挠性及刚挠印制板生产工艺一.docx

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挠性及刚挠印制板生产工艺一

撓性及剛撓印製板生產工藝一

1，概述

撓性及剛撓印製板作為一種特殊的互連技術，由於能夠滿足三維組裝的要求，以及具有輕，薄，短，小的特點，已經被廣泛用於電腦，航空電子以及軍用電子設備中。

但它也有初始成本高以及不易更改和修復等缺點。

1.1撓性及剛撓印製板的分類

根據撓性及剛撓印製板的結構可分為五種類型和兩個類別，如表13-1和表13

●2所示。

其中結構比較複雜和製作難度較大的是A類3型板和A類4型板，即撓性多層印製板和剛撓多層印製板。

圖13-1為一塊剛撓印製板照片。

圖13-1剛撓多層印製板

表13-1撓性及剛撓印製板的分類

類 型

名              稱

說明

1型板

撓性單面印製板

可以有或無遮罩層，也可以有或無增強層

2型板

撓性雙面印製板

有鍍覆孔。

可以有或無遮罩層，也可以有或無增強層

3型板

撓性多層印製板

有鍍覆孔。

可以有或無遮罩層，也可以有或無增強層

4型板

剛性多層印製板

有鍍覆孔。

導線層多於兩層。

5型板

剛撓或撓性組合印製板

剛性印製板與撓性印製板或撓性印製板與撓

性印製板粘結成一體，粘結處無鍍覆孔連接，層數多於一層。

    表13-2撓性及剛性印製板的類別

A類

在安裝過程中能經受撓曲

B類

能經受佈設總圖規定的連續多次撓曲。

通常不適用於2層以上導線層的印製板。

1.2撓性及剛撓印製板結構

撓性印製板與剛撓印製板都是以撓性材料為主體結構。

剛撓印製板與撓性印製板的主要區別在於剛撓印製板是在撓性印製板上再粘結兩個剛性外層，剛性層上的電路與撓性層上的電路通過金屬化孔相互連通。

每塊剛撓印製板有一個或多個剛性區和一個或多個撓性區。

圖13-2為一塊雙面撓性印製板的結構示意圖，圖13-3為一塊典型的八層剛撓印製板結構示意圖。

A:

覆蓋層：

帶0.05mm厚丙烯酸膠聚酰亞胺薄膜

B:

撓性電路：

覆70μm銅箔的聚酰亞胺薄膜

圖13-2雙面撓性板的層壓前後結構示意圖

圖13-3  8層剛撓印製板結構示意圖

A:

雙面覆35μm銅箔的聚酰亞胺撓性基材

B:

帶0.025mm厚丙烯酸膠的聚酰亞胺覆蓋層

C：

雙面覆35μm銅箔環氧玻璃布層壓板

D:

