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如何制作刚挠结合型多层印制线路板(一)

来源:PCB资源网 作者:PCB资源网 发布时间:2008-08-05 发表评论

刚挠结合型多层印制线路板的结构见图5.22.这种印制线路板实际上是首先将刚性印制线路板部分与挠性印制线路板部分分别制作,然后到叠层编队、热压叠合时制作在一起的。

 


既然多层刚挠结合印制电路中既有刚性印制电路部分,又有挠性印制电路部分,于是就使得多层刚挠结合印制电路既离不开刚性印制电路制作工艺,也离不开挠性印制电路制作工艺;同时也就既不能单靠刚性印制电路制作工艺来完成多层刚挠结合印制电路的制作,也不能单靠挠性印制电路制作工艺来完成多层刚挠结合印制电路的制作。

在已经具备了刚性印制电路制作设备和挠性印制电路制作设备的情况下,几乎不需要添置任何新的设备就可以生产制作多层刚挠结合印制电路了,只不过由于多层刚挠结合印制电路比单纯的刚性印制电路和单纯的挠性印制电路复杂得多,因此制作工艺也繁琐得多。

能够承受得起多层刚挠结合印制电路高昂价格的航空航天业,为其早期在美欧实现实用化提供了用武之地并积累了技术和资金,以至于使今日可以将其做到30 层以上,而且价格也降到了能够为大多数消费类电子产品所承受的水平。由于利用一个多层刚挠结合印制电路,就可以将一个电子产品的布线进行三维的处理,因而满足了电路图形与结构的复杂化和大型化的要求。而且,当电路的可靠性要求非常高的时候,可以不改变电路的密度,而增加贯通孔的直径。目前可以制作的多层刚挠结合印制电路宽度超过了30cm ,长度接近1m。不过,长度越长,宽度越宽,制造工艺越复杂,工艺性越差,生产成本就越高。

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现在多层刚挠结合印制电路在手机、数码相机等消费类电子产品中的应用已经十分普及。在这些电子产品中,由于整个产品不大,因此大量的电路不得不塞进狭窄的空间,这些刚挠结合印制电路的电路图形也不得不具有相当高的精度,厚度也被尽可能地减少到工艺的极限或者材料性能的极限。在这些消费类电子产品中的导体层数一般有4 ~ 8 层。航空航天用的多层刚挠结合印制电路与消费类电子产品用的多层刚挠结合印制电路,虽然都是多层刚挠结合印制电路,但是外观上却大部相同。一般来讲,消费类电子产品用的多层刚挠结合印制电路相对而言,比较简单和层数较少一些;而航空航天用的多层刚挠结合印制电路比较复杂,层数也多一些。图5.23 和图5. 24 的照片是这两类多层刚挠结合印制电路之间的比较。

 

一,制作多层刚挠结合印制电路的整个工艺流程
多层刚挠结合印制电路的种类繁多,制作工艺也不尽相同,因而我们不可能对它们全部都加以介绍,所以在这里仅以图5.25 所示的最简单的多层刚挠结合印制电路为例,来说明它们制作工艺过程中具有共性的部分。

 

图5.26是它们的制作工艺流程图。实际的制作工艺相当复杂,尤其是在层数较多,又有局部层间孔的情况下,有时候相同的工艺需要多次重复,即使是→种比较小的电路,其加工周期也可能比较长。下面我们具体地了解→下各道工序。

 

二,内层(挠性部分)的加工
在将多层刚挠结合印制电路的刚性部分与挠性部分进行叠层之前,其刚性部分与挠性部分的预加工是分别进行的。另外,因为在叠层时挠性部分作为内层,所以挠性部分的加工又称为内层加工;同样道理,因为在叠层时刚性部分作为外层,所以刚性部分的加工又称为外层加工。


