前言
????減少電子產(chǎn)品的組裝尺寸、重量、避免連線錯(cuò)誤，增加組裝靈活性，提高可靠性，實(shí)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(diǎn)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(kuò)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(xì)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(duì)撓性板的制作提出了更嚴(yán)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(hù)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(jìn)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(qiáng)堿性。之所以選擇無粘接層的基材，是因?yàn)榻殡妼优c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?yàn)樗cPI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(hù)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(hù)的線路板以層壓方式壓合，這種覆蓋膜要求在壓制前預(yù)成型，露出需焊接部分，故而不能滿足較細(xì)密的組裝要求，另一種是感光顯影型覆蓋干膜，以貼膜機(jī)貼壓后，通過感光顯影方式漏出焊接部分，解決了組裝細(xì)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(xì)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(jìn)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(jì)要求到制作工藝都有別于普通的剛性板，幾乎對(duì)每一個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)都要進(jìn)行試驗(yàn)、調(diào)整，最終優(yōu)化整個(gè)工藝流程和參數(shù)。
????2．2．1 工藝流程
????基材下料→預(yù)烘→電解清洗底片準(zhǔn)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(cè)試→覆蓋保護(hù)層→涂覆有機(jī)預(yù)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(xì)線條的印制板中占據(jù)非常重要的地位，對(duì)撓性線路而言，尤其如此。因?yàn)閾闲詥纹缺∮周洠o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(xì)線條的制作。由于機(jī)械擦板對(duì)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(jì)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(fēng)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?yàn)榫埘啺凡牧嫌休^強(qiáng)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(yán)重，造成多層板的層壓對(duì)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(duì)位鉆孔，確定偏移量，使鉆孔更為精確。
????(3)針對(duì)聚酰亞胺的材料特性及環(huán)境特點(diǎn)，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(duì)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(duì)層間對(duì)位也有著很大影響。首先，由于聚酰亞胺材料不耐堿，在強(qiáng)堿溶液中產(chǎn)生溶脹，所以在進(jìn)行黑氧化處理的過程中，在強(qiáng)堿性工位如去油、黑氧化等適當(dāng)?shù)亟档蜏囟取p少時(shí)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(shí)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(dòng)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(xì)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(yàn)后認(rèn)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(duì)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(shí)，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(jìn)行適當(dāng)?shù)膬?yōu)化。
????2．2．5 鉆孔
????由于撓性基材沒有加強(qiáng)纖維，既輕又薄，鉆孔參數(shù)不適當(dāng)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(jìn)行鉆孔參數(shù)的優(yōu)化，同時(shí)，蓋板、墊板的選擇也非常重要，因?yàn)閾闲园迦彳涊p薄，蓋、墊板不僅可以支撐板子，還起到散熱作用，應(yīng)當(dāng)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?yàn)榧堎|(zhì)墊板較軟，容易產(chǎn)生較嚴(yán)重的鉆孔毛刺，孔化前去毛刺時(shí)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(diǎn)應(yīng)該注意的是，雖然我們?cè)跐穹ㄌ幚怼_制OPE孔，層壓對(duì)位等方面做了大量的工作以保證層間對(duì)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(huì)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(duì)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(jìn)行數(shù)據(jù)校正，確保鉆孔精確有效。同時(shí)，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(duì)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(duì)濃硫酸溶液顯惰性，而在強(qiáng)堿性的高錳酸鉀溶液中又會(huì)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(shí)間等參數(shù)，多次試驗(yàn)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(xué)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(shí)的狀態(tài)，由離子、電子、自由基、游離基團(tuán)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(xué)活性。等離子體去沾污最大的優(yōu)點(diǎn)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(jìn)行處理。譬如，高活度的等離子流對(duì)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(shí)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(dá)到一定的真空度后向其中按比例注入高純氮?dú)夂透呒冄鯕猓饕饔檬乔鍧嵖妆冢A(yù)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?xì)怏w與樹脂反應(yīng)，達(dá)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?xì)怏w，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(bào)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(jìn)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(duì)孔壁進(jìn)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(duì)板子進(jìn)行預(yù)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(xué)銅結(jié)合的牢固性，預(yù)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(xué)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(hù)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(yù)成型的聚酰亞胺覆蓋膜不能滿足精細(xì)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(jī)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(hù)層使用有機(jī)防氧化保護(hù)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(gè)或多個(gè)剛性區(qū)和一個(gè)或多個(gè)撓性區(qū)的印制線路板。它可分為有增強(qiáng)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(qiáng)層的多層撓性板進(jìn)行闡述。
選擇這樣的結(jié)構(gòu)是因?yàn)楸砻尜N裝技術(shù)應(yīng)用于多層撓性板且焊腳越來越細(xì)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(qiáng)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(jiǎn)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(qiáng)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(yán)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?yàn)檫@步過程僅是單純的粘接加強(qiáng)作用，無須進(jìn)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(qiáng)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(jì)一些。
????3．3 剛性部分的工藝及控制
????3．3．1 簡(jiǎn)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(zhǔn)備????
3．3．2 注意事項(xiàng)
????加強(qiáng)板的壓合主要應(yīng)注意以下三方面的事項(xiàng)：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(qiáng)板應(yīng)有一定的厚度，因?yàn)閾闲圆糠趾鼙∏覠o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(huì)表現(xiàn)得很明顯，使用過程中就會(huì)產(chǎn)生較嚴(yán)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(huì)顯得微不足道，整體的平整度不會(huì)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(jì)，實(shí)驗(yàn)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(zhǔn)。
????3．4 剛——撓性部分的壓合
????剛、撓兩部分的壓合控制很簡(jiǎn)單，只要注意以下幾個(gè)方面：
????一是剛性加部分在壓合前要用擦板機(jī)稍微粗化一下，提高粘接強(qiáng)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(jiǎn)單的清潔處理。
????四是裝模時(shí)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(shí)的銑切多余部分，并用隔離膜包好，以防止脫模時(shí)粘接。
????剛——撓板壓合成銑切成型，作有機(jī)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(shí)驗(yàn)、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(xì)線條的圖形轉(zhuǎn)移、尺寸控制、層間對(duì)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(jìn)一步的研究探索。