Paper Code: A-029

梁 鵬 莫欣滿(mǎn) 陳 蓓

廣州興森快捷電路科技有限公司

剛撓結(jié)合印制板在等離子處理過(guò)程中爆板分析及改善

Paper Code: A-029

梁 鵬 莫欣滿(mǎn) 陳 蓓

廣州興森快捷電路科技有限公司

開(kāi)窗是剛撓結(jié)合印制板實(shí)現(xiàn)撓性彎曲的關(guān)鍵工藝，主要有通窗和盲窗法，其中后者因過(guò)程可對(duì)撓性窗口區(qū)域起良好的保護(hù)作用等而廣泛應(yīng)用，但其生產(chǎn)過(guò)程存在等離子處理爆板風(fēng)險(xiǎn)。本文通過(guò)對(duì)壓機(jī)真空度、剛板厚度、盲窗面積/周長(zhǎng)比、開(kāi)窗區(qū)域是否覆銅等因素的影響進(jìn)行研究，具體分析了等離子過(guò)程產(chǎn)生爆板的原因，總結(jié)出了在真空壓合的條件下，剛板厚度和開(kāi)窗區(qū)域是否覆銅是影響生產(chǎn)板等離子處理爆板的主要因素，并提出了一種新型的改善方法——開(kāi)窗區(qū)域去銅法，該方法可有效改善排氣降低氣壓影響，為盲窗工藝的擴(kuò)大應(yīng)用提供參考。

剛撓結(jié)合印制板；盲窗；等離子處理爆板；開(kāi)窗區(qū)域去銅法

1 前言

剛撓結(jié)合印制板（剛撓結(jié)合板）是將剛性板由撓性板連接構(gòu)成的系統(tǒng)模塊[1]，實(shí)現(xiàn)了板與板之間的高密度連接。其集剛性板與撓性板的優(yōu)點(diǎn)于一身，能夠滿(mǎn)足三維組裝的要求，為解決電子設(shè)備各功能模塊之間的互聯(lián)問(wèn)題提供了新方法。它省去了電線電纜連接安裝，縮小了空間與質(zhì)量，順應(yīng)了電子產(chǎn)品輕、薄、短、小的發(fā)展趨勢(shì)，同時(shí)具備優(yōu)越的機(jī)械、電氣、可靠性和高撓曲性，已被廣泛應(yīng)用于航空航天、醫(yī)療、高端電子產(chǎn)品等。

剛撓結(jié)合板也是近年來(lái)增長(zhǎng)非常迅速的一類(lèi)PCB，已被歐美、日本等發(fā)達(dá)國(guó)家和地區(qū)廣泛采用，其需求已占PCB總需求的10%以上[2]。在國(guó)內(nèi)，隨著技術(shù)進(jìn)步及設(shè)計(jì)理念提升，未來(lái)剛撓結(jié)合板市場(chǎng)需求也將極速增長(zhǎng)，同時(shí)，剛撓結(jié)合板技術(shù)也是我國(guó)PCB行業(yè)重點(diǎn)鼓勵(lì)發(fā)展的方向之一。但其制造過(guò)程仍面臨一些技術(shù)難題，如盲窗工藝板（采用盲窗工藝制作的剛撓結(jié)合板）的等離子處理爆板問(wèn)題。

盲窗工藝是一種通用的剛撓結(jié)合板制作工藝，即FR4與撓性層層壓時(shí)，PP片在撓性需露出區(qū)域預(yù)先開(kāi)窗，而剛性部分暫不開(kāi)窗，最后通過(guò)控深銑開(kāi)蓋的方式將撓性需彎折區(qū)域懸空的FR4去掉的工藝，如圖1所示[3]。該加工工藝不需單獨(dú)銑墊片、層壓墊墊片，同時(shí)可以保護(hù)撓性?xún)?nèi)層裸露手指、焊盤(pán)，避免沉銅時(shí)撓性區(qū)域掉銅皮等問(wèn)題，具有操作方便、省時(shí)、高效等優(yōu)勢(shì)。剛撓結(jié)合板由于其特殊的材料樹(shù)脂結(jié)構(gòu)，使得通常的化學(xué)方法去鉆污效果不理想，而等離子體去鉆污不受孔徑、孔深限制，對(duì)常用樹(shù)脂均具有均勻一致的蝕刻速率，是業(yè)界普遍認(rèn)可的適用于PCB基板的最佳去鉆污方法[4]。但采用盲窗工藝的剛撓結(jié)合印制板（盲窗工藝板）等離子過(guò)程中的爆板問(wèn)題，已成為其應(yīng)用推廣的主要障礙。

