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【摘要】本文以一款HDI刚挠结合板的制作为例，剖析刚挠结合板制作过程中如何有效掌握压合、钻孔、金属化孔等流程的工艺方法。
【关键词】刚挠结合板；HDI；层偏；金属化孔
一、前言
随着通讯、电信行业的飞速发展，全球PCB规模与技术不断更新，为迎合产品组装密度、产品性能等诸多要求，刚挠结合板设计的产品越来越多。该设计具备三大优势：其一，具备可挠曲的结构，简化了挠折的立体组装程序；其二，使用刚挠结合板可以极大的减少连接器的使用数量，大大的提高了线路板的信赖性，在高密度信息传输上有很大的优势；其三，提供更大空间的设计性和更轻薄的组装空间，有助于实现盲埋孔和微细线路。现阶段，发展刚挠结合板已然成为一种顺应电子产品轻薄微型化、信息传输高速化和高性能化的研发趋势。
本文以一款四层HDI刚挠结合板工艺制作过程中出现的问题为切入口，通过举例剖析在实际生产中出现的问题，以及解决这些问题过程中采取的方法和技巧，总结适用于HDI刚挠结合板的具体问题改善方法。
二、技术路线
刚挠结合板设计基于PCB工作的信息量传输性能，生产过程先将挠性板和刚性板的内层线路制作出来，再将刚挠板通过不流胶PP压合在一起，外层正常制作。其结构示意图见图1。
2.1 刚挠结合板材料选择
材料的选择在刚挠结合板的制作中有着至关重要的作用，对于不同叠构不同用途的产品，需选择出合适的材料。以下分别对挠性板材料、刚性板材料及PP片的选择做出讨论。
2.1.1 挠性板材的选择
挠性板材料需具备良好的挠折性能、可靠的电器性能以及优良的耐热性，挠性材料从结构上主要可以分为有挠性粘结片和无挠性粘结片两种，即业界常用的2Layer和3Layer结构。其介质层薄膜主要有聚酯类、聚酰亚胺类及聚氟类。不同介质层薄膜的参数性能如表1。
从上表可以看出，PI类材料具有较好的耐热性能及低的拉伸率，有利于控制挠性板生产过程中的涨缩问题；聚酯材料的易燃特性以及高拉伸率限制其使用范围；聚氟类材料拉伸率大且价格昂贵。在刚挠结合板制作上，优先选择聚酰亚胺类材料。
不同厂家的聚酰亚胺类材料，在性能方面也有所不同，依据IPC标准进行测试得到的数据如表2所示。
从上表可以看出，从尺寸稳定性及耐酸碱性上看，板材D均优于其他厂家。对于不同的产品需求，航天航空、医疗器械及军用产品优先选用板材D，其他民用电子及消费类电子产品可以在其他三种板材中选择。
2.1.2 刚性板材的选择
刚性板材料的选择优先使用高Tg材料，材料的介质层优先选用FR4，若对信赖性有特殊的要求时，则选择PI材料的介质层。
2.1.3 粘结层材料的选择
对挠性板和刚性板之间的粘接剂部分我公司采用No flow PP来进行压合，因为其胶流动性小对软硬过渡区域有很大的帮助，不会造成由于溢胶而导致过渡区需返工或者造成功能性上受到影响，目前有很多生产原材料的企都在开发这种PP片，而且有很多种规格可以满足结构上的要求，另外对于客户在ROHS, High Tg, 阻抗等有要求的还需注意原材的特性指标是否可以达到最终的要求，如材料的厚度规格、介电常数、TG值、环保要求等。
2.2 工艺流程设计
根据对此项目的研究与探讨，结合实际生产制作和工艺制定，最终制定“四层HDI刚挠结合板”工艺流程如下：
刚挠板材料选择→选择压合结构→挠性板开料→软板钻孔→沉铜板电→保护膜开窗→预贴合保护膜→压合保护膜→不流胶PP开窗→棕化→压合→激光钻孔→机械钻孔→Plasma→沉铜板电→外层图形→外层蚀刻→外层图形→图形镀铜→外层蚀刻→丝印阻焊→丝印字符→沉镍金→电测试→成型→FQC
