刚柔结合PCB制造工艺

2022-03-18

刚柔结合PCB制造工艺

如果您认為(wèi)刚性PCB制造过程很(hěn)复杂，那么柔性PCB制造似乎又(yòu)处于另一个复杂程度。然而，标准刚性板制造中使用(yòng)的许多(duō)相同步骤在概念上转移了柔性PCB制造。本指南概述了在柔性PCB制造过程中实施的所有(yǒu)步骤。这些过程与刚性PCB制造过程非常相似，但涉及不同的材料组，如先前指南中所述。

弹性积层

乍一看，典型的柔性或刚柔结合板看起来很(hěn)简单。然而，这些的性质需要在构建过程中执行几个额外的步骤。任何刚挠板的开始总是单面或双面挠性层。制造商(shāng)可(kě)以从带有(yǒu)箔的预层压柔性开始，或者可(kě)以从未包覆的 PI 薄膜开始，然后将铜层压或镀上以进行初始包层。层压薄膜需要一层薄薄的粘合剂，而无粘合剂覆层需要铜的“种子”层。该种子层最初是使用(yòng)气相沉积技术（即溅射）种植的，并提供了化學(xué)沉积铜電(diàn)镀的关键。这种单面或双面柔性電(diàn)路的钻孔、電(diàn)镀和蚀刻步骤与刚性板中典型的双面芯几乎相同。

Flex Fab 步骤

以下步骤显示了典型双面柔性電(diàn)路的柔性電(diàn)路创建。

第 1 步：应用(yòng)粘合剂/种子涂层

应用(yòng)环氧树脂或丙烯酸粘合剂，或使用(yòng)溅射来创建用(yòng)于電(diàn)镀键的薄铜层。

第2步：添加铜箔

通过层压到粘合剂（更主流的方法）或化學(xué)電(diàn)镀到种子层上添加铜箔。材料供应商(shāng)的更新(xīn)制造工艺允许轧制退火铜的无粘合剂层压作為(wèi)替代方案。

第 3 步：钻孔

通孔和焊盘的孔通常是机械钻孔的。多(duō)个電(diàn)镀柔性基板可(kě)以同时钻孔，方法是将它们从鼓上的多(duō)个卷轴组合起来，在工作板之间钻孔，然后滚动到钻孔机另一侧的单独卷轴上。预切割的柔性面板可(kě)以在刚性毛坯之间进行组合和钻孔，方法与钻孔刚性芯的方式相同，但它需要更仔细的配准并且降低了对齐精度。对于超小(xiǎo)孔，可(kě)以使用(yòng)激光钻孔，但成本要高得多(duō)，因為(wèi)必须单独钻孔。这将使用(yòng)准分(fēn)子（紫外線(xiàn)）或 YAG（红外）激光器以获得更高的精度（微孔），并使用(yòng) CO 2 激光器用(yòng)于中等孔（4+ 密耳）。大孔和切口被冲出，但这是一个单独的工艺步骤。

第四步：通孔電(diàn)镀

一旦打好孔，就会以与刚性PCB芯（通常称為(wèi) Cuposit）相同的方式沉积和化學(xué)镀铜。建议柔性電(diàn)路中的通孔镀层的镀层厚度至少為(wèi) 1 mil，以增加对焊盘或通孔的机械支撑，而典型的低成本刚性PCB可(kě)能(néng)只有(yǒu) ½ mil 铜块。

第五步：抗蚀印刷

将光敏抗蚀剂涂在薄膜表面上，并在铜的化學(xué)蚀刻之前使用(yòng)所需的掩模图案来曝光和显影抗蚀剂。

第 6 步：蚀刻和剥离

在蚀刻暴露的铜之后，蚀刻抗蚀剂从柔性電(diàn)路中化學(xué)剥离。

第 7 步：覆盖层或覆盖层

柔性電(diàn)路的顶部和底部區(qū)域由切割成型的覆盖层保护。在柔性電(diàn)路的某些部分(fēn)上可(kě)能(néng)实际安装了一些组件，在这种情况下，覆盖层也起到了阻焊层的作用(yòng)。最常见的覆盖层材料是带有(yǒu)粘合剂的附加聚酰亚胺薄膜，但也可(kě)以使用(yòng)无粘合剂工艺。在无粘合剂工艺中，使用(yòng)光成像阻焊层（与刚性板部分(fēn)上使用(yòng)的相同），主要是将覆盖层印刷到柔性電(diàn)路上。对于较粗、较便宜的设计，丝网印刷也是一种选择，通过紫外線(xiàn)照射最终固化该覆盖膜。基本上，不同之处在于覆盖层是层压薄膜，而覆盖层是需要固化的应用(yòng)材料涂层。

第 8 步：剪掉弯曲部分(fēn)

创建柔性電(diàn)路的最后一步是将其剪掉。这通常被称為(wèi)“消隐”。大批量、经济高效的下料方法是使用(yòng)液压冲头和模具组，这涉及相当高的模具成本。然而，这种方法允许同时冲压出许多(duō)柔性電(diàn)路。对于原型和小(xiǎo)批量运行，使用(yòng)下料刀(dāo)。下料刀(dāo)基本上是一把長(cháng)刀(dāo)片，弯曲成柔性電(diàn)路轮廓的形状，并固定在背板（MDF、胶合板或厚塑料，如聚四氟乙烯）的布線(xiàn)槽中。然后将柔性電(diàn)路压入下料刀(dāo)中进行切割。

