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制造過程很復雜，那么柔性PCB制造似乎又處于另一個復雜程度。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制造過程中實施的所有步驟。這些過程與剛性PCB制造過程非常相似，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很簡單。然而，這些的性質需要在構建過程中執行幾個額外的步驟。任何剛撓板的開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始，或者可以從未包覆的 PI 薄膜開始，然后將銅層壓或鍍上以進行初始包層。層壓薄膜需要一層薄薄的粘合劑，而無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（即濺射）種植的，并提供了化學沉積銅電鍍的關鍵。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建。

第 1 步：應用粘合劑/種子涂層

應用環氧樹脂或丙烯酸粘合劑，或使用濺射來創建用于電鍍鍵的薄銅層。

第2步：添加銅箔

通過層壓到粘合劑（更主流的方法）或化學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粘合劑層壓作為替代方案。

第 3 步：鉆孔

通孔和焊盤的孔通常是機械鉆孔的。多個電鍍柔性基板可以同時鉆孔，方法是將它們從鼓上的多個卷軸組合起來，在工作板之間鉆孔，然后滾動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）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，但這是一個單獨的工藝步驟。

第四步：通孔電鍍

一旦打好孔，就會以與剛性PCB芯（通常稱為 Cuposit）相同的方式沉積和化學鍍銅。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，并在銅的化學蝕刻之前使用所需的掩模圖案來曝光和顯影抗蝕劑。

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，但也可以使用無粘合劑工藝。在無粘合劑工藝中，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，絲網印刷也是一種選擇，通過紫外線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

創建柔性電路的最后一步是將其剪掉。這通常被稱為“消隱”。大批量、經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）的布線槽中。然后將柔性電路壓入下料刀中進行切割。

層壓和布線

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），則該過程不會止步于此。我們現在有一個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，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氧樹脂剛性面板相結合。

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，否則多個柔性部分不會彼此相鄰層壓。這通常意味著每個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氧樹脂或丙烯酸粘合劑的 PI 粘合板隔開。

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

詳細的堆疊圖，包括每個柔性部分的鍍通孔，以及剛性部分的最終鍍通孔。

在上面顯示的示例堆疊中，我們有兩個預蝕刻和切割的柔性電路，每個都是雙面和鍍通的。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。在組裝過程中，柔性電路彎頭的支撐不足和較大的開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 預浸料和熱固性環氧樹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。通過對柔性層上的銅進行處理，以改善層壓預浸料中的“齒”，可以實現額外的附著力。此處顯示了無膠雙面柔性層壓板。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，或通過前面提到的照片打印工藝。一旦將這個 6 層疊層中的最終柔性和剛性面板放置在一起，它們就會與最外層（頂部和底部）的最終銅箔層層壓在一起。然后進行另一個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（頂部到第一個彎曲，底部到最后一個彎曲），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行反鉆，并增加顯著成本和降低產量到晶圓廠工藝。使用 ECAD 軟件中的自動繪圖實用程序，剛性柔性PCB 的文檔（包括制造和裝配圖）變得簡單。在您的剛柔結合或柔性制造圖紙中記錄的一些要點包括：

裸板中每個區域的尺寸

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明