圖1 剛撓結(jié)合印制板半窗工藝示意圖

盲窗工藝板等離子處理爆板的原因在于等離子處理過(guò)程抽真空而引起的盲窗空腔內(nèi)外的壓強(qiáng)差。因此，解決等離子處理爆板問(wèn)題的根本方法在于消除或者降低盲窗空腔內(nèi)外壓強(qiáng)差。而消除或者降低盲窗空腔內(nèi)外壓強(qiáng)差的方法有：（1）連通空腔內(nèi)、外，使氣體自由流通，如鉆透氣孔；（2）降低空腔內(nèi)的壓強(qiáng)，如真空壓合。但是鉆透氣孔方法，需增加手動(dòng)封透氣孔、撕膠帶等流程，較為繁瑣，是否存在其它改善方法？真空壓合時(shí)排氣是否充分，能否徹底避免等離子處理爆板？另外，等離子處理過(guò)程，剛性層厚度較薄時(shí)，容易變形導(dǎo)致爆板；盲窗面積越大，周長(zhǎng)越小，盲窗周邊單位長(zhǎng)度上的剝離力越大，爆板風(fēng)險(xiǎn)越大。因此，本文針對(duì)以上幾個(gè)方面進(jìn)行較為系統(tǒng)的研究，以期弄清盲窗工藝板等離子處理爆板原因并提出相應(yīng)的改善方法。

2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

2.1 材料與儀器

2.1.1 實(shí)驗(yàn)主要材料

表1 實(shí)驗(yàn)用主要材料列表

2.1.2 實(shí)驗(yàn)主要儀器設(shè)備

真空壓機(jī)、等離子清洗機(jī)、烘箱、切片研磨機(jī)、金相顯微鏡。

2.2 實(shí)驗(yàn)方法

2.2.1 試板設(shè)計(jì)

采用盲窗工藝制作4層剛撓結(jié)合板，頂?shù)讓訛閯傂裕ê穸龋?.25 mm，Cu：0.5 oz/0.5 oz），蝕刻單面；L2/L3層為撓性（PI：1 mil，Cu：1 oz/1 oz）；層間粘合片：106 不流動(dòng)半固化片。試板層壓疊層結(jié)構(gòu)如圖2。

圖2 試板層壓疊層結(jié)構(gòu)示意圖

2.2.2 試板制作

開(kāi)料→線路制作→假接CVL→假接PP→鉚合→層壓→鑼邊→烘烤→等離子處理→觀察分層情況。

表2 實(shí)驗(yàn)方法與設(shè)計(jì)

3 結(jié)果與討論

盲窗工藝板的等離子處理爆板是由于等離子處理過(guò)程抽真空后，窗外壓強(qiáng)較小，為保持空腔內(nèi)、外壓強(qiáng)平衡，此時(shí)窗內(nèi)氣體存在膨脹的趨勢(shì)，而產(chǎn)生層間破壞力F，假設(shè)相應(yīng)的剛撓層間結(jié)合力為f，如圖3所示。

圖3 等離子處理爆板過(guò)程示意圖

當(dāng)F>f時(shí)，便發(fā)生等離子處理爆板。因此，解決等離子處理爆板問(wèn)題的根本方法在于消除或者降低腔體內(nèi)外壓強(qiáng)差，使F

3.1 壓機(jī)真空度影響分析

表3 壓機(jī)真空度影響效果對(duì)比

實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表3所示，在非真空壓合后的盲窗工藝板，等離子處理時(shí)出現(xiàn)大面積爆板，而真空壓合后的盲窗工藝板，等離子處理后部分盲窗爆板。這可能是由于非真空壓合后盲窗工藝板，盲窗內(nèi)部氣體壓強(qiáng)較大，所以等離子處理時(shí)，爆板風(fēng)險(xiǎn)較大；而真空壓合過(guò)程，由于抽真空排氣，使得盲窗空腔內(nèi)部氣體壓強(qiáng)減少，從而降低了等離子處理爆板風(fēng)險(xiǎn)。但盲窗工藝板真空壓合后仍存在部分等離子處理時(shí)爆板的問(wèn)題，這說(shuō)明：壓合時(shí)抽真空，并不能完全排出盲窗空腔內(nèi)氣體，且剩余氣體有可能引發(fā)等離子處理時(shí)爆板。

