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如何制作刚挠结合型多层印制线路板(二)

来源:PCB资源网 作者:PCB资源网 发布时间:2008-08-04 发表评论

四,制作和胶带与夹持层窗口处的回填垫块
为了加工成复杂的形状,黏结各层的蒙古胶带必须预先加工成适当的形状。也就是,在叠层之前,需要将黏胶带中部需要勃接的部分挖掉,即开窗口,如图5. 34 所示。这道工序是多层刚挠结合印制电路制作与单块印制电路制作最大的不同,因此属于多层刚挠结合印制电路的特征工艺。这里所开的窗口的形状和大小与上述夹持层(刚性部分)开的窗口不一定一样,需要根据制作工艺条件的不同进行某种程度的调整。在这种黏胶带上开窗口的时候,可以使用在覆盖层上开窗口时使用的那种冲压模具,也可以使用数控机床加工。

 

新胶带的结构是两片塑料薄膜中间夹一层蒙古合剂。这里的黏合剂可以选用丙烯树脂类黏合剂,也可以选用环氧树脂类黠合剂。丙烯树脂类黏合剂的耐热性好,季自接性能好,但是在后续的孔加工过程中存在着孔内残渣不容易清理的弊端。环氧树脂类黏合剂的缺点是其流变形容易发生变化,优点是其成分与构成多层刚性印制线路板的半固化树脂料片的成分相类似,因此容易在后续的孔加工过程中清理孔内残渣。当然,这里的蒙古合剂不是不可以选用诸如聚酷亚肢之类的材料,但是由于这些材料在热压固过程中要经历非常高的温度,因此在选用这类高温热压固黏合剂的情况下,对应的内层材料与夹持层材料也必须选用同种材料。


前面已经提到,为了使夹持层材料在热压固工艺中受压均匀,夹持层材料的窗口部分要回填进去垫块。不过,由于这种垫块最终是要当作垃圾被扔掉的,因此没有必要选用多么昂贵的材料。多数情况下,都用与夹持层材料相同的环氧树脂玻璃布材料,因为这样既可以利用边角料材料以降低成本,又可以保障在热压固时的温度下性能稳定而不发生变化。当多层刚挠结合印制电路中有多块相互独立的挠性部分时,这种回填垫块也必须有多块,而且形状也可能各不相同。

既然夹持层材料开窗口的加工过程、回填块材料的加工过程和回填过程这么麻烦,因此人们就想到可不可以将它们合并起来进行,于是就出现了在夹持层材料开窗口的部分,即在挠性材料嵌入部分的刚挠结合部形成缝隙或者开槽加工的方案。在实施这种方法的时候,利用数控机床除去夹持层材料表面靠近被夹持的挠性电路一侧的部份刚性基材,形成缝隙或加工槽。用于夹持挠性电路的上夹持层材料和下夹持层材料虽然加工的图形基本相同,但由于一上一下,被加工面刚好呈镜像状态,因而是分别进行加工的。图5.35 的立体图中用箭头表示出了数控机床在夹持层材料表面切割出的加工槽的位置。图5.36 是夹持层材料开槽后的截面图。图5. 37 是数控加工机床的照片。

 

 

五,叠层热压固化
在内层(挠性部分)、夹持层(刚性部分)、作为黏合剂的黏胶带以及垫块加工完成后,就要进行叠层热压固了。由于在该道工序以及后续工序中,会经历若干次加热过程,因此所有参与叠层的材料其耐热性必须能够保证在加工温度下的稳定性。其叠层后的结构截面图见图5.38 。

 
在此叠层结构中,既有挠性部分,又有刚性部分,还有黠胶带等结构复杂、成份各异的材料,其中不乏容易吸潮的材料,尤其是作为内层挠性印制电路材料的聚酰亚胺材料更是容易吸潮,其最大吸潮量可达3% 左右。在叠层热压固化工艺中,因为要加热,所以这些水分会迅速汽化,变为层内的空隙或者造成层间剥离。另外,内层的覆盖层勃合剂也必须保证彻底固化,否则将会给日后的使用带来隐患。为此,在叠层热压固化之前,应当将作为内层的挠性部分和作为夹持层的刚性部分等材料,进行充分干燥与烘烤。


在叠层之前,各层都预先打好了定位孔。照理说,叠层时只要将定位销依次插入定位孔就对准位置了。但是,由于在插入定位孔之前的各道工序中,不同层的材料之间具有大小不同的微小收缩膨胀差异,因此在正式打定孔之前,应当事先测量好这种差异,并返回去对定位孔的准确位置进行修正。


