【技术博客】刚柔结合型PCB制造过程

无奈轮回 · 发表于 2023-7-3 11:11:58

本帖最后由无奈轮回于 2023-7-3 11:14 编辑

如果您认为刚性PCB制造过程很复杂，那么柔性PCB制造似乎处于另一个复杂程度。然而，标准刚性电路板制造中使用的许多相同步骤在概念上与柔性PCB制造类似。本指南概述了柔性PCB制造过程中实施的所有步骤。这些过程与刚性PCB制造过程非常相似，但涉及不同的材料集。柔性堆叠乍一看，典型的柔性电路板或刚柔结合电路板看起来很简单。然而，其性质需要在构建过程中执行几个额外的步骤。任何刚柔结合电路板的起点始终是单面或双面柔性层。制造商可以从带箔的预层压柔性开始，或者可以从未包覆的PI薄膜开始，然后再层压或电镀铜以进行初始包覆。层压薄膜需要一层薄薄的粘合剂，而无粘合剂覆层需要一层“种皮”铜层。该种皮层最初是使用气相沉积技术植入的（即喷镀），并提供了化学沉积铜电镀的关键。这种单面或双面柔性电路的钻孔、电镀和蚀刻步骤与刚性电路板中典型的双面内芯大致相同。柔性制造步骤以下步骤显示了典型双面柔性电路的创建。
第1步：应用粘合剂/种衣涂层

应用环氧树脂或丙烯酸粘合剂，或使用溅射为电镀键创建薄铜层。
第2步：添加铜箔

通过层压到粘合剂（更主流的方法）或化学镀到种子层上来添加铜箔。材料供应商的新制造过程允许使用轧制退火铜的无粘合剂层压作为替代方案。
第3步：钻孔

过孔和焊盘的孔通常是机械钻孔。多个电镀柔性基板可以同时钻孔，方法是将其从滚筒上的多个卷轴组合起来，在工作板之间钻孔，然后滚出到钻孔机另一侧的单独卷轴。预切柔性面板可以在刚性坯料之间结合和钻孔，其方式也与刚性内芯钻孔的方式相同，但它需要更仔细的配准并且对齐精度会降低。对于超小孔，可以使用激光钻孔，但成本会增加很多，因为每层薄膜都必须单独钻孔。准分子（紫外线）或 YAG（红外线）激光机用于更高的精度（微孔），CO2激光用于中孔（4+密耳）。大孔和切口需要打孔，但这是一个单独的处理步骤。
第4步：通孔电镀

打完孔后，铜就会以与刚性PCB内芯（通常称为Cuposit）相同的方式进行沉积和化学镀。建议柔性电路中的通孔电镀厚度至少为1密耳，以增加对焊盘或过孔的机械支撑，而典型的低成本刚性PCB可能只有½密耳的镀层厚度。
第5步：抗蚀刻打印

将光敏抗蚀剂涂在薄膜表面上，并使用所需的掩模图案，在铜的化学蚀刻之前暴露和形成抗蚀剂。
第6步：蚀刻和剥离
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: g& ]% u( k3 a" M' {对暴露的铜进行蚀刻后，用化学方法将蚀刻抗蚀剂从柔性电路中剥离。
第7步：覆盖层

