软硬结合板的设计制作与品质要求.ppt

刚-挠印刷板的设计、制作及品质要求Rigid-Flex PCB Design Manufacturing&Quality Requirement TT-TM-090301 APrepared by FPC Deng Li&Laura Bai2009/3,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Engine Controls 汽车引擎控制Chip Scale Packages 芯片的封装减少连接器的数量,可以大大节约成本LCD(Hot bar,ACF)BatteriesTelecommunication(replace of coaxial-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:2 Layers Line width/spacing:0.10/0.10mm Min hole:0.20mm Surface finish:ENIG Application:Dynamic bending(100,000 cycles)Structure:Silver film on top and bottom side Conductive PSA on the top&bottom side,Layer Count:7 LayersMin PTH Hole:0.3mmMin Line W/S:0.125mmBoard Thickness:0.45mm EMI Shielding:Single side FCCLSpecial:Air Gap,Application Mobile Phone Hinge(手机旋转铰链),软板的用途,Application Medical Hearing Aid 医疗助听器,Top Side,Bottom Side,4L Flex with HDI and Cu Filling for Blind Via,软板的用途,Sample Project:Mobile SIM Card-Dimple,2 layer FPC Immersion Gold Black Flexible Solder mask,Top side,Bottom side,软板的用途,Structure(1+1+2F+1+1)HDI 6 layered Rigid-Flex Double-sided flex inner layer core,Application MP4 iPod Nano,软硬结合板的用途,Sample Project Telecom Structure(2+1+2F+1+2)HDI 8 layered Rigid flex Double-sided flex inner layer core,Rigid-Flex Sample Projects,Sample Project Mobile Display 4 layered HDI with Buried holes 2 layer flex core,Sample Project:Mobile Bluetooth 2 layer flex core 0.6mm total thickness,Sample project-Camera Module Structure(1+2F+1)HDI 4 layered Rigid flex Double-sided flex inner layer core With shielding film,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、,Base Material(基材)FCCL(Flexible Copper Clad laminate)Polyimide:Kapton(12.5 m/20 m/25m/50m/75m)(聚酰亚胺)High flex life,good thermal management,high moisture absorption and good tear resistant(柔曲度好,耐高温,高吸湿性,良好的抗撕裂性)Polyester(25m/50m/75m)(聚脂)Most cost effective,good flex life,low thermal resistivity,low moisture absorption and tear resistant(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,FCCL Constructure,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,Dielectric Substrates介质薄膜：聚酰亚胺（PI）、聚酯（PET）.,2.Coverlay(覆盖膜)Cover Layer from mil to 5 mils(12.7 to 127m)Polyimide:(12.5 m/15 m/25m/50m/75m/125m)(聚酰亚胺)High flex life,high thermal resistivity.(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)Flexible Solder Mask(挠性的感光阻焊油墨)Most cost effective,lower flex life,better for registration.(廉价，柔曲度差,对准度高)3)PICphoto imaging covercoat Lower flex life,better for registration.(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(Adhesive Sheet),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.Conductive Layer(导电层)Rolled Annealed Copper(9m/12m/17.5m/35m/70m)(压延铜)High flex life,good forming characteristics.(柔曲度好，良好的电性能)Electrodeposited Copper(17.5m/35m/70m)(电解铜)More cost effective.(廉价)Silver Ink(银溅射/喷镀)Most cost effective,poor electrical characteristics.Most often used as shielding or to make connections between copper layers.(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）：120mPET#100,保护薄膜（透明）：50mPET#50,绝缘层：5m,异向导电胶：17m,金属薄膜：0.1m,增强膜（青）：64mPET#50,基底膜：9m,异向导电胶：23m,金属薄膜：0.1m,离型膜（透明）：120mPET#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Pressure Sensitive Adhesive(PSA)感压胶与胶组合钢片铝片补强等,Additional Material&Stiffeners(辅助材料和加强板),7.No/Low Flow PP(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/o micro-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.,Air Gap,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No flow PP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,Bonding ply,多层软板的简化流程：,Air gap,案例1：Motorola 1+2F+1 Mobile Display&Side Keys,制板特点：1+HDI设计,BGA Pitch：0.5mm,软板厚度：25um有IVH孔设计,整板厚度：0.295+/-0.052 mm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：Motorola 1+2F+1,软硬结合板的工艺流程,制板特点：1+HDI设计,BGA Pitch：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+Silver Paste,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：iPod nano 结构:(1+1+2F+1+1)HDI 6 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Panel Plating,孔沉铜后选镀 Button Plating,、镀铜:,为保持软板挠性,有时只做选择镀孔铜,叫Button Plate.(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-Flow PP的流胶量 防止流胶过多.由于No-Flow PP开窗,层压时会有失压,因此层压时使用敷形片及Release film(分离膜),No Flow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（Surface Finish）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(Organic Solderability Preservatives;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 阴阳色,9.外形加工:挠性板的外形加工大部采用模具冲切.流程如下：模具设计模具制作试啤(首板)量测尺寸生产.刚挠结合板的锣外形加工中,要特别注意挠性部分易于扭曲而造成的外形参差不齐，边缘粗糙.为确保外形加工尺寸的准确性，采用加垫片与刚性板的厚度相同的工艺方法，在锣加工时要固定紧或压紧；另外低进给高转速会造成板的边缘烧焦,而则采用高进给而低转速会断刀和板边毛刺刚挠板和挠性板中粘贴膜开窗、覆盖膜开窗、基材开窗、补强加工用锣板方式,也可以使用冲切方式.,制作流程中要求、问题及对策,制作流程中要求、问题及对策,10、终检及包装:终检：刚挠结合板的终检可分以下几个项目：A.电性能测试；B.尺寸；C.外观；D.信赖性.尺寸的检查项目如下表：,信赖性项目如下表：,制作流程中要求、问题及对策,终检相关规范:,软硬结合板成品板的品质及测试要求,刚挠结合板的测试性能（仅供参考）:在最后我们讲一下刚挠结合板的测试性能(来自标准IEC-60326),在这里不涉及到测试方法及测试样品.,软硬结合板成品板的品质及测试要求,软硬结合板成品板的品质及测试要求,软硬结合板成品板的常见品质问题,软硬结合板成品板的常见品质问题,CVL起皱,CVL溢胶,CVL偏移,补强气泡,CVL气泡,杂物,软硬结合板成品板的常见品质问题,CVL变色,毛刺,软硬结合板总结,PCB设计趋势是轻薄小方向发展除了高密度的线路设计外,还有 软硬结合板的三维连接组装方式.软板及软硬结合板的设计结构复杂，制作工艺难度大 软硬结合板的Cover-lay,No-Flow PP及成品板都需要使用模具冲压完成,模具尺寸设计与材料的尺寸涨缩控制非常关键.软硬结合板的材料多样性，价格贵软硬结合板对位精度控制是难点，对材料的尺寸稳定性要求高。软硬结合板的制造过程,对板的操作手势有很高的要求,Q&A?,