三、工艺技术研究
3.1 不流胶PP开窗问题点研究
(1) 问题点
不流胶PP铣窗口太小，造成在刚挠板结合处流胶严重，产生外观不良；不流胶PP铣窗口太大，造成刚挠板压合时填胶不良，在刚挠结合处有空洞产生；
(2) 解决方案
不流胶PP采用不等大开窗，即与挠性板接触的PP开窗预大1.2mm，第二张PP开窗比标准窗口预大0.4mm。该方法带来的好处有以下几点：
A. 窗口预大为1.2mm的PP有效填充了贴合保护膜带来的板面断差，提高了板面的平整度，保证贴装零件焊脚的平整性。
B. 窗口预大为0.4mm的PP有效抑制压合过程中不流胶PP的溢胶，提高了刚性板和挠性板连接处的挠折性。
不流胶PP开窗方法示意图如图2所示：
3.2 粘结层与保护膜结合力问题点研究
(1) 问题点
不流胶PP与软板的保护膜cover lay结合力较差，容易造成爆板、分层不良，主要原因是保护膜表面光滑，且材料惰性较强，不易与PP片结合。
(2) 改善方案
为解决该问题，采用以下改善方法：
A. 减小保护膜与不流胶PP的接触面积，优先采用单PCS或条贴保护膜，尽量避免使用整panel板贴合保护膜；
B. 通过增加保护膜的表面粗糙度来增加与不流胶PP的结合力，在研究过程中，分别使用棕化、PLASMA的方法来增加保护膜的表面粗糙度。以下为处理前后的电镜图片。
由图3和图4对比可以看出，Plasma后保护膜表面粗糙度增加，对于改善不流胶PP和保护膜之间的结合力有很好的效果。
3.3 孔金属化不良问题点研究
(1) 问题点
该款产品为一阶HDI刚挠结合板，孔内无铜不良主要存在于盲孔和通孔上；
盲孔不良主要原因为：保护膜在挠性板区域的盲孔PAD未做避孔处理，导致覆盖膜伸进盲孔区域，使孔壁同时存在覆盖膜的亚克力胶、PI和NO flow Pp的环氧树脂胶及玻璃纤维，造成激光钻孔孔型较差，除胶渣时对孔底亚克力胶的攻击性较大，在盲孔底部形成裂缝，无法沉上铜。不良切片图如图5所示。 通孔无铜主要原因为：在制作外层线路前，经过两次微蚀流程，造成部分孔铜被蚀刻掉，在后续图形电镀时无法镀上铜。通孔不良切片如图6所示：
(2) 改善方案
在进行保护膜开窗作业时，不仅要求避通孔，还要求避盲孔，在避孔设计的实际操作中，依据孔所在位置的疏密程度来选择以铣通窗或者钻孔的方式来实现。改善后盲孔切片如图7所示。
由于此四层刚挠结合板采用铜箔法进行制作，外层线路前为防止挠性板外露区域经过水平线时藏药水，在制作外层线路时先进行了挠性板对应铜箔区域开窗蚀刻。该种工艺造成外层钻孔板电后要经过两次微蚀，造成通孔内局部无铜，为改善此问题将外层线路的前处理变更为酸洗，防止减铜过度，挠性板开窗的前处理仍使用微蚀。刚挠结合板在压合中由于使用了覆型材料，使得板面凹凸不平，引起外层线路产生甩膜不良，造成孔不良，该种原因造成的不良可以使用不流胶PP不等大开窗的方法得以解决。改善后的通孔切片图如图8所示。
3.4 文字油墨脱落问题点研究
(1) 问题点
文字印刷位置在挠性板的动态挠折区，文字油墨不耐挠折造成使用过程中油墨易脱落；
使用印刷文字设备不同，对文字的附着力有一定的影响。使用丝印文字附着力优于UV打印字符文字脱落不良图片对比如图9所示。
(2) 改善方案
优先建议客户将文字设计在非动态挠折区，若产品没有足够的区域，必须将文字印刷在挠折区域，则优先选用挠性板专用文字油墨；