3.2 剛板厚度影響

3.2.1 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

表4為盲窗工藝剛撓板等離子處理后，不同剛性層厚度的爆板情況。數(shù)據(jù)顯示：爆板情況集中在剛性層厚度≦0.3mm的盲窗工藝剛撓板，剛性層厚度＞0.3mm的盲窗工藝剛撓板均未出現(xiàn)爆板。具體切片圖如下。

3.2.2 結(jié)果分析

等離子處理過(guò)程（真空環(huán)境），槽內(nèi)氣體對(duì)剛板施加壓力，使剛板變形，剛板較厚時(shí)，剛板變形較?。▓D4-a），可忽略；剛板較薄時(shí)，剛板變形明顯（如圖4-b）。

表4 剛性層厚度影響效果對(duì)比

圖4-a 剛性層較厚的盲窗工藝板等離子過(guò)程示意圖

圖4-b 剛性層較薄半窗工藝板等離子過(guò)程示意圖

在開(kāi)窗區(qū)域等大，層壓條件相同的條件下，盲窗內(nèi)氣體壓強(qiáng)相等，而等離子處理過(guò)程中，剛性層較薄的盲窗工藝板的空腔變形，其等離子過(guò)程受力分析如圖5：

圖5 薄剛性層變形受力分析

分析可得： F?sinθ=Fˊ?cosθ （1）

導(dǎo)致盲窗爆板的層間破壞力F〞，為氣體膨脹產(chǎn)生的F與材料變形產(chǎn)生的拉力Fˊ在垂直方向上的分力之和：

將式（1）代人式（2）得： F〞= F/cosθ>F (θ>0)

即等離子處理過(guò)程，剛性層較薄而變形后，使得盲窗周邊層間破壞力加大，爆板風(fēng)險(xiǎn)加大。所以，剛性層厚度較薄時(shí)，爆板風(fēng)險(xiǎn)較大。

3.3 盲窗面積/盲窗周長(zhǎng)（S/D）影響分析

表5 S / D影響效果對(duì)比

表5為真空壓合條件下，不同的盲窗面積/盲窗周長(zhǎng)（S/D）時(shí)的等離子處理爆板情況。僅S/D=55，時(shí)出現(xiàn)輕微爆板。這說(shuō)明：在盲窗空腔內(nèi)氣體壓強(qiáng)及剛性層厚度一定時(shí)，盲窗面積（S）越大，周長(zhǎng)越小，盲窗工藝板等離子處理爆板風(fēng)險(xiǎn)越大。這是由于盲窗面積（S）越大，層間破壞力越大，周長(zhǎng)越小，盲窗周?chē)辰Y(jié)區(qū)域單位長(zhǎng)度上的剝離力越大，即破壞力強(qiáng)度越大，所用爆板風(fēng)險(xiǎn)加大。但在生產(chǎn)中，由于S/D變化范圍相對(duì)較小，因此其對(duì)等離子處理爆板的影響程度相對(duì)較小。

3.4 開(kāi)窗區(qū)域是否覆銅影響分析

表6 開(kāi)窗區(qū)域覆銅的影響效果對(duì)比

如表6所示，在真空及非真空壓合條件下，開(kāi)窗區(qū)域覆銅的盲窗工藝剛撓板均出現(xiàn)不同程度的爆板。而開(kāi)窗區(qū)域去銅的盲窗工藝板，等離子處理均未出現(xiàn)爆板。這說(shuō)明：開(kāi)窗區(qū)域覆銅是影響盲窗工藝板等離子處理時(shí)是否爆板的關(guān)鍵因素之一。這是由于表面覆銅一定程度上阻隔了盲窗空腔內(nèi)外的氣體流通，使得等離子處理時(shí)盲窗空腔內(nèi)、外存在較明顯的壓強(qiáng)差，從而導(dǎo)致等離子處理爆板。而開(kāi)窗區(qū)域去銅的盲窗工藝板未爆板是由于去銅后的FR-4光板，透氣率較高，從而使得等離子處理時(shí)，盲窗空腔內(nèi)、外的氣體可以相對(duì)流通，從而避免了等離子處理爆板問(wèn)題。表7提供了部分基材透氣率的參考數(shù)據(jù)：3 mil的PI基材，0.25 mm厚的FR4基板，以水蒸氣為例，其透氣率為14.881 g/(m2?24h)，但單面覆銅后的PI（單面FCCL）其透氣率下降至0.119 g/(m2?24h)；而0.25 mm厚的FR-4基板的透氣率為0.76 g/(m2?24h)。由此可見(jiàn)，基板覆銅是影響其透氣性的關(guān)鍵因素，覆銅基材透氣率較低，而FR-4光板透氣率相對(duì)較高。另外，以銅箔代替“剛性層”，制作盲窗工藝板，其等離子處理后嚴(yán)重爆板。

