穆敦发 王 盘
（上海嘉捷通电路科技股份有限公司，上海 ２０１８０７）
摘 要 刚挠结合印制板综合了刚性板和挠性板各自的优点，在电子电路技术中得到了广泛的应用。其工艺实现上主要的关键技术是材料匹配技术、多层板层间对位技术、层间互连技术以及软板区防损技术。 关键词 刚挠结合板；材料匹配；层间对位；层间互连
中图分类号：TN41 文献标识码：A 文章编号：1009-0096（2018）06-0058-06
The key technology of r-flex PCB process
Mu Dunfa Wang Pan
Abstract Rigid-flex Printed Circuit Board , which incorporates the merits of rigid PCB and flexible PCB, It is widely used in electronic circuit technology. The key technologies of the Rigid-flex PCB process ar
e material matching technology, multi-layer alignment technology, interconnection technology and prevention of damage technology in flex area.
Key words Rigid–Flex PCB; Material Matching; Multi-Layer Alignment; Interconnection
1 刚挠结合板的主要特点
印制电路板（PCB）在二十世纪初兴起，由于可以将各种电子元器件及电子零件通过板面导线的连通和层间电路的连结，实现电气讯号的传输，一举简化了原有的配线生产，大大促进了电子产业的发展。随着对电路板性能、功能要求越来越多，新的材料不断被开发，具有独特弯折性能的挠性电路也被使用。在第二次世界大战期间，德国科学家率先在坦克的炮塔和V2火箭中应用挠性电路材料，开始了挠性电路板的使用。二十世纪五十年代，美国缴获了一枚V2火箭进行研究，使得挠性电路技术由欧洲传到了美国，将挠性电路技术应用到航天领域中，从此也拉开了挠性电路板在航空航天和军事领域大规模应用的序幕。
目前，从简单的消费类电子产品到重要的航空航天装置，挠性电路板都成为一项关键技术。各种关键元器件，如医疗设备、键盘、驱动器、打印机、手机等等都应用了这项技术。挠性部分和刚性部分组合成的刚挠结合板（R-FPCB），也称之为软硬结合板，是一种兼具刚性PCB和挠性PCB特性的印制电路板。
刚挠结合板和传统的印制电路板比较有如下特点：
1.1 重量轻，介质薄，尺寸小
软板材料中没有增强材料，使用挠性电路能减少电子装配的重量。当其所占比重大时，其产品的重量减少可以高达75%，甚至更多。挠性材料一般使用耐热性好的PI（聚酰亚胺）材料，其介质厚度和常规材料相比可以做得更薄，而不会
降低耐热性、绝缘性。因此其介质薄，尺寸小，有利于小型化发展。
1.2 传输路径短，杂讯少，可靠性高
由于挠性材料具备弯折性，在互连设计上多种多样，信号传输路径可以做得更短，这样便于高频信号的传输，减少传输过程的信号损耗，因而可靠性更高。 1.3 可立体配线三维组装，依空间限制改变形状
挠性电路材料可以随意弯曲，因而可以克服常规刚性板的装配限制，实现立体配线功能，可以三维互连和封装，根据空间限制随意改变形状。
1.4 化学性能稳定，可靠性高。
挠性材料一般选用性能稳定的PI材料（挠性基材）、丙烯酸材料，化学性能稳定，具有优良的电性能和机械性能，可靠性高。
1.5 利于相关产品的设计，可减少装配时间及错误，并提高有关产品的使用寿命使用挠性材料设计，在各个方向上不受限制，可实现许多平面上设计难以获得的一些功能，同时减少产品的装配时间，降低装配费用。由于电路设计通过工艺过程实现，减少了手工安装的流程，从而大幅降低装配错误，提高产品的使用寿命。
