一种特殊结构的挠性印制电路板

邢慧超  汪忠林  苟辉  马亚伟  李万奎

摘要：随着电子产品市场越来越大，电子产品的不断升级更新，“轻、薄、短、小”和立体化组装已成为当今电子产品的发展主流。而作为电子元件载板的刚挠板和挠性板，符合电子产品越来越精细的发展需求。本文解决了印制板之间的挠性连接问题，通过高低温及震动试验证明了文中挠性连接印制板的可靠性高、稳定性好、结构简单、体积小，适用于刚性印制板之间的连接。

关键词：扁平数据线、挠性印制板、压延铜箔、铜箔镂空图形加工工艺

A flexible printed circuit board os special structure

Xing Hui-chao  Wang Zhong-lin  Gou HuiMa Ya-wei  Li Wan-kui  Li Dong

Abstract：With the growing market of electronic products, the continuous upgrading of electronic products, "light, thin, short, small" and three-dimensional assembly has become the mainstream of the development of today's electronic products. And as an electronic component carrier board rigid flexible plate and flexible plate, in line with the development of electronic products more and more fine needs. This paper solves the problem of flexible connection between printed boards. Through high and low temperature and vibration test, it proves that the flexible connected printed board has high reliability, good stability, simple structure and small volume, and is suitable for the connection between rigid printed boards.

Key words: flat data cable, flexible printed board, calendered copper foil, copper foil hollow-out graphic processing technology. 

1 前言

1.1  背景

在生产中有两块印制板需要由挠性板将其连接导通。此挠性连接板开始由外购使用，但在做高低温及震动实验时出现分层现象，导致此外购件无法正常使用。

1.2  该外购件存在以下缺点：

①材料不符合要求。外购件是一般的民用扁平数据线，其材料的使用温度范围小，不符合要求。

②生产工艺不符合要求。数据线外层的保护膜未经真空热压，而是简单的粘接在一起，故在做高低温及震动实验时出现分层现象。

由于外购的扁平电缆不能满足要求，所以加工一种符合要求可靠连接的挠性印制板是最好的选择。

2 挠性印制板的传统加工方法

2.1 材料

目前挠性板在制作中常用的材料是一些挠性专用材料，主要有：挠性基材、覆盖膜。

挠性基材主要使用的是聚酰亚胺材料，聚酰亚胺具有耐高温的特性，介电强度高，电气性能和机械性能极佳。

覆盖膜相当于刚性板的阻焊油墨，起防焊作用。

2.2  材料结构

挠性基材是由铜箔（copper）+聚酰亚胺薄膜基材(base film) +铜箔（copper）组成；

覆盖膜由聚酰亚胺薄膜+粘合剂组成，粘合剂的作用是和挠性基材粘合在一起。

2.3  传统工艺加工后存在的问题

本文中挠性印制板的结构：要求边缘设置有可独立活动的插头式焊盘，焊盘与焊盘是相互独立的，与所要焊接的印制板上贴片式焊盘相对应（如下图所示）。

独立活动的插头式焊盘要焊接的印制板上贴片式焊盘

但是按照传统的挠性材料加工后的挠性印制板，因为挠性基材中间有一层聚酰亚胺薄膜（PI）作为支撑层原因，所以加工好的插头式焊盘会联成一个整体，同时两边铜箔互不导通。由于焊盘与焊盘是不能相互独立，造成与所要焊接的印制板上贴片式焊盘无法相对应焊接（如下图所示）。

插头式焊盘        聚酰亚胺薄膜（PI）

由此可见用现有的挠性材料加工可独立活动的插头式焊盘是不可能的，为了满足使用要求，我们只有选取新材料、新工艺。

3 改进后的加工方法

3.1  解决方案

3.1.1  结构的变化

   我们需要的挠性印制板的结构是“基材-铜箔-基材”，这种材料生产厂家从来没有生产过。想通过购买现成材料是不可能的，只有通过现有材料来加工出我们需要的挠性印制板。

3.1.2  材料的选取：

由于传统挠性基材结构上存在的局限性，如果制作“独立插头挠性印制电路板”就必须放弃使用传统的挠性基材。根据所需印制板的结构我们选用了压延铜箔和聚酰亚胺覆盖膜。

铜箔：选用制作挠性基材的压延铜箔，其铜微粒呈水平轴状结构，能适应多次挠曲。我们选用了35um、70um、0.1mm和0.15mm四种不同厚度的压延铜箔进行试制加工。