丙烯酸粘結薄膜

2，撓性及剛撓印製板的材料

撓性印製板的材料主要包括撓性介質薄膜和撓性粘結薄膜。

剛撓印製板除了要採用撓性材料外，還要用到剛性材料，如環氧玻璃布層壓板及其半固化片或聚酰亞胺玻璃布層壓板及相應的半固化片。

2.1撓性介質薄膜

常用的撓性介質薄膜有聚酯類，聚酰亞胺類和聚氟類。

聚酰亞胺具有耐高溫的特性，介電強度高，電氣性能和機械性能極佳，但是價格昂貴，且易吸潮，常用的聚酰亞胺介質薄膜有杜邦公司生產的Kapton膜。

聚酯的許多性能與聚酰亞胺相近，但耐熱性較差，杜邦公司生產的聚酯介質薄膜Mylar膜也比較常用。

表13-3為聚酰亞胺膜，聚酯，聚四氟乙烯介質薄膜的性能對照。

聚酰亞胺是最常用的生產撓性印製板及剛撓印製板的材料；而聚酯由於它的耐熱性差，決定了它只適用於簡單的撓性板；聚四氟乙烯材料只用於要求低介電常數的高頻產品。

撓性覆銅箔基材是在撓性介質薄膜的單面或雙面粘結上一層銅箔。

覆蓋層是在

撓性介質薄膜的一面塗上一層粘結薄膜，然後再在粘結膜上覆蓋一層可撕下的保

護膜。

這層保護膜通常只有在將覆蓋層與蝕刻後的電路進行對位元時才撕下。

在生

產撓性和剛撓印製板時，除了選擇材料的種類外，所選用的撓性覆銅箔基材和覆

蓋層的介質厚以及銅箔的厚度也十分重要。

首先，介質薄膜的厚度應不小於0.025

mm，才能滿足電氣性能和機械性能的要求。

而銅箔厚度則應根據電路密度，載流

量以及耐撓性來選擇。

總之，介質薄膜及銅箔的厚度越小，撓性板的撓性就越好

另外，由於覆蓋層是覆蓋於蝕刻後的電路之上，這就要求它有良好的覆形性，才能滿足無氣泡層壓的要求。

較薄介質薄膜的覆蓋層形性好，層壓的壓力低，因而層壓後撓性板的變形小。

但是，當覆蓋層上要求余膜孔時，使用較厚的介質薄膜可以減少鑽孔時余隙孔的變形。

總之，從工藝角度講，更希望採用較厚的覆蓋層，而從層壓的角度講，則希望採用較薄的覆蓋層。

表13-3聚酰亞胺，聚酯，聚四氟乙烯介質薄膜性能對照表

性能

聚酰亞胺

（Kapton）

聚酯

（Mylar）

聚四氟乙烯

（PTFE）

極限張力N/mm2

172

172

20.7

極限延伸率

70%

120%

300%

因蝕刻引起的尺寸變化mm/m

2.5

5.0

5.0

介電常數

4.0

4.0

2.3

損耗角正切

0.035

0.035

0.06

體積電阻率MΩ.cm

106

106

107

表面電阻MΩ

105

105

107

抗電強度MV/m

25

25

25

吸潮

4.0%

<0.8%

0.1%

熔點或零強度溫度

1800C

>6000C

2800C

浮焊試驗

通過

通過

通過

 目前，杜邦公司已生產出一種感光型覆蓋層。

它具有對位準確，簡化撓性生產

工藝（省去了覆蓋層的鑽孔以及層壓工序），降低生產成本的優點。

這種覆蓋層的許多性能與聚酰亞胺覆蓋層相近，比較適用於簡單的撓性板。

在撓曲半徑為5mm時，能耐107次撓曲迴圈。

這種覆蓋層的工藝操作與阻焊幹膜相似，即經過真空貼膜，曝光，顯影，後固化等工序。

2.2粘結片薄膜

生產撓性及剛撓印製板的粘結薄膜主要有丙烯酸類，環氧類和聚酯類。

比較常

用的是杜邦公司的改性丙烯酸薄膜和Fortin公司的無增強材料低流動度環氧粘

結薄膜以及不流動環氧玻璃布半固化片。

表13-4為兩種編織類型玻璃布做增強

材料的不流動環氧半固化片的一些性能參數。

丙烯酸與聚酰亞胺薄膜的結合力極

好，具有極佳的耐化學性和耐熱衝擊性，而且撓性很好。

環氧樹脂與聚酰亞胺薄

膜的結合力不如丙烯酸樹脂，因而主要用於粘結覆蓋層和內層。

另外，環氧樹脂

的熱膨脹係數低於丙烯酸數倍，在Z方向的熱膨脹小，利於保證金屬化孔的耐熱

衝擊性。

因此，在選用改性丙烯酸薄膜做內層的粘結劑時，兩個內層之間的丙烯

酸的厚度一般不超過0.05mm，以防止熱衝擊時Z方向膨脹過大而造成金屬化孔的

斷裂。

當0.05mm厚的丙烯酸無法滿足粘結要求時，應改用環氧樹脂型粘結片代替

。

表13-5為不同類型粘結片覆蓋層性能比較。

表13-4不流動環氧半固化片

玻璃布類型

半固化片厚度

（mm）

玻璃布厚度

（mm）

層壓後半固化片

厚度（壓力200psi）

（mm）

含膠量

（%）

流動度凝膠時間

（%） （s）

104

0.064

0.025

0.064

72±1

2  無

108

0.088

0.05

0.088

62±1

2  無

 表13-5不同粘結片的覆蓋層性能比較                                  

介質薄膜類型

        聚酰亞胺

    粘結片類型

項目及測試方法

丙烯酸-IPC

丙烯酸（V）

環氧

抗剝強度（b/in）

8.0

10.6

8.0

低溫可撓性

（IPC-TM-650,2.