1.6 大大改善产品的可靠性
软硬结合设计，特别是软板部分的设计灵活多样，连接器的数量大幅减少，设计空间更大，大大改善了产品的可靠性。
刚挠结合板由于其独特的性能，应用非常广泛，基本上涵盖了电子产品的各个领域。
2 刚挠结合板的工艺实现
2.1 刚挠结合板工艺流程
刚挠结合板工艺流程和常规的刚性板差不多，一样需要从内层图形制作到外层图形制作最后到外形铣
切等流程。由于有挠性板部分的存在，增加了一些流程，如挠性板基材覆盖膜（CVL）的层压，挠性板区盲铣揭盖等，且做法上有一些和常规刚性板完全不同（如图1）。事实上这些不同的地方正是刚挠结合板制作上最关键核心的地方，决定着刚挠结合板的功能实现以及产品的可靠性优劣。
具体而言，其工艺流程上首先是前期的工程
图1 刚挠结合板工艺流程
设计上要做好，包括叠层结构设计、挠性区的特殊设计，如最小弯折半径设计、弯折长度设计、防撕裂设计、不等长设计、避应力设计等。叠层结构设计上涉及到使用的板材合理匹配选择、层间叠构匹配、挠性区盲铣揭盖方式等方面。
其次要对刚挠结合区的钻铣、层压、图形制作、孔化电镀流程进行工艺上调整优化，使挠性
区和刚性区结合良好，无分层空洞等缺陷，可靠性满足要求。
刚挠结合板的主要关键技术包括：
（1）材料匹配技术：刚挠结合板涉及到软板基板、刚性FR-4基材、不流动半固化片、覆盖膜等多种材料的匹配。材料选择关系到产品的可加工性、可靠性等性能。
（2）多种材料层间对位及混压技术：刚挠结合板在一个纵向剖面上有多种物相，要达到良好的层间对位精度与粘结强度，除了材料选择，挠性板与硬板基材涨缩预防控制、层间定位方式、叠层结构设计以及前处理和压合工艺参数非常重要，需要进行多组工艺试验进行摸索。
（3）多层互连技术：刚挠结合板可能有多层互连、任意层埋盲孔互连等设计，涉及到不同物相的钻孔、孔金属化技术等关键技术，需通过工艺研发确保电镀孔壁与内层孔环间结合良好，以达到良好的层间互连。
（4）挠性板防损技术：利用现有常规硬板制作条件制造刚挠结合板，如何保护挠性板区免受制程中各种药水攻击、机械外力作用，确保挠性板区外观品质、耐弯折性要求、绝缘可靠性要求，将是刚挠结合板可靠性的关键。
2.2 刚挠结合板材料匹配技术
刚挠结合板材料主要由软板基材、覆盖膜和刚性板材料三部分组成。各部分根据材料的不同要求也不同。
2.2.1 挠性板基材选择
挠性板基材大体上可分为有胶和无胶两类，胶系一般是环氧系列或丙烯酸系列，其结构如图2所示。
对一般可靠性要求不是很高的，选用有胶挠性板基材即可。对高多层、高可靠性刚挠结合板需选用无胶板材，确保可靠性。
选材时需确认挠性板部分的挠折区是静态还是动态，挠曲半径大小，板材越薄越有利于提高动态弯折寿命。因此，刚挠结合板的挠曲性方面，挠性板尽量薄，有介厚要求的按照要求匹配挠性区厚度。
无胶板材目前主要有Dupont 公司的AP系列板材和Thinflex的A-type、W-type等系列。Dupont的AP系列板材有介质厚度0.05 mm和0.10 mm、铜箔厚度35 µm和18 µm。
2.2.2 覆盖膜选择
覆盖膜胶厚与软板的铜厚匹配，一般胶厚与铜厚相差不大， 18 µm铜选用25 µm胶厚覆盖膜，35 µm铜选用25 µm或50 µm胶厚覆盖膜，70 µm铜选用50 µm或75 µm胶厚覆盖膜。
为保证良好的动态挠折性，覆盖膜在允许的条件下越薄越好。在满足高可靠性要求方面（如航空航天用），优先选取Dupont的FR或LF系列覆盖膜。
2.2.3 刚性材料的选择
（1）刚性基材材料的选择。
根据板材耐热情况不同，板材选用中7g或高7g的FR4，以及更高7g的PI板材，常用刚性板材（见表1）。
（2）粘接材料的选择。
低流动度半固化片或无流动度半固化片（NFP），用于刚性板与软板、软板与软板之间的粘合，与硬板材料属于同一胶系，具有良好的工艺匹配性。常用的半固化片分为环氧型和聚酰亚胺（PI）型两种（见表2
）。
图2 软板基材结构图示