这里的叠层热压固化过程,可以原封不动地使用在刚性印制线路板叠层热压固化时所使用的设备。所不同的是,由于这里作为内层挠性材料的聚酰亚胺等材料的吸潮性能远甚于作为刚性材料的环氧树脂玻璃布,因此在叠层热压固化之前最好将各层材料都在真空状态下经过一段时间的除气,排除其各自内部所含有或吸附的各种气体和水分,以防止在各层之间形成气孔或层间剥离。在内层层数较多的情况下,究竟是一次叠层热压固化完成,还是从内层到外层分多次依次叠层热压固化完成,不同的生产厂家可能会根据自家的工艺情况有不同的选择。一般而言,对于同一家生产企业而言,显然是一次压成的生产效率高、成品率低,多次压成的成品率高、生产效率低。

六,打孔、孔壁清理与镀铜
经叠层热压固化后,刚挠黏合部位就像多层刚性印制线路板那么硬了,经退火热处理后,就可以利用在多层刚性印制线路板上打孔的设备进行打孔了,所不同的仅仅是工艺操作必须更为仔细一些。具体地讲,当在这种刚挠结合的印制线路板上钻孔的时候,由于被钻的是多种成分的材料层,有些成分的残渣很容易附着甚至覆盖到孔的内壁上,为了最大限度地控制这种现象的发生,钻孔时重叠的印制板的块数、钻头的形状、钻头的转速、钻头的钻进速度等工艺参数都应当进行选择适当的数值并且进行严格的控制。


在制作刚性印制线路板的过程中,对于孔壁的树脂残渣通常采用高锰酸钾溶液清洁处理的方法。这种方法不适用于多层刚挠结合印制电路,因为高锯酸伺溶液很容易使得这里的挠性材料产生溶涨。在多层刚挠结合印制电路的情况下,多采用等离子腐蚀法除去附着或者覆盖在孔壁的树脂残渣。图5.39 是一台等离子腐蚀设备的照片。

 

为了增加贯通孔内镀层与孔内导体铜箔的连接可靠性,有时候对孔的内壁采用过腐蚀的清洁处理方式。这种方法不仅除去了打孔时产生并附着于孔内壁的树脂残渣,而且还溶解掉了铜箔层上方绝缘层和下方绝缘层的一部分。单纯进行树脂残渣清除后的贯通孔与过腐蚀清洁处理后的贯通孔对比,参见图5.40 。在过腐蚀清洁处理后的贯通孔内,铜箔导体的裸露面积明显变大了,因而镀棋时镀层与铜箔导体的连接会得到大幅度的改善,参见图5.41 。

 

多层刚挠结合印制电路中贯通孔的镀铜工艺与设备和多层刚性印制线路板中贯通孔的镀铜工艺与设备可以通用,只不过在制作多层刚挠结合印制电路时工艺条件控制得要更为严格一些,尤其是为了使镀液不污染夹持层与垫块之间的间隙,应当采取适当的措施,将它们之间的间隙保护起来。

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七,外层加工
随着多层刚挠结合印制电路叠层厚度的增加,其挠性逐渐减少,到了外层加工阶段就已经与多层刚性印制线路板的加工大同小异了。所谓大同,指的是所使用的自动化设备和工序相同;至于小异,是由于多层刚挠结合印制电路在叠层过程中产生的表面凹凸不平程度远远超过了多层刚性印制线路板的表面,因此加工的难易程度、精度控制的尺度有所不同。


因为日本的多层刚挠结合印制电路主要用于消费类电子产品,而欧美的多层刚挠结合印制电路,尤其是欧美发展早期的多层刚挠结合印制电路,多用于航空航天等高端科技产品,所以二者最初的立足点就不一样,也就造成了二者最初对于加工精度的要求不一样。发展至今天,于是乎就形成了日本的多层刚挠结合印制电路外层加工时,普遍采用张贴干式抗蚀膜法;欧美流行的却是反蚀刻法。反蚀刻法,有的人习惯上又称之为防镀法,或者碱性腐蚀法。图5. 42 是日本普遍采用的干式抗蚀膜法形成多层刚挠结合印制电路外层导体图形的工艺流程图,图5.43 是该工艺的示意图。图5.44 是欧美流行的用反蚀刻法形成多层刚挠结合印制电路外层导体图形的工艺流程图,图5.45是其工艺示意图。

在上述导体图形形成后,出于方便表面组装时候焊接工艺的考虑,导体图形的非焊接部位要用阻焊薄膜保护起来。图5. 46 是一种可用于粘贴挠性印制电路表面阻焊薄膜或者多层刚挠结合印制电路表面阻焊薄膜的设备照片。

 

 

多层刚挠结合印制电路中裸露的铜宿导体需要进行适当的表面处理,处理的方法包括防止生锈、增加导电性能或者机械性能的镀锡等方式,在接插处则镀镇之后再镀金。在覆盖层的表面有时候还要印刷标志。

八,外形加工
多层刚挠结合印制电路的最后一道工序是外形加工,而且外形加工一般都是在如图5.47 所示的数控外形加工设备中进行的。外形加工的过程主要是将多层刚挠结合印制电路从作为夹持层材料的整块刚性原板上切割出来,由于在垫块部分预先加工有沟槽,因此该过程相对而言比较简单,见图5.48 。

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