使用UV字符打印机喷印的文字附着力较差，使用3M胶带进行附着力测试时，有文字脱落不良。使用丝印文字生产附着力较好，使用3M胶带进行附着力测试无文字脱落不良。在印刷开窗高度差较小的刚挠结合板文字时，优先选用丝印字符。
四、成品性能测试
采用以上介绍的改善方案，整板刚挠结合板外观平整，无毛刺和褶皱。经热应力测试无分层、白点、掉阻焊油墨等不良问题，刚挠结合位制作良好，无毛刺、无潜在分层、开短路、流胶等问题。相关测试图片见表3：
五、结论
本文通过分析一款4层HDI刚挠结合印制板在制作过程中出现的问题点和改善方法，得出以下结论：
(1) 粘结层PP片开窗方法：对于粘结层的PP片，一般采用不等大开窗制作，可保证PP片填胶良好，或避免流胶严重；
(2) 粘结层PP片与覆盖膜的粘结性改善：采用单PCS或条贴保护膜，加上对保护膜进行棕化和等离子处理，增加表面粗糙度，改善爆板等品质问题；
(3) 孔金属化不良改善方法：使用避孔设计，避免了激光钻孔孔型差和机械钻孔钻嘴拉扯覆盖膜的问题，更换外层线路的前处理为酸洗，防止减铜过度。
(4) 文字油墨脱落问题改善：在印刷开窗高度差较小的刚挠结合板文字时，优先选用丝印字符。
参考文献：
[1] 张育猛,胡燕辉,柳良平,谢海山.不对称高频板混压技术研究[J].印制电路信息.2010(12).
[2] Low-FLOW PP技术资料 ARLON LOW-FLOW Selctor Guide.2006.
[3] Fukunaga,Ueda S,Nagumo M. Air-oxidation and anodization of pitch-based carbon fibers. Carbon. 1999.
作者简介：
姜翠红，毕业于西北工业大学，目前任职深圳崇达多层线路板有限公司工艺工程师，主要负责印制板图形转移新方案的研究与开发。
特别鸣谢
感谢姜雪飞先生、彭卫红女士、刘东先生、邓先友先生、朱拓先生在研究过程和文献整改方面给予的支持和帮助。
【关键词】刚挠结合板；HDI；层偏；金属化孔
一、前言
随着通讯、电信行业的飞速发展，全球PCB规模与技术不断更新，为迎合产品组装密度、产品性能等诸多要求，刚挠结合板设计的产品越来越多。该设计具备三大优势：其一，具备可挠曲的结构，简化了挠折的立体组装程序；其二，使用刚挠结合板可以极大的减少连接器的使用数量，大大的提高了线路板的信赖性，在高密度信息传输上有很大的优势；其三，提供更大空间的设计性和更轻薄的组装空间，有助于实现盲埋孔和微细线路。现阶段，发展刚挠结合板已然成为一种顺应电子产品轻薄微型化、信息传输高速化和高性能化的研发趋势。
本文以一款四层HDI刚挠结合板工艺制作过程中出现的问题为切入口，通过举例剖析在实际生产中出现的问题，以及解决这些问题过程中采取的方法和技巧，总结适用于HDI刚挠结合板的具体问题改善方法。
二、技术路线
刚挠结合板设计基于PCB工作的信息量传输性能，生产过程先将挠性板和刚性板的内层线路制作出来，再将刚挠板通过不流胶PP压合在一起，外层正常制作。其结构示意图见图1。
2.1 刚挠结合板材料选择
材料的选择在刚挠结合板的制作中有着至关重要的作用，对于不同叠构不同用途的产品，需选择出合适的材料。以下分别对挠性板材料、刚性板材料及PP片的选择做出讨论。
2.1.1 挠性板材的选择
挠性板材料需具备良好的挠折性能、可靠的电器性能以及优良的耐热性，挠性材料从结构上主要可以分为有挠性粘结片和无挠性粘结片两种，即业界常用的2Layer和3Layer结构。其介质层薄膜主要有聚酯类、聚酰亚胺类及聚氟类。不同介质层薄膜的参数性能如表1。
