前言
????減少電子產(chǎn)品的組裝尺寸、重量、避免連線錯誤，增加組裝靈活性，提高可靠性，實現(xiàn)不同裝配條件下的三維立體組裝，是電子產(chǎn)品日益發(fā)展的必然需求，撓性電路作為一種具有薄、輕、可撓曲等可滿足三維組裝需求的特點的互連技術(shù)，在電子及通訊行業(yè)得到日趨廣泛的應(yīng)用和重視。
????隨著其應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴大，撓性線路板本身也在不斷發(fā)展，如從單面撓性板到雙面、多層乃至剛——撓性板等，細線寬／間距、表面安裝等技術(shù)的應(yīng)用以及撓性基材本身的材料特性等、對撓性板的制作提出了更嚴格的要求，如基材的處理，尺寸的穩(wěn)定性的控制，去沾污，小孔金屬化及電鍍的可靠性及表面保護性涂覆等方面都應(yīng)予以高度的重視，本文僅就在研究和生產(chǎn)過程中所選擇的工藝以及應(yīng)注意的問題進行總結(jié)和闡述。
????2 多層撓性線路板
????2．1 材料的選擇
????撓性印制線路板所選用的材料直接影響板子生產(chǎn)及其性能。
????覆銅材料我們選用日本新日鐵的無粘接劑聚酰亞胺(PI)撓性基材(SB18—25—18，SB18—50—18等)，聚酰亞胺是一種很好的可撓性，優(yōu)良的電氣性能和耐熱的材料，但它具有較大的吸濕性和不耐強堿性。之所以選擇無粘接層的基材，是因為介電層與銅箔間的粘接劑多為丙烯酸、聚酯、改性環(huán)氧樹脂等材料，其中改性環(huán)氧樹脂粘接劑可撓性較差，聚酯類粘接劑雖可撓住好，但耐熱性較差，而丙烯酸粘接劑雖然在耐熱性、介電性能以及可撓性方面令人滿意，但其玻璃轉(zhuǎn)化溫度(Tg)較低(40℃左右)，以及極差的耐堿性給加工及焊接帶來困難。
????由于丙烯酸粘接片Tg較低，在鉆孔過程中產(chǎn)生的大量沾污不易除去，影響金屬化孔質(zhì)量，以及其它粘接材料的各種不盡人意處，所以，多層撓性板的層間粘接層我們選用聚酰亞胺材料，如新日鐵的SPB50A、SPB35A等，因為它與PI基材配合，其間的CTE(熱膨脹系數(shù))一致，克服了多層撓性線路中尺寸不穩(wěn)定性的問題，且其它性能均能令人滿意。
????外層圖形的保護材料，一般有兩類可供選擇，一類是干膜型(覆蓋膜)，一種是選用聚酰亞胺材料，無需粘接劑直接與蝕刻后需保護的線路板以層壓方式壓合，這種覆蓋膜要求在壓制前預成型，露出需焊接部分，故而不能滿足較細密的組裝要求，另一種是感光顯影型覆蓋干膜，以貼膜機貼壓后，通過感光顯影方式漏出焊接部分，解決了組裝細密性的問題，還有一類是液態(tài)絲網(wǎng)印刷型覆蓋材料，常用的有熱固型聚酰亞胺材料，如新日鐵SPI200以及感光顯影型撓性線路板專用阻焊油墨，如高氏XV—601T等。這類材料能較好地滿足細間距、高密度裝配的撓性板的要求。
????2．2 生產(chǎn)工藝的確定及非常規(guī)部分的控制
????多層撓性板的研制是在雙面撓性板及高密度多層剛性板的基礎(chǔ)上進行的，在工藝制造方面與剛性板有很多相同的地方，但是，由于撓性材料及其應(yīng)用的特殊性，決定了它從設(shè)計要求到制作工藝都有別于普通的剛性板，幾乎對每一個生產(chǎn)環(huán)節(jié)都要進行試驗、調(diào)整，最終優(yōu)化整個工藝流程和參數(shù)。
????2．2．1 工藝流程
????基材下料→預烘→電解清洗底片準備→內(nèi)層單片圖形轉(zhuǎn)移→酸性蝕刻→AOI檢查→OPE沖制后定位孔→內(nèi)層氧化→層壓→鉆孔→等離子體去沾污→金屬化孔→外層圖形→AOI檢查→圖形電鍍→堿性蝕刻→退鉛錫→通斷測試→覆蓋保護層→涂覆有機預助焊劑→外型加工
