软硬结合板的设计制作与品质要求

刚 挠印刷板的设计 制作及品质要求Rigid FlexPCBDesignManufacturing QualityRequirementTT TM 090301APreparedbyFPCDengLi LauraBai2009 3 目录 为何会有软硬结合板软硬结合板的用途软硬结合板的常见结构软硬结合板的材料软硬结合板的设计要点常见结构的软硬结合板工艺流程制作流程中要求 问题及对策软硬结合板成品板的品质及测试要求 为何会有软板 软硬结合板 柔性线路板轻便 小巧 可弯曲性刚挠结合的出现提供了电子组件之间一种崭新的连接方式 刚挠电路可以在二维设计和制作线路 三维的互连组装 刚挠结合板可以替代连接器 大大减少连接点 重复弯曲百万次仍能保持电性能可以实现最薄的绝缘载板的阻抗控制 极端情况下 能够制作出包括绝缘层厚度不足1mil的挠性区 因此降低了重量 减少安装时间和成本 材料的耐热性高EngineControls汽车引擎控制ChipScalePackages芯片的封装减少连接器的数量 可以大大节约成本LCD Hotbar ACF BatteriesTelecommunication replaceofcoaxial cable 更佳的热扩散能力 平面导体比圆形导线有更大的面积 体积比率 有利于导体中热的扩散 为何会有软板 软硬结合板 软板的用途 Telecom Medical Automotive Application 手机滑盖连接 软板的用途 Layer 2LayersLinewidth spacing 0 10 0 10mmMinhole 0 20mmSurfacefinish ENIGApplication Dynamicbending 100 000cycles Structure SilverfilmontopandbottomsideConductivePSAonthetop bottomside LayerCount 7LayersMinPTHHole 0 3mmMinLineW S 0 125mmBoardThickness 0 45mmEMIShielding SinglesideFCCLSpecial AirGap Application MobilePhoneHinge 手机旋转铰链 软板的用途 Application MedicalHearingAid医疗助听器 TopSide BottomSide 4LFlexwithHDIandCuFillingforBlindVia 软板的用途 SampleProject MobileSIMCard Dimple 2layerFPCImmersionGoldBlackFlexibleSoldermask Topside Bottomside 软板的用途 Structure 1 1 2F 1 1 HDI6layeredRigid FlexDouble sidedflexinnerlayercore Application MP4iPodNano 软硬结合板的用途 SampleProject TelecomStructure 2 1 2F 1 2 HDI8layeredRigidflexDouble sidedflexinnerlayercore Rigid FlexSampleProjects SampleProject MobileDisplay4layeredHDIwithBuriedholes2layerflexcore SampleProject MobileBluetooth2layerflexcore0 6mmtotalthickness Sampleproject CameraModuleStructure 1 2F 1 HDI4layeredRigidflexDouble sidedflexinnerlayercoreWithshieldingfilm 软硬结合板的用途 软硬结合板的用途总结 磁盘驱动器 传输线带 笔记本电脑 打印机 多功能电话 手机 可视电话 传真机 录像机 DVD 监视器 