柔性电路的顶部和底部区域由覆盖层保护，覆盖层经过切割成形。可能有元件实际安装在柔性电路的部分上，在这种情况下，覆盖层也充当阻焊层。最常见的覆盖层材料是带有粘合剂的附加聚酰亚胺薄膜，但也可以使用无粘合剂过程。在无粘合剂过程中，使用光成像阻焊层（与刚性电路板部分使用的相同），实质上是将覆盖层印刷到柔性电路上。对于更粗糙、更便宜的设计，丝网印刷也是一种选择，通过紫外线照射最终固化该覆盖涂层。基本上，区别在于覆盖层是层压膜，而覆盖层是应用材料涂层，然后需要固化。第8步：切断柔性板创建柔性电路的最后一步是将其切断。这通常被称为“冲裁”。大批量经济高效的冲裁方法是通过液压冲床和模具组，这涉及相当高的工具成本。但是，这种方法可同时冲出许多柔性电路。对于原型和小批量运行，使用冲裁刀。冲裁刀就是一个长刀片，弯曲成柔性电路轮廓的形状并固定在背板（MDF、胶合板或特氟龙等厚塑料）上的布线槽中。然后将柔性回路压入冲裁刀中进行切割。层压和布线如果柔性电路要形成刚性/柔性组合叠层的一部分（这是我们感兴趣的），则该过程不会就此停止。我们现在有一个需要在刚性部分之间层压的柔性回路。这与单独的钻孔、电镀和蚀刻内芯层对相同，只是由于缺少玻璃纤维而更薄、更灵活。不过，如前所述，根据目标应用，可以使用PI和玻璃制成柔性较低的层。因为它是在刚性部分之间层压的，所以最终必须装入一个面板，该面板也与刚性电路板面板部分相匹配。不与刚性部分结合的柔性电路被临时粘在中密度纤维板或FR-4型材料的刚性背板上。

蚀刻、电镀、覆盖层和空白柔性面板如何与玻璃环氧树脂刚性面板结合柔性电路与刚性部分和任何其他柔性部分一起层压到面板中，并带有额外的粘合剂、热量和压力。除非您正在设计多层柔性，否则多个柔性部分不会彼此相邻地层压。这通常意味着每个柔性部分的最大铜层数为2，因此可以保持柔性。这些柔性部分由刚性预浸料和内芯隔开，或者使用环氧树脂或丙烯酸粘合剂的PI粘合板隔开。从本质上讲，每个刚性面板都在允许柔性面板弯曲的区域中单独布线。这是一个层压成刚柔结合电路板的示例过程，在三个刚性部分之间嵌入了两个2层柔性电路。层堆叠看起来如下所示。注意：由于在回流焊接过程中不可接受的z轴膨胀，许多设计人员都回避使用粘合剂。

详细的叠层图，包括每个柔性部分的电镀通孔，以及刚性部分中的最终电镀通孔在上面显示的示例堆叠中，有两个预蚀刻和切割的柔性电路，每个都是双面和电镀的。柔性电路已被冲裁成包括框架边框的最终装配面板——这将在与刚性面板部分层压后的最终装配期间保持柔性电路平坦。在装配过程中，柔性电路弯头支撑不足和大开口部分肯定存在一些潜在危险，特别是在回流焊炉的高温下。虽然此示例确实显示了粘合剂层，但务必注意，由于回流中不可接受的z轴膨胀，许多设计人员都回避使用粘合剂。然而，FR-4预浸料和热固性环氧树脂有效地达到了预期的效果，是事实上的“粘合”层。通过处理柔性层上的铜以改善层压预浸料中的“牙齿”，即可实现额外的附着力。此处显示的是无粘合剂双面柔性层压板。这些完全是聚酰亚胺薄膜，带有可粘合的聚酰亚胺涂层，与铜箔粘合。DuPont™ Pyralux®和Rogers Corp. R/Flex®是流行的无粘合剂层压材料。还应用了覆盖层——就像用粘合剂层压的贴纸，或者前面提到的照片打印过程。一旦将此6层堆叠中的最终柔性面板和刚性面板放置在一起，它们就会与最外层（顶部和底部）的最终铜箔层层压在一起。然后，完成另一个从上到下电镀通孔的钻孔。也可以使用激光钻孔盲孔（顶部到第一个柔性，底部到最后一个柔性），这再次增加了设计成本。从上到下对孔进行电镀，如果有盲孔，则选择盲孔，最终蚀刻外层铜图案。最后的步骤是顶部和底部阻焊层的印刷、顶部和底部丝网以及防腐电镀（例如ENIG）或热风整平（HASL）。当您准备为刚柔结合型PCB制造过程创建文档并为制造规划新的设计时，请使用 Altium designer®内Draftsman软件包中的全套CAD功能和自动绘图工具。准备好向制造商发布您的设计数据后，您就可以通过Altium 365™平台轻松共享和协作您的设计了。您可以在一个软件包中找到设计和生产高级电子产品所需的一切。
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沃得法克 · 发表于 2023-7-3 20:18:50

学习一下，感谢分享

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