从上表可以看出，PI类材料具有较好的耐热性能及低的拉伸率，有利于控制挠性板生产过程中的涨缩问题；聚酯材料的易燃特性以及高拉伸率限制其使用范围；聚氟类材料拉伸率大且价格昂贵。在刚挠结合板制作上，优先选择聚酰亚胺类材料。
不同厂家的聚酰亚胺类材料，在性能方面也有所不同，依据IPC标准进行测试得到的数据如表2所示。
从上表可以看出，从尺寸稳定性及耐酸碱性上看，板材D均优于其他厂家。对于不同的产品需求，航天航空、医疗器械及军用产品优先选用板材D，其他民用电子及消费类电子产品可以在其他三种板材中选择。
2.1.2 刚性板材的选择
刚性板材料的选择优先使用高Tg材料，材料的介质层优先选用FR4，若对信赖性有特殊的要求时，则选择PI材料的介质层。
2.1.3 粘结层材料的选择
对挠性板和刚性板之间的粘接剂部分我公司采用No flow PP来进行压合，因为其胶流动性小对软硬过渡区域有很大的帮助，不会造成由于溢胶而导致过渡区需返工或者造成功能性上受到影响，目前有很多生产原材料的企都在开发这种PP片，而且有很多种规格可以满足结构上的要求，另外对于客户在ROHS, High Tg, 阻抗等有要求的还需注意原材的特性指标是否可以达到最终的要求，如材料的厚度规格、介电常数、TG值、环保要求等。
2.2 工艺流程设计
根据对此项目的研究与探讨，结合实际生产制作和工艺制定，最终制定“四层HDI刚挠结合板”工艺流程如下：
刚挠板材料选择→选择压合结构→挠性板开料→软板钻孔→沉铜板电→保护膜开窗→预贴合保护膜→压合保护膜→不流胶PP开窗→棕化→压合→激光钻孔→机械钻孔→Plasma→沉铜板电→外层图形→外层蚀刻→外层图形→图形镀铜→外层蚀刻→丝印阻焊→丝印字符→沉镍金→电测试→成型→FQC
三、工艺技术研究
3.1 不流胶PP开窗问题点研究
(1) 问题点
不流胶PP铣窗口太小，造成在刚挠板结合处流胶严重，产生外观不良；不流胶PP铣窗口太大，造成刚挠板压合时填胶不良，在刚挠结合处有空洞产生；
(2) 解决方案
不流胶PP采用不等大开窗，即与挠性板接触的PP开窗预大1.2mm，第二张PP开窗比标准窗口预大0.4mm。该方法带来的好处有以下几点：
A. 窗口预大为1.2mm的PP有效填充了贴合保护膜带来的板面断差，提高了板面的平整度，保证贴装零件焊脚的平整性。
B. 窗口预大为0.4mm的PP有效抑制压合过程中不流胶PP的溢胶，提高了刚性板和挠性板连接处的挠折性。
不流胶PP开窗方法示意图如图2所示：
3.2 粘结层与保护膜结合力问题点研究
(1) 问题点
不流胶PP与软板的保护膜cover lay结合力较差，容易造成爆板、分层不良，主要原因是保护膜表面光滑，且材料惰性较强，不易与PP片结合。
(2) 改善方案
为解决该问题，采用以下改善方法：
A. 减小保护膜与不流胶PP的接触面积，优先采用单PCS或条贴保护膜，尽量避免使用整panel板贴合保护膜；
B. 通过增加保护膜的表面粗糙度来增加与不流胶PP的结合力，在研究过程中，分别使用棕化、PLASMA的方法来增加保护膜的表面粗糙度。以下为处理前后的电镜图片。
由图3和图4对比可以看出，Plasma后保护膜表面粗糙度增加，对于改善不流胶PP和保护膜之间的结合力有很好的效果。
3.3 孔金属化不良问题点研究
(1) 问题点
该款产品为一阶HDI刚挠结合板，孔内无铜不良主要存在于盲孔和通孔上；