表7 部分材料透氣率比較

因此，表面覆銅是影響盲窗工藝板等離子處理爆板的關(guān)鍵因素之一。因此，開(kāi)窗區(qū)域去銅也是一種改善等離子處理爆板問(wèn)題的有效方法。

4 結(jié)論

綜合以上分析，得出如下結(jié)論：

（1）真空壓合過(guò)程，由于抽真空排氣，使得盲窗空腔內(nèi)部氣體壓強(qiáng)減少，從而降低了等離子處理爆板風(fēng)險(xiǎn)。但盲窗工藝板真空壓合時(shí)，并不能完全排出盲窗空腔內(nèi)氣體，因此，仍存在等離子處理爆板風(fēng)險(xiǎn)。

（2）剛性層厚度是影響盲窗工藝板等離子處理爆板的主要因素之一，這是因?yàn)楸〉膭傂詫尤菀鬃冃危?/p>

使得盲窗周邊層間破壞力加大，爆板風(fēng)險(xiǎn)加大。

（3）盲窗空腔內(nèi)氣體壓強(qiáng)一定時(shí)，盲窗面積（S）越大，周長(zhǎng)越小，盲窗周邊單位長(zhǎng)度上的剝離力越大，爆板風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)一步加大，但生產(chǎn)中，S/D變化范圍相對(duì)較小，因此其影響程度較小。

（4）覆銅板比較致密，阻隔了盲窗空腔內(nèi)外的氣體流通，使得等離子處理時(shí)盲窗空腔內(nèi)、外存在較明顯的壓強(qiáng)差，從而導(dǎo)致等離子處理爆板。而開(kāi)窗區(qū)域去銅后的FR-4光板，透氣率相對(duì)較高，使得空腔內(nèi)外的氣體可以相對(duì)流通，從而避免了等離子處理爆板問(wèn)題，是一種理想的改善方法。

本項(xiàng)目受省部產(chǎn)學(xué)研結(jié)合項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：2011A090200065）專(zhuān)項(xiàng)資金資助。

[1] 汪洋, 何為, 何波, 龍海榮, 劉美才. 剛撓結(jié)合印制電路板的制造工藝和應(yīng)用[J]. 印制電路資訊, 2005, 3:16-19

[2] 章雅娟. 全球PCB市場(chǎng)研究及中國(guó)本土PCB樣板企業(yè)的發(fā)展戰(zhàn)略: [學(xué)位論文][D]. 上海: 復(fù)旦大學(xué), 2009.

[3] 李志東. 一種半成品剛撓結(jié)合印制線路板及該線路板所用剛性層[P]. 中國(guó), 實(shí)用新型, 200820047.319,X,2008,5.5.

[4] 陳蓓, 李志東. 等離子體去鉆污孔內(nèi)凹蝕的表征[J]. 印制電路信息, 2006, 11:30-34

Analysis and improvement of delamination of rigid-f l ex PCB under plasma treating

LIANG Peng MO Xin-man CHEN Bei

Window, a key step that makes the rigid-flex PCB flexing, includes open-window and blindwindow, and the later has been popularized for its merit of protecting the inner-flexion well, but it still has some technology problems to solve, such as delaminating under plasma treating. In this paper, we analyze vacuum of the press, thickness of the rigid part, ratio of window-area to window-perimeter, window area with Cu or without and so on, as a result, when press under vacuum, thickness of the rigid part, window area with Cu or without are the main elements that make the product delaminating under plasma treating, and pose a new method, etching Cu from window area, which makes airs both side of blind window fl owing each other, and helps the application of blind-window.

Rigid-f l ex PCB; Blind-window; Delaminating under plasma treating; Etching Cu from window area

TN41 < class="emphasis_bold">文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：

1009-0096（2012）增刊-0315-08

梁鵬，工學(xué)碩士，技術(shù)中心工程師，從事剛撓結(jié)合印制板技術(shù)研發(fā)，Tel：020-32213432，E-mail：liangp@chinafastprint.com。