????2．2．2 內(nèi)層單片的圖形轉(zhuǎn)移
????圖形轉(zhuǎn)移在高密度、細線條的印制板中占據(jù)非常重要的地位，對撓性線路而言，尤其如此。因為撓性單片既薄又軟，給表面處理等操作帶來很大困難，而銅箔表面的清潔狀態(tài)及粗糙程度直接影響抗蝕干膜的貼附及細線條的制作。由于機械擦板對設(shè)備要求較高，且不適宜的壓力可能造成基材變形、卷折、尺寸伸縮等，操作不易控制，故而我們選擇使用電解清洗法。這種方法既可保證表面清潔度，微蝕步驟又可保證銅面的粗糙度，有利于0．1mm~0．15mm線寬／間距的圖形制作。
????酸性蝕刻除了注意控制蝕刻速率以保證設(shè)計要求的線寬、間距外，更要注意防止單片的卷曲、皺折，最好是加牽引板且關(guān)閉設(shè)備上的抽風系統(tǒng)。
????2．2．3 撓性材料的多層定位
????撓性基材的尺寸穩(wěn)定性較差，這是因為聚酰亞胺材料有較強的吸潮性，經(jīng)過濕處理或在不同的溫、濕度環(huán)境中收縮變形嚴重，造成多層板的層壓對位困難。為了克服這一困難，可采用以下措施：
????(1)OPE沖制后定位孔，能消除濕法處理過程中材料伸縮變形帶來的誤差。
????(2)層壓后用X—ray對位鉆孔，確定偏移量，使鉆孔更為精確。
????(3)針對聚酰亞胺的材料特性及環(huán)境特點，參考鉆孔偏移量繪制外層底片，提高外層底片與鉆孔板的重合度。
????這樣，我們就可以滿足層間對位保證0．1mm~0．15mm環(huán)寬的要求，保證外層圖形轉(zhuǎn)移的精確度。
????2．2．4 層壓
????即使是采用OPE沖制后定位孔，層壓前的單片處理對層間對位也有著很大影響。首先，由于聚酰亞胺材料不耐堿，在強堿溶液中產(chǎn)生溶脹，所以在進行黑氧化處理的過程中，在強堿性工位如去油、黑氧化等適當?shù)亟档蜏囟?、減少時間。由于采用的是無粘接層基材，無須考慮粘接層在堿液中的變化，這種方法還是可行的。其次，氧化處理后的單片烘烤應(yīng)避免垂直放置，應(yīng)采取水平烘烤方式，可減少彎曲變形，盡量保持平整。烘烤后盡可能地縮短裝模時間，防止單片再次吸潮。
????由于撓性單片易變形，層壓前平整度較差，加之所用粘接片的樹脂流動度大大低于剛性板層壓用的半固化片，所以，為使粘接片與單片結(jié)合良好并嵌入細密的線條間距中，我們選擇使用覆形性較好的材料作為層壓襯墊材料，如聚丙烯薄膜、紙、硅橡膠片等，可提高撓性板的層壓質(zhì)量。試驗后認為理想的襯墊材料為硅橡膠材料，即可保證其覆形性又可相對減少被壓件尺寸收縮變形。可采用以下疊板方式：
????被壓件較多時，可在一套模具中以不銹鋼隔板按上述疊板順利一次疊板2~3件。
????壓制參數(shù)可參考PI基材剛性板壓制參數(shù)進行適當?shù)膬?yōu)化。
????2．2．5 鉆孔
????由于撓性基材沒有加強纖維，既輕又薄，鉆孔參數(shù)不適當可能造成介質(zhì)層撕裂和大量粘污，所以根據(jù)不同的板厚、質(zhì)材進行鉆孔參數(shù)的優(yōu)化，同時，蓋板、墊板的選擇也非常重要，因為撓性板柔軟輕薄，蓋、墊板不僅可以支撐板子，還起到散熱作用，應(yīng)當注意的是墊板最好用鋁箔板或環(huán)氧膠木板，不要用紙質(zhì)墊板，因為紙質(zhì)墊板較軟，容易產(chǎn)生較嚴重的鉆孔毛刺，孔化前去毛刺時容易撕裂或擦壞孔口，給后工序工作帶來麻煩，影響板子質(zhì)量。