低流动度半固化片选用原则主要遵循以下两点：对于可靠性要求较高的刚挠结合板，可选Arlon 38N PI 型半固化片及Ventec VT447LF 环氧型半固化片，但遵循材料一致性原则，即刚性板若用PI 板材，PP 则需用PI 型半固化片；刚性板用环氧则PP 也采用环氧型PP 。
低流动度半固化片至少垫两张，若粘结的两面均无铜，可用一张，但若在与软板紧邻的次表层，为保证软硬结合区可靠性，避免贫胶，则应至少垫两张Pp 。
2.3 多种材料层间对位及混压技术
在刚挠结合板层压中用到多种材料，如
CVL 、挠性板材料、刚性板材料等。层间对位涉
及到图形制作的位置精度、层压对位精度以及钻孔定位精度，主要关键点是层压的对位精度。
（1）层压定位采取铆钉定位，由于在叠构中涉及到挠性板单片、刚性板单片，因而制作时挠性板单片首先需层压CVL ，层压CVL 后测长，根据测长涨缩再做其余刚性板单片的图形，通过涨缩调整确保在刚性板部分层压时各层图形的涨缩一致。
聚酰亚胺板材（2）刚挠结合板由于挠性板区凹陷，在叠板过程中需要加缓冲垫等缓冲材料（见图3）。
刚性板区开窗位置凹陷，为确保平整，在刚性板区开窗加PTFE
垫平，使挠性板区落差和刚性
2 TUC Tu752 180 FR4
3 SYC S1000 150 FR4
4 SYC S1000-2 180 FR4
5 Arlon 85N 260 PI
6 Nelco N7205-2HT 260 PI
7 Ventec VT90H 260
PI
R-1551V 1080 67% 150 Epoxy 1.0 mm~1.75 mm Ventec VT447LF 1067 72% 170 Epoxy 1.5 mm~2.0 mm VT447LF 1078 65% 170 Epoxy 1.5 mm~2.0 mm Arlon 38N 106 66% ≥200 PI 1.75 mm~2.0 mm 38N 1080 60% ≥200 PI 1.75 mm~2.0 mm
图3 加缓冲垫示意图
板区近似一样（见图4）。2.4 多层互连技术
多层互连技术主要是对钻孔以及电镀技术的控制。
（1）由于刚挠结合板用到的半固化片是不流动半固化片，流胶小，压合中用到缓冲材料，板面会出现局部高低不平的情况。此外，部分刚挠结合板设计上刚性板区本身厚度差异大，高低不平，因此在钻孔时对于局部薄的区域加酚醛板填平后钻孔（见图5）。钻孔参数上考虑到挠性板韧性好的特点，进刀速度以及回刀速度均做相应的下调。
图5 硬板区板厚高低不平示意图
（2）孔化电镀时需要控制以下几点：树脂粗化采取等离子体处理+化学去玷污方式，确保层间的镀铜可靠性连接。可靠性要求很高的应用（如航空航天应用）中要求通过处理后做出正凹蚀效果（凹蚀量5 µm~80 µm ），便于后续镀铜层包裹住突出的内层铜，确保可靠性。
孔铜厚度一般要求较厚，要采用小电流长时间电镀方式，有些还需中途掉头控制确保板面铜厚均匀性。
2.5 挠性板区防损技术
刚挠结合板的一些特别的功能，如3D 组装等主要是通过挠性板区来实现的。因此挠性板区需要进行特别管控，确保挠性板区完好。从生产工
图4 加PTFE的叠构
艺上来说主要是要防止挠性板区损伤。
（1）叠构设计上尽可能挠性板区不外露设计（见图6），在湿制程中挠性板区上用PTFE 等填充，在成型时通过控深铣方式进行。
图6 常见的软硬板叠构
（2）对于覆箔法叠构设计，挠性板上无法填充PTFE 等物（见图7），需要对挠性板上CVL 进行保护。
图7 挠性板区外露的覆箔法叠构
在做等离子体和去玷污处理时，对CVL 上的PI 膜有较强攻击，咬蚀后厚度变薄。如未做处理的FR0110规格的CVL 胶厚膜厚均未变，25 µm 左右；处理后的FR0110规格的CVL 胶厚未变，25 µm 左右，但膜厚只有13 µm 左右。
对挠性板区外露的CVL 上贴PI
胶带保护可以
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