具有深腔結(jié)構(gòu)的剛撓結(jié)合板制作方法探討

楊磊磊 王美平 楊凌云 楊 耀

［1.景旺電子科技（龍川）有限公司，廣東 河源 517373；2.河源市高密度高散熱電路板企業(yè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東 河源 517373］

0 引言

隨著智能通信設(shè)備輕薄化，作為各類功能的主要載體——印制電路板（printed circuit board，PCB），被要求在有限空間內(nèi)集成更多的功能模塊，因此深腔設(shè)計(jì)逐步成為部分PCB的設(shè)計(jì)趨勢。

普通剛撓結(jié)合板（rigid-flexible printed circuit board，R-FPCB）除屏幕焊接插頭或者彎折區(qū)等軟化區(qū)域外，其他功能都集成在硬板區(qū)域，整機(jī)組裝適用于相對平面化的連接結(jié)構(gòu)，如遇到部分封裝器件較高時(shí)，其他組裝模塊需做外形避位設(shè)計(jì)，此設(shè)計(jì)較為浪費(fèi)空間。而深腔設(shè)計(jì)能夠?qū)崿F(xiàn)整機(jī)組裝器件避位及器件保護(hù)功能，實(shí)現(xiàn)空間利用率的最大化，從而改善傳統(tǒng)設(shè)計(jì)浪費(fèi)空間的情況。

本文以一種具有深腔結(jié)構(gòu)的有機(jī)發(fā)光二極管（organic light-emitting diode，OLED）剛撓結(jié)合模組板為研究對象，重點(diǎn)介紹了具有深腔結(jié)構(gòu)的OLED 剛撓結(jié)合模組板的流程設(shè)計(jì)和關(guān)鍵制造技術(shù)。

1 產(chǎn)品基本信息及存在難點(diǎn)

1.1 產(chǎn)品信息

產(chǎn)品為R-FPCB，板厚度0.8 mm，單元尺寸120 mm×40 mm，深腔平面尺寸60 mm×8 mm，深度（0.6±0.05）mm，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 產(chǎn)品示意圖

1.2 制作難點(diǎn)

（1）深腔位于剛撓結(jié)合板內(nèi)部且跨層設(shè)計(jì)，只能從上往下加工制作，存在取廢料難度大的問題。

（2）從產(chǎn)品疊構(gòu)解析，深腔邊緣與功能性線路距離0.2 mm，底部為L3層線路保護(hù)層，深度要求公差±0.05 mm。由于底部為功能性線路，需要注意防止線路被割傷?；谠撘c(diǎn)考慮，深腔加工深度需要特別控制，按照（0.6±0.05）mm 負(fù)公差設(shè)計(jì)，常規(guī)控深銑切成型公差為±0.05 mm，因此深腔加工精度控制難度較大。

2 制作工藝解析

目前行業(yè)內(nèi)剛撓結(jié)合板實(shí)現(xiàn)深腔設(shè)計(jì)有兩種工藝方式：分次控深銑切、銑切+激光結(jié)合。兩種方式各有優(yōu)缺點(diǎn)，下面對兩種加工方式進(jìn)行對比。

2.1 控深銑切工藝

2.1.1 工藝簡介

壓合前將深腔底部的PP3 提前開窗，并將覆銅板（copper clad laminate，CCL）提前預(yù)銑切成槽，壓合后內(nèi)部形成空腔，再使用控深銑切與板內(nèi)空腔相交，廢料脫落得到所設(shè)計(jì)深度的深腔。

2.1.2 制作流程

主流程：一次疊板（L2～L6 層依次疊板）→一次傳壓→鉆孔→沉銅電鍍→次外層圖形→二次疊板（L1 層+PP+傳壓后的L2～L6 層+PP+L7 層）→二次傳壓→二次鉆孔→二次沉銅電鍍→外層圖形→二氧化碳激光→控深銑切（圖2）→后工序。

圖2 控深銑切槽流程圖

2.1.3 關(guān)鍵技術(shù)解析

（1）CCL（FR-4 雙面覆銅板）加工。將CCL面向L5 層對應(yīng)深腔區(qū)域銅蝕刻掉，面向L3 層的銅整板完全蝕刻干凈，再從L3 層無銅面控深銑切槽，控深槽深按照CCL 中FR-4 厚度的50%～70%進(jìn)行控制。

存在問題：CCL 控深預(yù)銑切后，整體強(qiáng)度下降，疊板等人工作業(yè)過程有破裂風(fēng)險(xiǎn)。

（2）PP 加工。一次疊板前，將L3 層與CCL中的PP對應(yīng)深腔區(qū)域做開窗處理，確保壓合后L3層深對應(yīng)深腔區(qū)不會(huì)與CCL 粘連，導(dǎo)致廢料無法脫落。