6.18.）

通過

通過

通過

粘結片最大流動％

（IPC-TM-650,2,3

17,1）

5.0

2.7

5.0

揮發組份（%）

（IPC-TM-650,2,3

37）

1.5

0.8

2

介電常數（1MHz）

IPC-TM-650,2.5.5

.3最大值

4.0

3.8

4.0

介電強度（KV/mm）

ASTD-D-149

80

180

80

體積電阻率Ω。

Cm

IPC-TM-650,2,5,

17

1012

1012

1012

表面電阻Ω

IPC-TM-650,2,5,

17

1011

1010

1010

絕緣電阻MΩ

IPC-TM-650,2，6，

3，2室溫下

104

105

104

吸潮最大百分比％

IPC-TM-650,262

6.0

1.0

4.0

損耗角正切1MHz下IPC-TM-650,2，

5，5，3

0.04

0.03

0.03

浮焊試驗

IPC-TM-650方法B

2，4，13

通過

通過

通過

2.3銅箔

印製板採用的銅箔主要分為電解銅箔（ED）和壓延銅箔（RA）.電解銅箔是採用電鍍的方式形成，其銅微粒結晶狀態為垂直針狀，易在蝕刻時形成垂直的線條邊緣，利於精細導線的製作。

但是在彎曲半徑小於5mm或動態撓曲時，針狀結構易發生斷裂主，因此只適用於剛性印製板。

圖13-4為電解銅箔的晶粒結構。

撓性覆銅基材多選用壓延銅箔，其銅微粒呈水平軸狀結構，能適應多次撓曲。

但這種銅箔在蝕刻時在某種微觀程度上會對蝕刻劑造成一定阻擋。

圖13-5為正

壓延銅箔的晶粒結構。

圖13-4電解銅晶粒結構           

圖13-5 壓延銅晶粒結構

2.4剛性層壓板

用於生產剛撓印製板的剛性層壓板主要有環氧玻璃布層壓板和聚酰亞胺玻璃布層壓板。

聚酰亞胺層壓板是比較理想的生產剛撓印製板的材料。

聚酰亞胺具有耐熱性高的優點，但是價格昂貴，且層壓工藝複雜，聚酰亞胺層壓板及半固化片的價格是環氧價格的五至七倍。

環氧玻璃布層壓板是最常用的生產剛性印製板的材料，它的價格比較便宜，但是耐熱性差。

由於熱膨脹係數較大，因而在Z方向的膨脹較大。

GF型環氧玻璃布層壓板由於具有在其玻璃化溫度（Tg1180C）以下的熱膨脹係數與聚酰亞胺相近的特點，因而被廣泛用於生產剛撓印製板。

2.5材料的熱膨脹係數（CTE）

剛撓印製板材料的熱膨脹係數對保證金屬化孔的耐熱衝擊性十分重要。

熱膨脹係數大的材料，它在經受熱衝擊時，在Z方向上的膨脹與銅的膨脹差異大，因而極易造成金屬化孔的斷裂。

通常玻璃化溫度（Tg）低的材料，其熱膨脹係數也較大。

表13-6為幾種材料的熱膨脹係數與玻璃化溫度的比較。

從表13-6可以看出，四種材料的玻璃化溫度和Z方向熱膨脹係數相差甚遠。

其中丙烯酸的玻璃化溫度最低（接近室溫），熱膨脹係數是其他材料的數倍。

因而，在加工剛撓印製板時，應盡可能少的使用丙烯酸粘結片，尤其是要控制丙烯酸粘結片的厚度。

實驗證明，剛撓多層板的平均熱膨脹係數是隨丙烯酸樹脂厚度百分比的提高而升高。

從圖13-6可以看出，平均熱膨脹係數小的剛性板，隨著溫度的升高其尺寸變化最小；平均熱膨脹係數大的撓性板尺寸變化最大；剛撓印製板由於是剛撓混合結構，因而熱膨脹係數居中。