层压和布線(xiàn)

如果柔性電(diàn)路要形成刚性/柔性组合叠层的一部分(fēn)（这是我们感兴趣的），则该过程不会止步于此。我们现在有(yǒu)一个需要在刚性部分(fēn)之间层压的柔性電(diàn)路。这与单独的钻孔、電(diàn)镀和蚀刻芯层对相同，只是由于缺少玻璃纤维而更薄且更灵活。不过，如前所述，根据目标应用(yòng)，可(kě)以使用(yòng) PI 和玻璃制作不太灵活的层。因為(wèi)这是在刚性部分(fēn)之间层压的，所以它最终必须装在一个面板中，该面板也与刚性板面板部分(fēn)相匹配。未与刚性部分(fēn)组合的柔性電(diàn)路临时粘附在 MDF 或FR-4 型材料的刚性背板上。

蚀刻、電(diàn)镀、覆盖和冲裁的柔性面板如何与玻璃环氧树脂刚性面板相结合。

柔性電(diàn)路与刚性和任何其他(tā)柔性部分(fēn)一起层压到面板中，并带有(yǒu)额外的粘合剂、热量和压力。除非您正在设计多(duō)层柔性，否则多(duō)个柔性部分(fēn)不会彼此相邻层压。这通常意味着每个柔性部分(fēn)的最大铜层数為(wèi) 2，从而保持灵活性。这些柔性部分(fēn)由刚性预浸料和芯材或带有(yǒu)环氧树脂或丙烯酸粘合剂的 PI 粘合板隔开。

从本质上讲，每个刚性面板都在允许弯曲的區(qū)域中单独布線(xiàn)，嗯，弯曲。这是一个层压成刚柔结合板的示例过程，两个 2 层柔性電(diàn)路嵌入在三个刚性部分(fēn)之间。层堆叠如下所示。

详细的堆叠图，包括每个柔性部分(fēn)的镀通孔，以及刚性部分(fēn)的最终镀通孔。

在上面显示的示例堆叠中，我们有(yǒu)两个预蚀刻和切割的柔性電(diàn)路，每个都是双面和镀通的。柔性電(diàn)路已被冲裁到最终组装面板中，包括用(yòng)于框架的边框 - 这将在与刚性面板部分(fēn)层压后的最终组装期间保持柔性電(diàn)路平坦。在组装过程中，柔性電(diàn)路弯头的支撑不足和较大的开口部分(fēn)肯定存在一些潜在的危险——尤其是在回流炉的高温下。

尽管此示例确实显示了粘合剂层，但重要的是要注意，由于回流中不可(kě)接受的 z 轴扩展，许多(duō)设计人员都在回避使用(yòng)粘合剂。然而，FR-4 预浸料和热固性环氧树脂有(yǒu)效地达到了预期的效果，并且出于所有(yǒu)意图和目的在这里被视為(wèi)“粘合剂”层。通过对柔性层上的铜进行处理(lǐ)，以改善层压预浸料中的“齿”，可(kě)以实现额外的附着力。此处显示了无胶双面柔性层压板。这些完全是具有(yǒu)可(kě)粘合聚酰亚胺涂层的聚酰亚胺薄膜，铜箔粘合到该涂层上。DuPont ™  Pyralux ® 和 Rogers Corp. R/Flex ® 是流行的无粘合剂层压板的例子。

覆盖层也被应用(yòng) - 就像用(yòng)粘合剂层压的贴纸，或通过前面提到的照片打印工艺。一旦将这个 6 层叠层中的最终柔性和刚性面板放置在一起，它们就会与最外层（顶部和底部）的最终铜箔层层压在一起。然后进行另一个从上到下的電(diàn)镀通孔钻孔。可(kě)选地，还可(kě)以制造激光钻孔盲孔（顶部到第一个弯曲，底部到最后一个弯曲），这再次增加了设计成本。从上到下镀通孔，如果有(yǒu)盲孔，则蚀刻最终的外层铜图案。最后的步骤是顶部和底部阻焊层的印刷，顶部和底部丝印和防腐電(diàn)镀（例如ENIG）或热风整平（HASL）。

记录用(yòng)于制造和组装的Flex PCB

需要仔细注意钻孔和通孔電(diàn)镀的层对规划和文(wén)档，因為(wèi)从刚性表面层向下到相对的柔性電(diàn)路层的盲孔必须进行反钻，并增加显着成本和降低产量到晶圆厂工艺。使用(yòng) ECAD 软件中的自动绘图实用(yòng)程序，刚性柔性PCB 的文(wén)档（包括制造和装配图）变得简单。在您的刚柔结合或柔性制造图纸中记录的一些要点包括：

裸板中每个區(qū)域的尺寸

显示所有(yǒu)材料和层排列的叠层图

带有(yǒu)孔尺寸和公差的钻孔台

如果需要受控阻抗，则提供阻抗表

带有(yǒu)参考代号的主要部件的组件轮廓

完整的制造和组装说明