????還有一點應(yīng)該注意的是，雖然我們在濕法處理、沖制OPE孔，層壓對位等方面做了大量的工作以保證層間對位精度，但是，由于聚酰亞胺材料本身受濕熱影響較大，不可避免地會產(chǎn)生不確定的層間偏差及板間偏差。所以，鉆孔前應(yīng)以X—ray對位鉆小孔，確定不同板子的不同的鉆孔偏移量，參照該偏移量進行數(shù)據(jù)校正，確保鉆孔精確有效。同時，該偏移量交至光繪工序，參考繪制外層底片，保證外層圖形轉(zhuǎn)移的對位精確。
2．2．6 去沾污及金屬化孔
????多層撓性板的孔內(nèi)沾污以聚酰亞胺樹脂為主。撓性聚酰亞胺樹脂對濃硫酸溶液顯惰性，而在強堿性的高錳酸鉀溶液中又會產(chǎn)生溶脹，所以，常規(guī)的濕法去沾污很難奏效。我們也曾嘗試過使用濃硫酸或堿性高錳酸鉀溶液去沾污，改變濃度、溫度、處理時間等參數(shù)，多次試驗都沒有收到令人滿意的效果，于是，我們放棄了傳統(tǒng)的濕法化學去沾污，改用等離子體法。
????等離子體是指電離的氣體，是原子在射頻能量發(fā)生器的作用下完全或部分失去其電子層時的狀態(tài)，由離子、電子、自由基、游離基團和紫外線輻射粒子等到組成，整體上顯電中性，具有很高的化學活性。等離子體去沾污最大的優(yōu)點是沒有選擇性，就是不分所處理板子的樹脂類型，只要調(diào)整參數(shù)，均可進行處理。譬如，高活度的等離子流對環(huán)氧樹脂、聚酰亞胺、丙烯酸、玻璃纖維等產(chǎn)生的沾污都能快速、均勻地把它們從孔壁上作用掉，并可以形成一定的凹蝕，有效地實現(xiàn)三維連接，提高金屬化孔的可靠性。
????等離子體去沾污一般分為三步：
????(1)在設(shè)備腔體達到一定的真空度后向其中按比例注入高純氮氣和高純氧氣，主要作用是清潔孔壁，預熱印制板，使高分子材料具有一定的活性，有利于后續(xù)處理。一般為80℃、15分鐘。
????(2)以CF4、O2和N2作為原始氣體與樹脂反應(yīng)，達到去沾污、凹蝕的目的，一般為85℃、15分鐘。
????(3)以O(shè)2作為原始氣體，去除前兩步處理過程中形成的殘留物或“灰塵”，潔凈孔壁。
????金相報告顯示，等離子體去沾污后的金屬化孔孔壁狀態(tài)令人滿意。
????等離子體去沾污后板子的金屬化孔前處理，亦不能按常規(guī)工藝進行，這是由于基材本身特性決定的。經(jīng)去沾污處理后的板子，須用專用溶液對孔壁進行特殊處理。我們選用Neatraganth處理液(A十B)和HCF—45十H2SO4，清洗液對板子進行預處理(處理前應(yīng)先擦板去毛刺)，改善其表面狀況，這樣可以提高聚酰亞胺與化學銅結(jié)合的牢固性，預防孔化空洞。
????2．2．7 外層圖形轉(zhuǎn)移
????外層圖形轉(zhuǎn)移前的基板處理可采用擦板或電解清洗兩種方式，這可視基板厚度及設(shè)備狀況而定。若采用電解清洗方式，應(yīng)注意控制微蝕速率，不能將孔中的化學銅蝕刻掉。而采用擦板則應(yīng)注意卷板。
????2．2．8 表面阻焊及可焊性保護層
????由于撓性板在使用過程中有撓曲要求，普通的阻焊油墨易脆裂，無可撓性，不能滿足要求；一般雙面撓性板用的預成型的聚酰亞胺覆蓋膜不能滿足精細線路的要求，所以我們只有兩種選擇：一是貼顯影型撓性覆蓋干膜，一是絲網(wǎng)印刷撓性液態(tài)感光顯影型阻焊油墨，兩者都能起到阻焊、防潮、防污染、耐機械撓曲等作用。因后者覆形性較好，故我們更多地使用后者。
????可焊性保護層使用有機防氧化保護膜，保證焊盤表面平整、可焊。
????3 剛——撓性線路板
????剛——撓結(jié)合印制板是指在一塊印制板上包含有一個或多個剛性區(qū)和一個或多個撓性區(qū)的印制線路板。它可分為有增強層的撓性板及剛——撓結(jié)合多層板等不同類型。本文僅就無鍍通孔有剛性增強層的多層撓性板進行闡述。