表13-6 幾種材料的玻璃化溫度及熱膨脹係數

特性

試驗方法

丙烯酸膜

聚酰亞胺膜

環氧

銅

玻璃化溫度（0C）

IPC-TM-650

2.4.25

45

185

103

無

Z軸熱膨脹係數

IPC-TM-650

10-6/0C2324（25-2750C

500

130

240

17.6

    圖13-6各種結構印製板的熱膨脹

 總之，在選擇材料加工撓性和剛撓印製板時，不單要考慮材料的特點及其機械

，物理，化學特性，還要考慮產品的應用要求，安裝結構要求，環境條件以及材料對可加工性的影響。

只有這樣，才能生產出性能價格比最佳的撓性及剛撓印製板。

3，撓性印製板基本設計規則

撓性印製板除了應滿足剛性印製板的基本設計規則外，針對其可撓性及層壓覆蓋層等特點，還有一些特殊的設計要求。

3.1連接盤

常用的分立元件的連接盤有圓形，橢圓形，長圓形，五方形和钜形等。

連接盤應完全包圍引線孔。

連接盤和環寬在符合好的設計實踐和電氣間隙要求的可行情況下，應取最大值。

各種推薦的連接盤形狀如圖13-7所示：

（a）不可接受的     （b）可接受的

圖13-7連接盤的形狀

連接盤應滿足以下要求：

1）          鍍覆孔的最小環寬應大於0.13mm，非鍍覆孔的最小環寬應大於0.25mm;

2）          所有連接盤與導線連接處，均應成圓角過渡，使應力集中減小到最小，如圖

13-7所示。

3）          非支撐孔的銅連接盤上應加盤趾，兩個盤趾之間的圓弧應不小於孔的直徑，如圖13-7所示。

3.2導線

撓性印製電路導線的設計可參考剛性印製電路的設計，但也略有不同。

從撓性電路的結構強度和散熱性考慮，銅導線的面積應可能加大，因為撓性電路中導線的散熱較大從而造成撓性板每根導線的載流量要比剛性板低20％-50%.撓性印製電路的載流量跟導體數，間距，有無散熱片等因素有關。

導線的拐彎應設計成圓弧過渡以減少應力，防止撕裂。

導線應垂直通過彎曲處（見圖13-8），金屬化孔，元件安裝孔或表面安裝連接盤應至少離彎曲區2.54mm.在B類連續彎曲應用中，彎曲區不應電鍍。

當彎曲發生在只有幾根導線的面積處時，應用不同長度的銅導線對該處進行增強（見圖13-9）。

 圖13-8彎曲位置

圖13-9增加彎曲強度的方法

圖13-10撓性印製板覆蓋層視窗和防止連接盤起翹方法

3．3覆蓋層和開窗口

有焊料塗層時，覆蓋層圓形視窗直徑至少應比在銅導線上的元件孔直徑大0.76mm.如果覆蓋層搭接在銅連接盤上小於0.25mm在非支撐孔周圍銅連接盤上應加盤趾以防止銅從基材表面起翹（見圖13-10）。