显示器 照相机 摄像机 BaseMaterial 基材 FCCL FlexibleCopperCladlaminate Polyimide Kapton 12 5 m 20 m 25 m 50 m 75 m 聚酰亚胺 Highflexlife goodthermalmanagement highmoistureabsorptionandgoodtearresistant 柔曲度好 耐高温 高吸湿性 良好的抗撕裂性 Polyester 25 m 50 m 75 m 聚脂 Mostcosteffective goodflexlife lowthermalresistivity lowmoistureabsorptionandtearresistant 廉价 柔曲度好 不耐高温 低吸湿性和抗撕裂 软硬结合板的材料 FCCLConstructure 软硬结合板的材料 三层结构的单面FCCL 三层结构的双面FCCL 两层结构的双面FCCL PI的特性 1 耐热性好 长期使用温度为260 在短期内耐400 以上的高温 2 良好的电气特性和机械特性 3 耐气候性和耐化学药品性也好 4 阻燃性好 5 吸水率高 吸湿后尺寸变化大 缺陷 IQC必须把尺寸变化率作为PI来料的一个重要验收指标 同时生产流程的环境控制要求也相对比刚性板的严格 聚酯薄膜PET的抗拉强度等机械特性和电气特性好 良好的耐水性和吸湿后的尺寸稳定性较好 但受热时收缩率大 耐热性欠佳 不适合于高温锡焊 现在无铅焊温度235 10 其熔点250 比较少用聚酰亚胺 PI 的使用最广泛 其中80 都是美国DuPont公司制造 软硬结合板的材料 DielectricSubstrates介质薄膜 聚酰亚胺 PI 聚酯 PET 2 Coverlay 覆盖膜 CoverLayerfrom milto5mils 12 7to127 m Polyimide 12 5 m 15 m 25 m 50 m 75 m 125 m 聚酰亚胺 Highflexlife highthermalresistivity 柔曲度好 耐高温 主要作用是对电路起保护作用 防止电路受潮 污染以及防焊 软硬结合板的材料 2 1 其他的保护膜 覆盖膜材料 2 FlexibleSolderMask 挠性的感光阻焊油墨 Mostcosteffective lowerflexlife betterforregistration 廉价 柔曲度差 对准度高 3 PIC photoimagingcovercoatLowerflexlife betterforregistration 柔曲度差 对准度高 软硬结合板的材料 软硬结合板的材料 3 热固胶 AdhesiveSheet Adhesive 离型纸 离型纸 离型纸 离型纸 Adhesive Polymide Adhesive Bond ply具有粘结作用的绝缘组合层 4 ConductiveLayer 导电层 RolledAnnealedCopper 9 m 12 m 17 5 m 35 m 70 m 压延铜 Highflexlife goodformingcharacteristics 柔曲度好 良好的电性能 ElectrodepositedCopper 17 5 m 35 m 70 m 电解铜 Morecosteffective 廉价 SilverInk 银溅射 喷镀 Mostcosteffective poorelectricalcharacteristics Mostoftenusedasshieldingortomakeconnectionsbetweencopperlayers 成本低但电性能差 常用作防护层或铜层连接 电解铜晶体结构粗糙 不利于精细线路良率 压延铜晶体结构平滑 但与基膜粘结力差 软硬结合板的材料 软硬结合板的材料 可从外观上区分电解和压延铜箔 电解铜箔呈铜红色 压延铜箔呈灰白色 软硬结合板的材料 5 电磁波防护膜厚度的特性 结构比较 离型膜 透明 120 mPET 100 保护薄膜 透明 50 mPET 50 绝缘层 5 