覆盖膜：选用聚酰亚胺（PI）覆盖膜；

3.1.3  加工工艺

思路：首先在压延铜箔上加工出镂空图形，再将聚酰亚胺覆盖膜通过层压方式压合在需要保护的图形上，经过裁剪成形后再将两端露出的插头式焊盘搪上锡。

制作铜箔镂空图形的方法多为机械加工，但是机械加工好的铜箔存在着一定的缺陷（如毛刺、无法固定等），况且机械加工的方法并不适合挠性连接印制板的加工。为此我们研究了一种新的工艺方法，即用化学蚀刻的方式在金属铜片上生产出镂空图形。

3.2  具体步骤

3.2.1 工程处理、光绘底片：

将用户提供的图形文件，经过工程处理后，绘制出图像转移所需的底片（阴片）并制作成书夹形式；

3.2.2 下料、裁膜：

将铜箔按工程准备时确定的毛料尺寸裁好；

将覆盖膜宽度裁成挠性板所要保护区域的宽度，长度与铜箔下料尺寸的长度一致；

3.2.3图像转移：

先将裁好的铜箔通过前处理机进行去氧化层处理，随后在贴膜

机上将铜箔两面贴膜，将贴膜后的铜箔放入曝光机中曝光；

贴膜参数：温度(95～120)℃，压力(40～50)psi，

速度5.0～6.0（数码显示）。

3.2.4 显影：

（1）用热风整平胶带将铜箔正反两面按附粘贴在托板上；

（2）显影参数：温度26℃～32℃，传动速度60 ～90 cm/min，摆速2～4 ；

3.2.5 蚀刻：

酸性蚀刻将未被干膜保护的铜箔蚀刻掉。

（1）将用热风整平胶带粘贴在托板上的铜箔放入蚀刻机；

（2）蚀刻的工艺参数：温度45℃±2℃；

比重25Ｂｅ°～35Ｂｅ°；

传动速度　0.4 m/min～0.5 m/min（设备显示40～50）；

3.2.6 去膜：

通过去膜机将铜箔上的干膜去除。

蚀刻后，不去掉托板直接放入去膜机，进行去膜；

去膜的工艺参数：温度 40℃～50℃；

传动速度　0.75 m/min～1.25 m/min（设备显示15～25）；

3.2.7 层压：

将一张裁好的覆盖膜贴在铜箔一面（图形中间），用胶带粘紧后再将另一张覆盖膜贴在铜箔的另一面，并与对面的覆盖膜对齐，用胶带粘紧。送到层压工序进行压制；

层压参数：377psi ， 180℃ ，1小时；

3.2.8 外形：

按边框将挠性板裁剪成型；

3.2.9 插头表面处理：

    将插头去除氧化层，进行搪锡处理。确保插头的可焊性。

3.3  试制结果

3.3.1  通过试制发现35um和70um两种厚度的压延铜箔，虽然易于加工，但是由于铜箔厚度偏薄，在图像转移及蚀刻过程中容易起皱变形。而0.15mm的压延铜箔,由于厚度偏厚在蚀刻过程要多次蚀刻，结果造成较大的侧蚀。最终只有0.1mm厚的压延铜箔在加工后能够达到理想的状态。

3.3.2通过此挠性印制板的加工，同时验证了“铜箔镂空图形加工工艺”是一种加工工艺简单、操作方便，成本低廉并且能制作出不同厚度的铜片、各种镂空图形的工艺方法。

3.3.3  目前我们已经批量加工出符合要求，能够适应高低温及震动试验的挠性印制板，并且应用与某型印制板连接系统中。

4 结束语

本文中的挠性印制板结构是将挠性印制板边缘设置的可独立活动的插头式焊盘，与所对应焊接的印制板上的贴片式焊盘焊接在一起。从而不必使用插针、插座类的接插件即可实现两块印制板之间的可靠连接，大大降低了生产中的材料成本，同时在印制板布线及空间利用率上都较采用插接件方式连接的印制板高。

参考文献

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[3]吴传亮,李超谋,黄德业,李旋.提升刚挠板覆盖膜贴合效率的工艺[J].印制电路信息,2019,27(01):45-47.

作者简介：邢慧超（1970.03），男，汉，陕西省西安市，高级技师，从事印制板工艺三十多年。

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