選擇這樣的結(jié)構(gòu)是因為表面貼裝技術(shù)應(yīng)用于多層撓性板且焊腳越來越細密，這就要求撓性板焊接面在焊接過程中保持較高的平整度，而撓性板的輕、薄、軟的特性又決定了它無法保證這樣的平整度，故而要求在非焊接面的非撓曲部分增加剛性增強層，這樣既可保證讓焊接要求又不妨礙撓曲要求，且生產(chǎn)制作也較簡單，可靠性高。
????3．2 材料的選擇
????撓性材料前面已經(jīng)講過，勿需多言，而剛性增強板的選擇也有一定的要求，我們最先選擇成本較低的環(huán)氧膠木板，因表面太過光滑無法粘牢，后又選擇使用FR—4.G200等有一定厚度的基材蝕刻掉銅，但終因FR—4.G200芯材與PI樹脂體系不同，Tg、CTE皆不配合，受熱沖擊后剛——撓結(jié)合部分翹曲嚴重不能滿足要求，所以最后選擇PI樹脂系列的剛性材料，可以用P95基材壓合而成，也可以單純用P95半固化片壓合成，這樣，相配合的樹脂體系的剛——撓性板壓合后，就可以避免受熱沖擊后的翹曲變形。
????剛性板與撓性板之間的粘接層選擇使用丙烯酸粘接片，因為這步過程僅是單純的粘接加強作用，無須進行鉆孔和鍍通孔，無減少沾污的顧慮，而且丙烯酸粘接片的搞剝強度要優(yōu)于聚酸亞胺粘接片，另一方面，丙烯酸成本較低，更經(jīng)濟一些。
????3．3 剛性部分的工藝及控制
????3．3．1 簡要工藝流程
????基材下料→層壓前處理→壓合→蝕刻外層銅→銑撓性區(qū)窗口→待與撓性板壓合
???????????? 半固化片準備????
3．3．2 注意事項
????加強板的壓合主要應(yīng)注意以下三方面的事項：一是不論是基材壓合還是單純的半固化片壓合，都要注意玻璃布的經(jīng)緯方向要一致，壓合過程中注意消除熱應(yīng)力，減少翹曲。
????二是加強板應(yīng)有一定的厚度，因為撓性部分很薄且無玻璃布，受環(huán)境及熱沖擊的影響后，它的變化與剛性部分是有差別的，若剛性部分沒有一定的厚度或硬度，這種差別就會表現(xiàn)得很明顯，使用過程中就會產(chǎn)生較嚴懲的翹曲變形，影響焊接及使用，若剛性部分具有一定的厚度或硬度，這種差別就可能會顯得微不足道，整體的平整度不會同撓性部分的變化而產(chǎn)生變化，可保證焊接及使用，若剛性部分太厚則顯得厚重不經(jīng)濟，實驗證明0．8~ 1．0mm厚度較為適宜。
????三是撓性窗口應(yīng)銑切精確，既不能小了影響焊接也不能大了影響撓曲，可由光繪直接出具銑切數(shù)據(jù)，也可出一張銑切圖形作為編程基準。
????3．4 剛——撓性部分的壓合
????剛、撓兩部分的壓合控制很簡單，只要注意以下幾個方面：
????一是剛性加部分在壓合前要用擦板機稍微粗化一下，提高粘接強度。
????二是丙烯酸粘接片的裁剪應(yīng)尺寸適宜。
??三是撓性部分在壓合前可只做些簡單的清潔處理。
????四是裝模時應(yīng)在撓性窗口部位加墊片，此墊片應(yīng)厚度適中，大小合適，以防止剛撓結(jié)合部分壓結(jié)質(zhì)量及撓性部分皺折，可使用銑切窗口時的銑切多余部分，并用隔離膜包好，以防止脫模時粘接。
????剛——撓板壓合成銑切成型，作有機防氧化助焊處理后交付可使用。
????4 小結(jié)
????在多層撓性及剛——撓性板的研究制作方面，我們可能起步較晚，但經(jīng)過近3年的實驗、探索，立足現(xiàn)有設(shè)備，出適合于是我們自己的一套工藝、生產(chǎn)方案，雖然粗淺，但成功地解決了細線條的圖形轉(zhuǎn)移、尺寸控制、層間對位精確度、去沾污、剛撓結(jié)合等一系列的問題，較好地滿足了用戶的需求，還有很多問題如剛——撓結(jié)合鍍通孔等問題還有待于進一步的研究探索。