型较差，除胶渣时对孔底亚克力胶的攻击性较大，在盲孔底部形成裂缝，无法沉上铜。不良切片图如图5所示。

通孔无铜主要原因为：在制作外层线路前，经过两次微蚀流程，造成部分孔铜被蚀刻掉，在后续图形电镀时无法镀上铜。通孔不良切片如图6所示：

(2) 改善方案

在进行保护膜开窗作业时，不仅要求避通孔，还要求避盲孔，在避孔设计的实际操作中，依据孔所在位置的疏密程度来选择以铣通窗或者钻孔的方式来实现。改善后盲孔切片如图7所示。

由于此四层刚挠结合板采用铜箔法进行制作，外层线路前为防止挠性板外露区域经过水平线时藏药水，在制作外层线路时先进行了挠性板对应铜箔区域开窗蚀刻。该种工艺造成外层钻孔板电后要经过两次微蚀，造成通孔内局部无铜，为改善此问题将外层线路的前处理变更为酸洗，防止减铜过度，挠性板开窗的前处理仍使用微蚀。刚挠结合板在压合中由于使用了覆型材料，使得板面凹凸不平，引起外层线路产生甩膜不良，造成孔不良，该种原因造成的不良可以使用不流胶PP不等大开窗的方法得以解决。改善后的通孔切片图如图8所示。

3.4 文字油墨脱落问题点研究

(1) 问题点

文字印刷位置在挠性板的动态挠折区，文字油墨不耐挠折造成使用过程中油墨易脱落；

使用印刷文字设备不同，对文字的附着力有一定的影响。使用丝印文字附着力优于UV打印字符文字脱落不良图片对比如图9所示。

(2) 改善方案

优先建议客户将文字设计在非动态挠折区，若产品没有足够的区域，必须将文字印刷在挠折区域，则优先选用挠性板专用文字油墨；

使用UV字符打印机喷印的文字附着力较差，使用3M胶带进行附着力测试时，有文字脱落不良。使用丝印文字生产附着力较好，使用3M胶带进行附着力测试无文字脱落不良。在印刷开窗高度差较小的刚挠结合板文字时，优先选用丝印字符。

四、成品性能测试

采用以上介绍的改善方案，整板刚挠结合板外观平整，无毛刺和褶皱。经热应力测试无分层、白点、掉阻焊油墨等不良问题，刚挠结合位制作良好，无毛刺、无潜在分层、开短路、流胶等问题。相关测试图片见表3：

五、结论

本文通过分析一款4层HDI刚挠结合印制板在制作过程中出现的问题点和改善方法，得出以下结论：

(1) 粘结层PP片开窗方法：对于粘结层的PP片，一般采用不等大开窗制作，可保证PP片填胶良好，或避免流胶严重；

(2) 粘结层PP片与覆盖膜的粘结性改善：采用单PCS或条贴保护膜，加上对保护膜进行棕化和等离子处理，增加表面粗糙度，改善爆板等品质问题；

(3) 孔金属化不良改善方法：使用避孔设计，避免了激光钻孔孔型差和机械钻孔钻嘴拉扯覆盖膜的问题，更换外层线路的前处理为酸洗，防止减铜过度。

(4) 文字油墨脱落问题改善：在印刷开窗高度差较小的刚挠结合板文字时，优先选用丝印字符。

参考文献：

[1] 张育猛,胡燕辉,柳良平,谢海山.不对称高频板混压技术研究[J].印制电路信息.2010(12).

[2] Low-FLOW PP技术资料 ARLON LOW-FLOW Selctor Guide.2006.

[3] Fukunaga,Ueda S,Nagumo M. Air-oxidation and anodization of pitch-based carbon fibers. Carbon. 1999.

作者简介：

姜翠红，毕业于西北工业大学，目前任职深圳崇达多层线路板有限公司工艺工程师，主要负责印制板图形转移新方案的研究与开发。

特别鸣谢

感谢姜雪飞先生、彭卫红女士、刘东先生、邓先友先生、朱拓先生在研究过程和文献整改方面给予的支持和帮助。