m 异向导电胶 17 m 金属薄膜 0 1 m 增强膜 青 64 mPET 50 基底膜 9 m 异向导电胶 23 m 金属薄膜 0 1 m 离型膜 透明 120 mPET 100 软硬结合板的材料 补强 软硬结合板的材料 Adhesive 离型纸 软板上局部区域为了焊接零件或增加补强以便安装而另外压合上去的硬质材料 补强胶片FR4 为Epoxy材质树脂板 一般称尿素板PressureSensitiveAdhesive PSA 感压胶与胶组合钢片铝片补强等 AdditionalMaterial Stiffeners 辅助材料和加强板 7 No LowFlowPP 不流动 低流胶的半固化片 TYPE 通常非常薄的PP 用于软硬结合板的层压106 2mil 1080 3 0mil 3 5mil 2116 5 6mil w omicro via供应商有 TUC Panasonic Arlon Hitachi Doosan 软硬结合板的材料 单面双层结构的FCCL 单面三层结构的FCCL 双面三层结构的FCCL 粘结剂 带粘结剂的覆盖膜 具有粘结作用的绝缘组合层起补强作用 软硬结合板的材料 总结 软硬结合板的常见结构 1 刚挠结合板是在挠性板上再粘一个或两个以上刚性层 刚性层上的电路与挠性层上电路通过金属化相互连通 每块刚挠结合板有一个或多个刚性区和一个挠性区 软硬结合板的常见结构 2 一块挠性板与几块刚性板的结合 几块挠性板与几块刚性板结合 采用钻孔 镀覆孔 层压工艺方法实现电气互连 根据设计需要 使设计构思更加适合器件的安装和调试及进行焊接作业 确保组装件的安装更加灵活 AirGap 总结 软硬结合板的常见结构 1型板 2型板 软硬结合板的设计 1 挠性区线路设计要求 1 1线路要避免突然的扩大或缩小 粗细线之间采用泪形 软硬结合板在CAD设计上与软板或者硬板有很多不同 推荐 采用圆滑的角 避免锐角 不推荐 1 2焊盘在符合电气要求的情况下 应取最大值 焊盘与导体连接处采用圆滑的过渡线 避免直角 独立的焊盘应加盘趾 以加强支撑作用 软硬结合板的设计 2 尺寸稳定性 尽可能添加铜的设计 废料区尽可能设计多的实心铜泊 软硬结合板的设计 软硬结合板的设计 覆盖膜窗口的设计a 增加手工对位孔 提高对位精度b 窗口设计考虑流胶的范围 通常开窗大于原设计 具体尺寸由ME提供设计标准c 小而密集的开窗可采用特殊的模具设计 旋转冲 跳冲等 软硬结合板的设计 刚挠过渡区的设计a 线路的平缓过渡 线路的方向应与弯曲的方向垂直 b 导线应在整个弯曲区内均匀分布 c 在整个弯曲区内导线宽度应达到最大化 过渡区尽量不采用PTH设计 刚挠性过渡区的Coverlay及NoflowPP的设计 有air gap要求的挠性区的设计a 需弯折部分中不能有通孔 b 线路的最两侧追加保护铜线 如果空间不足 选择在弯折部分的内R角追加保护铜线 c 线路中的连接部分需设计成弧线 d 弯折的区域在不影响装配的情况下 越大越好 其他软板的工具孔不可共用如punch孔 ET SMT定位孔等 软硬结合板的设计 软板的结构 软板的工艺流程 单面 双面软板的简化流程 软板的工艺流程 四层软板的结构有多种2 2 1 2 1 1 1 1 15层 6层软板结构同样可以按照上述方法多种组合 Bondingply 多层软板的简化流程 Airgap 案例1 Motorola1 2F 1MobileDisplay SideKeys 制板特点 1 HDI设计 BGAPitch 0 5mm 软板厚度 25um有IVH孔设计 整板厚度 0 295 0 052mm内层LW SP 3 3mil表面处理 ENIG 软硬结合板的工艺流程 软硬结合板的工艺流程 2F软板流程 1 2F 1软硬结合板流程 案例2 Motorola1 2F 1 软硬结合板的工艺流程 制板特点 1 HDI设计 BGAPitch 0 5mm 软板厚度 25um无IVH孔设计 整板厚度 0 275 0 028mm内层LW SP 3 3mil表面处理 ENIG SilverPaste 软硬结合板的工艺流程 2F软板流程 