刚柔结合PCB制造工艺

2022-03-18

刚柔结合PCB制造工艺

如果您认为刚性PCB制造过程很复杂，那么柔性PCB制造似乎又处于另一个复杂程度。然而，标准刚性板制造中使用的许多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。制造商可以从带有箔的预层压柔性开始，或者可以从未包覆的 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气相沉积技术（即溅射）种植的，并提供了化学沉积铜电镀的关键。这种单面或双面柔性电路的钻孔、电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电路的柔性电路创建。

第 1 步：应用粘合剂/种子涂层

应用环氧树脂或丙烯酸粘合剂，或使用溅射来创建用于电镀键的薄铜层。

第2步：添加铜箔

通过层压到粘合剂（更主流的方法）或化学电镀到种子层上添加铜箔。材料供应商的更新制造工艺允许轧制退火铜的无粘合剂层压作为替代方案。

第 3 步：钻孔

通孔和焊盘的孔通常是机械钻孔的。多个电镀柔性基板可以同时钻孔，方法是将它们从鼓上的多个卷轴组合起来，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。对于超小孔，可以使用激光钻孔，但成本要高得多，因为必须单独钻孔。这将使用准分子（紫外线）或 YAG（红外）激光器以获得更高的精度（微孔），并使用 CO 2 激光器用于中等孔（4+ 密耳）。大孔和切口被冲出，但这是一个单独的工艺步骤。

第四步：通孔电镀

一旦打好孔，就会以与刚性PCB芯（通常称为 Cuposit）相同的方式沉积和化学镀铜。建议柔性电路中的通孔镀层的镀层厚度至少为 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可能只有 ½ mil 铜块。

第五步：抗蚀印刷

将光敏抗蚀剂涂在薄膜表面上，并在铜的化学蚀刻之前使用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，蚀刻抗蚀剂从柔性电路中化学剥离。

第 7 步：覆盖层或覆盖层

柔性电路的顶部和底部区域由切割成型的覆盖层保护。在柔性电路的某些部分上可能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。最常见的覆盖层材料是带有粘合剂的附加聚酰亚胺薄膜，但也可以使用无粘合剂工艺。在无粘合剂工艺中，使用光成像阻焊层（与刚性板部分上使用的相同），主要是将覆盖层印刷到柔性电路上。对于较粗、较便宜的设计，丝网印刷也是一种选择，通过紫外线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材料涂层。

第 8 步：剪掉弯曲部分

创建柔性电路的最后一步是将其剪掉。这通常被称为“消隐”。大批量、经济高效的下料方法是使用液压冲头和模具组，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柔性电路。对于原型和小批量运行，使用下料刀。下料刀基本上是一把长刀片，弯曲成柔性电路轮廓的形状，并固定在背板（MDF、胶合板或厚塑料，如聚四氟乙烯）的布线槽中。然后将柔性电路压入下料刀中进行切割。

层压和布线

如果柔性电路要形成刚性/柔性组合叠层的一部分（这是我们感兴趣的），则该过程不会止步于此。我们现在有一个需要在刚性部分之间层压的柔性电路。这与单独的钻孔、电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，可以使用 PI 和玻璃制作不太灵活的层。因为这是在刚性部分之间层压的，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相匹配。未与刚性部分组合的柔性电路临时粘附在 MDF 或FR-4 型材料的刚性背板上。

蚀刻、电镀、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。

柔性电路与刚性和任何其他柔性部分一起层压到面板中，并带有额外的粘合剂、热量和压力。除非您正在设计多层柔性，否则多个柔性部分不会彼此相邻层压。这通常意味着每个柔性部分的最大铜层数为 2，从而保持灵活性。这些柔性部分由刚性预浸料和芯材或带有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区域中单独布线，嗯，弯曲。这是一个层压成刚柔结合板的示例过程，两个 2 层柔性电路嵌入在三个刚性部分之间。层堆叠如下所示。

详细的堆叠图，包括每个柔性部分的镀通孔，以及刚性部分的最终镀通孔。

在上面显示的示例堆叠中，我们有两个预蚀刻和切割的柔性电路，每个都是双面和镀通的。柔性电路已被冲裁到最终组装面板中，包括用于框架的边框 - 这将在与刚性面板部分层压后的最终组装期间保持柔性电路平坦。在组装过程中，柔性电路弯头的支撑不足和较大的开口部分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，由于回流中不可接受的 z 轴扩展，许多设计人员都在回避使用粘合剂。然而，FR-4 预浸料和热固性环氧树脂有效地达到了预期的效果，并且出于所有意图和目的在这里被视为“粘合剂”层。通过对柔性层上的铜进行处理，以改善层压预浸料中的“齿”，可以实现额外的附着力。此处显示了无胶双面柔性层压板。这些完全是具有可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 - 就像用粘合剂层压的贴纸，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电镀通孔钻孔。可选地，还可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电镀（例如ENIG）或热风整平（HASL）。

记录用于制造和组装的Flex PCB

需要仔细注意钻孔和通孔电镀的层对规划和文档，因为从刚性表面层向下到相对的柔性电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 ECAD 软件中的自动绘图实用程序，刚性柔性PCB 的文档（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：

裸板中每个区域的尺寸

显示所有材料和层排列的叠层图

带有孔尺寸和公差的钻孔台

如果需要受控阻抗，则提供阻抗表

带有参考代号的主要部件的组件轮廓

完整的制造和组装说明