图5.27 是多层刚挠结合印制电路的内层挠性部分电路加工的详细分工艺流程图。


制作多层刚挠结合印制电路内层使用较多的是双面敷铜版;不过在一些要求具有高耐弯曲性的场合,则必须使用单面挠性敷铜版。由于在覆盖层的热压固化和叠层后的热压圄化阶段,需要进行热处理,因此挠性敷铜版的挠性基材必须是耐热性材料,往基材上敷铜时所采用的黏合剂也必须是丙烯系列的耐热黏合剂,或者使用无黏合剂型挠性敷铜版。其表面清洁处理、涂布光致抗蚀剂、导体图形曝光、显影、清洗、腐蚀、清洗、抗蚀层剥离过程,与挠性印制电路的制作过程中的对应工艺,甚至包括被覆覆盖层都没什么两样,而且由于不需要形成贯通孔、埋入孔与盲孔,也不需要开窗口,因此整个过程反倒变得更容易了,也就不用担心不同层之间的对位精度问题。所不同的只是,随着挠性部分层数的不同,上述腐蚀、被覆覆盖层重复的次数也有所不同。图5.28 是内层加工工艺中不同工艺阶段的形貌示意图。被覆好覆盖层后的热压固化温度和压力也和挠性印制电路的制作过程完全
一样。

 

三,夹持层(刚性部分)的加工
夹持层,也就是刚性部分的加工,将要完成的是多层刚挠结合印制电路的外侧电路加工,工艺流程见图5.29 。其加工过程基本上与双面刚性印制电路的加工过程相类似,不同之处在于双面刚性印制电路的加工是将基板两面的铜箔都腐蚀了;而在夹持层的加工中,腐蚀的仅仅是内侧的铜箔,外侧的铜宿原则上在抗蚀层的全面保护下不进行腐蚀,参见图5.30 。当然,如果需要在外侧铜宿上形成标记的话,所腐蚀的也仅仅是外侧铜筒中很小的局部位置。相反地,在夹持层内侧不需要导体图形的情况下,其内侧铜宿也可以完全腐蚀掉。该腐蚀掉铜箔的表面对于黠合剂具有良好的亲和性,利用这种亲和性可以将挠性层粘贴牢固。图5. 30 所示出的是位于挠性层上面一侧的夹持层,因此刚性部分被腐蚀的部分是位于基板上侧面的铜宿;显然,对于位于挠性层下面一侧的夹持层来说,其被腐蚀的部分就应当是基板上侧面的铜箔了。

图5. 31 和国5. 32 分别是腐蚀挠性或刚性印制电路等薄型工件的生产线照片和加工制作抗蚀层的生产线照片。

 

夹持层所使用的材料一般为双面刚性印制电路常用的双面敷铜环氧树脂玻璃布板。早期所使用的这种板的标准厚度为1. 6mm 厚的双面敷铜板,随着印制电路的高密度化,这个厚度一直在减少,最近所用的这种双面敷铜板通常都降到了0.2mm 。


当夹持层的厚度低于0.2mm 时,夹持层所使用的材料种类就要改为双面敷铜聚酰亚胺薄膜板了。由于这时候的内层和夹持层使用的都是挠性材料,因此这种多层印制电路就不再称之为多层刚挠结合印制电路,而应当称作多层挠性印制电路。出于这种多层挠性印制电路的产量和用量比较少;再加上由于随着夹持部分重叠层数的增加,该部分将会失去固有的挠性,因此我们没有把这种多层挠性印制电路拿出去进行专门地介绍,而是放在多层刚挠结合印制电路的章节中进行顺便的介绍。

将作为夹持层的双面刚性敷铜板腐蚀完毕后,就要对它开窗口了,也就是把将要嵌入内层(挠性部分)的地方切除掉,如图5.33 所示。需要注意的是,所切除的并不是除了多层刚挠结合印制电路中的刚性部分之外的所有部分,反倒是特意地将切除部分尽可能地限制在最小的限度。为了提高材料的利用率,作为夹持层的双面刚性敷铜板采用套裁的方式。例如,本图中就针对我们所讨论的这个多层刚挠结合印制电路中的挠性部分形状,采用了两个多层刚挠结合印制电路套裁的方式。图形中的虚线部分就是多层刚挠结合印制电路的轮廓。

由于由多数情况下裁切的形状比较复杂,尤其是在后续的粘贴黠胶带并热压固的工艺中为了防止该刚性部分受压力不均匀还要回填形状大致与挠性部分相近的垫块,要保证加工的准确性,因而该开窗口的过程大多都采用数控机床加工。

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