1 2F 1软硬结合板流程 软硬结合板的工艺流程 案例3 iPodnano结构 1 1 2F 1 1 HDI6层软硬结合板内层是双面软板2 HDI设计 软硬结合板的工艺流程 制作流程中要求 问题及对策 1 钻孔 单面软板钻孔时注意胶面向上 是为防止产生钉头 如果钉头朝向胶面时 会降低结合力 制作流程中要求 问题及对策 2除胶 Desmear 通常 除钻污的方法有四种 硫酸法 等离子体法 铬酸法 高锰酸钾法 刚挠结合板中 PI产生的钻污较小 而改性FR4和丙烯酸产生的钻污较多 改性环氧钻污可用浓硫酸去除 而丙烯酸只能用铬酸去除 聚酰亚胺对浓硫酸显惰性 且不耐强碱 高锰酸钾 在强碱中PI会溶胀 同一种化学处理方法不能除去刚挠板的钻污 目前软硬结合板最理想的除胶方法就是等离子体法 Plasma 等离子体就是在抽真空的状态下用射频能量发生器让离子 电子 自由基 游离基等失去电性 显示中性 此时各种树脂类型的钻污都能快速 均匀地从孔壁上去掉 并形成一定咬蚀 提高金属化孔的可靠性 采用Plasma除软硬结合板孔钻污时 各种材料的咬蚀速度各不相同 从大到小分别为 丙烯酸 环氧树脂 聚酰亚胺 玻璃纤维和铜 从高倍显微镜可以明显看到有突出的玻璃纤维头和铜环 为了除去纤维头和铜环 通常在PTH的除油后用浓度很低的碱来进行调整 一般为KOH 当然也可以用高压水冲洗 PI不耐强碱 制作流程中要求 问题及对策 2除胶 Desmear 3 化学沉铜 软板的PTH常用黑孔工艺或黑影工艺 Shadow 软硬结合板的化学沉铜是刚性板化学铜的原理是一样的但由于挠性材料聚酰亚胺不耐强碱 因此沉铜的前处理应采用酸性的溶液 活化宜采用酸性胶体钯而不宜采用碱性的离子钯 目前化学沉铜大都是碱性的 因此反应时间与溶液的浓度必须严格控制 反应时间长 聚酰亚胺会溶胀 反应时间不足会造成孔内空洞和铜层的机械性能差 这种板子虽然能通过电测试 但往往无法通过热冲击或是用户的装配流程 制作流程中要求 问题及对策 制作流程中要求 问题及对策 镀铜后 全板镀PanelPlating 孔沉铜后 选镀ButtonPlating 镀铜 为保持软板挠性 有时只做选择镀孔铜 叫ButtonPlate 做选镀前先做镀孔的图形转移 电镀原理同硬板一样 制作流程中要求 问题及对策 5 图形转移 与刚性板的流程一样 6 蚀刻及去膜 蚀刻 蚀刻液主要有酸性氯化铜和碱性氯化铜蚀刻液 由于挠性板上有聚酰亚胺 所以大都采用酸性蚀刻 去膜 同刚性PCB的流程一样要特别注意刚挠结合部位渗进液体 致使刚挠结合板报废 7 层压 层压是将铜箔 P片 内层挠性线路 外层刚性线路压合成多层板 刚挠结合板的层压与只有软板的层压或刚性板的层压有所不同 既要考虑挠性板在层压过程易产生形变的问题 又要考虑刚性板层压后表面平整性的问题 还要考虑二个刚性区的结合部位 挠性窗口的保护问题 制作流程中要求 问题及对策 层压控制点 No FlowPP的流胶量防止流胶过多 由于No FlowPP开窗 层压时会有失压 因此层压时使用敷形片及Releasefilm 分离膜 NoFlow的PP在软硬结合处需开窗 用锣或冲的方式 外层绿油完成后在外型加工时对软硬结合处的刚性部位做做揭盖 制作流程中要求 问题及对策 层压控制要点 3 层压前必须将刚性外层和挠性内层进行烘板 目的是消除潜伏的热应力 确保孔金属化的质量和尺寸稳定性4 应选择合适的缓冲材料 理想的缓冲材料应该具有良好的敷形性 低的流动性 冷热过程不收缩的特点 以保证层压无气泡和挠性材料在层压过程中不发生变形 层压后质量检查 检查板的外观 是否存在有分层 氧化 溢胶等质量问题 同时应进剥离强度测试 制作流程中要求 问题及对策 制作流程中要求 问题及对策 8 表面处理 SurfaceFinish 柔性板层压保护膜 或阻焊层 后裸铜待焊面上必须依客户指定需求做有机助焊保护剂 OrganicSolderabilityPreservatives OSP 热风整平 HASL 沉镍金或是电镍金 软硬结合板表面的品质控制点 厚度硬度疏孔度附着力外观 露铜 铜面针孔 凹陷 刮伤