（3）壓合。FR-4 控深預(yù)銑切槽后，疊板后內(nèi)部形成空腔，傳壓受壓時(shí)深腔不受力容易凹陷，影響外觀及外層線路制作，深腔區(qū)域因鏤空會(huì)導(dǎo)致L1～L3層失壓，存在分層的風(fēng)險(xiǎn)。

（4）深腔成型。二次壓合后，由于深腔對應(yīng)區(qū)域的PP 做了開窗處理，CCL 做了預(yù)銑切槽，壓合后深腔底部形成空腔。從深腔頂部控制深銑切槽，使深腔頂部控深槽與深腔底部空腔相交，深腔銑切槽使廢料失去連接可直接脫落，達(dá)到深腔尺寸和精度要求。

存在問題：CCL 預(yù)先控深銑切區(qū)域疊板后形成空腔，壓合時(shí)深腔底部的空腔無法阻膠，會(huì)導(dǎo)致PP 壓合后流膠至空腔邊緣，廢料揭除后，腔體邊緣溢膠明顯且易脫落，溢膠脫落后形成的異物影響元件貼裝。

2.2 控深銑切+激光結(jié)合工藝

2.2.1 工藝簡介

壓合前將CCL 表面對應(yīng)深腔區(qū)域預(yù)留銅皮，壓合后通過控深銑切清除表面大部分廢料，再利用二氧化碳激光不傷銅的原理，將預(yù)留銅皮表面廢料氣化，最終蝕刻去掉深腔底部預(yù)留的銅皮后，得到設(shè)計(jì)深度的深腔。

在制作內(nèi)層圖形時(shí)增加控深面預(yù)留銅皮，如圖3所示。

圖3 控深銑切+激光結(jié)合工藝二壓后結(jié)構(gòu)圖

2.2.2 關(guān)鍵技術(shù)解析

（1）CCL（FR-4 雙面覆銅板）加工。相比控深銑切工藝將CCL對應(yīng)深腔區(qū)域面向L3層銅全部蝕刻去除，控深銑切+激光結(jié)合工藝保留與深腔寬度對應(yīng)銅皮設(shè)計(jì)，如圖3所示。

（2）控深銑切板?？厣钽娗?激光結(jié)合工藝直接在深腔區(qū)域平面控深銑切，將空腔內(nèi)廢料控深銑切除，控深銑切時(shí)不能傷到覆銅板設(shè)計(jì)的銅皮。

（3）深腔成型。如圖4 所示，控深銑切至一定深度后，通過二氧化碳激光不會(huì)傷銅的原理，使用激光去除剩余殘膠至銅皮；再蝕刻去除銅皮，進(jìn)而行程尺寸和精度都滿足要求的深腔。

圖4 控深銑切及激光工藝流程圖

2.2.3 設(shè)計(jì)及加工注意事項(xiàng)

（1）考慮到疊板層間偏位問題，空腔對應(yīng)區(qū)域預(yù)留銅皮設(shè)計(jì)要比深腔標(biāo)準(zhǔn)外形單邊外擴(kuò)0.2～0.5 mm，確保不會(huì)因?yàn)轭A(yù)留銅皮偏位造成激光將產(chǎn)品擊穿。

（2）控深銑切需要采用電荷耦合器件（harge coupled device，CCD）抓圖形靶標(biāo)定位，確保加工精度滿足要求。

（3）控深銑切尺寸要比深腔平面標(biāo)準(zhǔn)尺寸內(nèi)縮0.05～0.10 mm，激光尺寸與深腔平面標(biāo)準(zhǔn)尺寸一致，因外層為聚酰亞胺（polyimide，PI）材質(zhì)，銑切加工時(shí)容易產(chǎn)生毛刺不良，此設(shè)計(jì)可以通過激光來將毛刺返修干凈。

（4）控深銑切深度控制在標(biāo)準(zhǔn)深腔深度的70%～75%左右，公差按照±0.05 mm 管控（以具體產(chǎn)品疊構(gòu)深腔深度為準(zhǔn)），確保控深銑切板不會(huì)傷到深腔底部線路。

（5）控深銑切及激光加工均為整個(gè)深腔平面從上往下加工，控深銑切板通過銑切刀及設(shè)備的排廢管道排廢料；激光加工通過高能量激光使廢料氣化。

3 2種制作工藝對比

2種深腔制作工藝優(yōu)劣勢對比見表1。

表1 2種深腔制作工藝優(yōu)劣勢對比

4 結(jié)語

通過以上研究可知，控深銑切與激光結(jié)合的制作工藝與普通控深銑切工藝相比，解決了常規(guī)工藝中線路凹陷及槽底溢膠殘留等問題，能夠?qū)崿F(xiàn)深腔加工尺寸和精度的控制，但也存在成本高的問題。實(shí)際在加工工藝選擇時(shí)，重點(diǎn)考慮設(shè)備配套情況及訂單情況，優(yōu)選控深銑切+激光的工藝。本項(xiàng)目研究內(nèi)容是在公司現(xiàn)有條件下的研究結(jié)果，僅供同行參考。