盲孔不良主要原因为：保护膜在挠性板区域的盲孔PAD未做避孔处理，导致覆盖膜伸进盲孔区域，使孔壁同时存在覆盖膜的亚克力胶、PI和NO flow Pp的环氧树脂胶及玻璃纤维，造成激光钻孔孔型较差，除胶渣时对孔底亚克力胶的攻击性较大，在盲孔底部形成裂缝，无法沉上铜。不良切片图如图5所示。 通孔无铜主要原因为：在制作外层线路前，经过两次微蚀流程，造成部分孔铜被蚀刻掉，在后续图形电镀时无法镀上铜。通孔不良切片如图6所示：
(2) 改善方案
在进行保护膜开窗作业时，不仅要求避通孔，还要求避盲孔，在避孔设计的实际操作中，依据孔所在位置的疏密程度来选择以铣通窗或者钻孔的方式来实现。改善后盲孔切片如图7所示。
由于此四层刚挠结合板采用铜箔法进行制作，外层线路前为防止挠性板外露区域经过水平线时藏药水，在制作外层线路时先进行了挠性板对应铜箔区域开窗蚀刻。该种工艺造成外层钻孔板电后要经过两次微蚀，造成通孔内局部无铜，为改善此问题将外层线路的前处理变更为酸洗，防止减铜过度，挠性板开窗的前处理仍使用微蚀。刚挠结合板在压合中由于使用了覆型材料，使得板面凹凸不平，引起外层线路产生甩膜不良，造成孔不良，该种原因造成的不良可以使用不流胶PP不等大开窗的方法得以解决。改善后的通孔切片图如图8所示。
3.4 文字油墨脱落问题点研究
(1) 问题点
文字印刷位置在挠性板的动态挠折区，文字油墨不耐挠折造成使用过程中油墨易脱落；
使用印刷文字设备不同，对文字的附着力有一定的影响。使用丝印文字附着力优于UV打印字符文字脱落不良图片对比如图9所示。
(2) 改善方案
优先建议客户将文字设计在非动态挠折区，若产品没有足够的区域，必须将文字印刷在挠折区域，则优先选用挠性板专用文字油墨；
使用UV字符打印机喷印的文字附着力较差，使用3M胶带进行附着力测试时，有文字脱落不良。使用丝印文字生产附着力较好，使用3M胶带进行附着力测试无文字脱落不良。在印刷开窗高度差较小的刚挠结合板文字时，优先选用丝印字符。
四、成品性能测试
采用以上介绍的改善方案，整板刚挠结合板外观平整，无毛刺和褶皱。经热应力测试无分层、白点、掉阻焊油墨等不良问题，刚挠结合位制作良好，无毛刺、无潜在分层、开短路、流胶等问题。相关测试图片见表3：
五、结论
本文通过分析一款4层HDI刚挠结合印制板在制作过程中出现的问题点和改善方法，得出以下结论：
(1) 粘结层PP片开窗方法：对于粘结层的PP片，一般采用不等大开窗制作，可保证PP片填胶良好，或避免流胶严重；
(2) 粘结层PP片与覆盖膜的粘结性改善：采用单PCS或条贴保护膜，加上对保护膜进行棕化和等离子处理，增加表面粗糙度，改善爆板等品质问题；
(3) 孔金属化不良改善方法：使用避孔设计，避免了激光钻孔孔型差和机械钻孔钻嘴拉扯覆盖膜的问题，更换外层线路的前处理为酸洗，防止减铜过度。
(4) 文字油墨脱落问题改善：在印刷开窗高度差较小的刚挠结合板文字时，优先选用丝印字符。
参考文献：
[1] 张育猛,胡燕辉,柳良平,谢海山.不对称高频板混压技术研究[J].印制电路信息.2010(12).
[2] Low-FLOW PP技术资料 ARLON LOW-FLOW Selctor Guide.2006.
[3] Fukunaga,Ueda S,Nagumo M. Air-oxidation and anodization of pitch-based carbon fibers. Carbon. 1999.
作者简介：
姜翠红，毕业于西北工业大学，目前任职深圳崇达多层线路板有限公司工艺工程师，主要负责印制板图形转移新方案的研究与开发。
特别鸣谢
感谢姜雪飞先生、彭卫红女士、刘东先生、邓先友先生、朱拓先生在研究过程和文献整改方面给予的支持和帮助。