在焊點密集區（如連接器的結構），覆蓋層做成一個個分立的窗口是不實際的。

這時視窗可做成如圖13-11的樣子。

單個窗品法用於低密度連接盤（中心距小於3.81mm）的撓性印製板上。

條狀窗口或聯合視窗應用于高密度連接盤（中心距小於3.81mm）的撓性印製板。

其中條狀視窗只使用於有金屬化孔的撓性印製板，且易導致銅和基材開裂。

聯合法和單孔法的成本高。

條狀視窗（裸導線）在裝配時始終要包封起來並採用應力消除和方式。

聯合法（裸導線）在裝配時始終要塗覆敷形塗層或包封。

（1）聯合法      

（2）條狀開窗法     （3）單孔方法

圖13-11窗口的形式

3.4防止撓性邊緣撕裂的方法

撓性印製板邊緣的形狀應盡可能簡單，避免出現小半徑拐角。

在必須用小半徑內角的地方，應採用如圖13-12所示規定防止撕裂的措施。

例如設置孔，銅堤等。

外角應為圓角，最小半徑0.38mm。

總之，合理的設計是生產合格的撓性印製板的前提，才能避免錯誤設計造成的可加工性降低以及使用性降低。

圖13-12撓性印製板外形和邊緣防撕裂方法

4，撓性及剛撓印製板的製造工藝

撓性多層印製板和剛撓多層印製板的結構複雜，涉及多種類型的材料，因而製作難度大，生產工藝複雜。

圖13-13和圖13-14分別為撓性及剛撓印製板的工藝流程圖。

 選擇材料  →內層成像→   表面處理→  層壓→   鑽孔  

蝕刻→ 去膜→ 圖形電鍍→  成像→  孔金屬化→  前處理

 局部退pb/sn→  烘板→  熱熔→  前處理→   壓覆蓋層

 全板退pb/sn  →前處理  →壓覆蓋層 →烘板  →熱風整平      →外形加工

注：

框內的工序是撓性多層印製板特有的加工工序

圖13-13撓性印製板工藝流

撓性層

選擇材料  成像 蝕刻  去膜  表面處理  壓覆蓋層及撓性內層層壓

                                                表面處理                         

剛性層

選擇材料  成像  蝕刻  去膜  開視窗  黑化處理 剛撓多層印製板層壓

去膜  →圖形電鍍 →成像  →孔金屬化  →去汙凹蝕  →去毛刺   →鑽孔

蝕刻   →烘板→  熱熔   →塗覆阻焊層   →外形加工

         圖13-14剛撓多層印製板工藝流程圖

4.1撓性覆銅板的成像

在成像之前，首先要對撓性覆銅板進行表面清洗和粗化，其工藝與剛性板材大致相同。

但是由於撓性板材易變形和彎曲，只能採用手工浮石粉刷洗或專用浮石粉刷板機。

板材的持拿同樣要十分小心，板材的凹痕或折痕會造成曝光時底版無法貼緊從而造成圖形的偏差。

這一點對於精細導線和細間距圖形的成像尤為重要。

撓性板的貼膜，曝光以及顯影工藝與剛性板大致相同。

顯影後的幹膜由於已經發生聚合反應，因而變得比較脆，同時它與銅箔的結合力也有所下降。

因此，顯影後的撓性板的持拿要更加注意，防止幹膜起翹或剝落。

4.2撓性覆銅板的蝕刻

撓性覆銅板的蝕刻與剛性板略有不同。

通常撓性板彎曲部位往往有許多較長的平行導線。

為保證蝕刻的一致性，可以在蝕刻一半時變換印製板的位置。

當製作精細導線時，應將要求比較嚴格的一方向下放，這樣可以防止蝕刻液的堆積，從而增加蝕刻的精度。

另外，在蝕刻之前，由於覆有銅箔，撓性板材比較硬。

而在蝕刻過程中，當板材上的銅被蝕刻之後就會變得十分軟，從而造成傳動困難，甚至板材會掉入蝕刻液中造成報廢。

因而蝕刻時，應在撓性板之前粘一塊剛性板牽引它前進。

剛性板的厚度應大於0.8mm，寬度應大於10cm，長度應大於蝕刻機所允許的最小印製板長度。

最後，為保證蝕刻的最佳效果，蝕刻液的再生與補加應當快捷，有效。

4.3層壓

4.3.1撓性及剛撓多層印製板的內層及覆蓋層層壓曲型的工藝參數：

層壓時間：

173±20C全壓下淨壓時間為60min

升溫速率:

在10-20min內由室溫升至1730C

壓力：

150N-300N/cm2,需在5-8sec內達到全壓力

圖13-15為撓性及剛撓印製板的疊層實例。

圖13-15 疊層實例

4.3.2覆蓋層及內層的準備

蝕刻後的撓性覆銅板或層壓好的剛撓印製板的撓性多層板在壓覆蓋層或剛性外層之前，要對表面進行處理以增加結合力。

用浮石粉刷洗的效果最好，但是浮石粉顆粒容易嵌入粘結片及基材中，以致造成結合力大大降低，因而將浮石粉顆粒沖洗乾淨十分重要。

鑽孔後的覆蓋層以及蝕刻後的撓性電路都有不同程度的吸潮。

因此這些層壓工件在層壓之前應在乾燥箱中乾燥24小時，疊放高度不應超過25mm.有餘隙孔的覆蓋層，在對位後可用丁酮或熱鉻鐵固定。

4.3.3一次層壓和分步層壓：

剛撓多層印製板的層壓可以採用一次將所有內層壓在一起的一次層壓法，也可

以採用先壓撓性內層再壓剛性外層的分步層壓法。

一次層壓法的加工週期短，成本低，但是層壓缺陷如氣泡，分層和內層變形，只能在外層蝕刻之後才被發現，而這時印製板只能報廢。

分步層壓卻可以及時發現內層的圖形偏移和層壓缺陷，並可以及時採取挽救措施。

而且分步層壓還能分別照顧撓性和剛性材料的特點，選擇最佳的工藝參數達到最佳的工藝效果。

分步層壓的缺陷是費工，費時，費輔助材料。