多层板的工程设计实践探讨范文

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1刚挠结合多层板的工程设计要点

R-FPCB的工程设计与传统的刚性PCB和挠性PCB的工程设计都不同，这是因为绝缘介质是将玻纤布和聚酰亚胺这两种的不同物质组合在一起，由于这些材料各具不同特性，在工程设计时就要考虑到生产工艺的调整和设计的配合。

1.1材料的选择

在R-FPCB的材料选择中包括基材和半固化片及覆盖膜，而基材又分为PCB基材和FPC基材，半固化片中就是PP和纯胶AD。因此工程设计需了解清楚所选择的材料特性。

1.1.1刚性PCB基材的特点

刚性PCB基材的Tg温度或耐热性能主要是由基材中所采用的树脂类型来决定的，一般说来，高的Tg温度有好的耐热性。随着PCB厚度或层数的增加，所选用的基材的Tg温度也随之提高。普通Tg的温度为130℃~150℃，高Tg的温度为150℃~200℃。

1.1.2PP的特点

PP是由玻纤布和环氧树脂组成的半固化状态物质，在高温高压的状态下压合多层板，此时PP中的环氧树脂开始融化和流动。PP有低流动量和高流动量两种，低流量的流胶小于1mm，高流量的流胶大于10mm。因此，在使用时必须考虑到树脂流动量的影响，在R-FPCB中需选择低流量的PP，以防止因流动量过大而导致挠性区变硬。

1.1.3FPC基材的特性

FPC的基材一般分为有胶基材和无胶基材两种。无胶聚酰亚胺基材的综合性能优于有胶聚酰亚胺基材，为确保产品的可靠性，R-FPCB多使用无胶聚酰亚胺基材。

1.1.4FPC纯胶的特点

FPC纯胶只是半固化状态的丙烯酸树脂胶，特点是无其它介质，厚度在0.013mm到0.05mm之间，胶的流动性小于0.2mm，在使用过程中只起到连结的作用，无任何绝缘的效果。

1.1.5不同材料的组合

R-FPCB其材料搭配不同，所产生的问题和效果也不一样。（1）PCB板材与FPC纯胶、覆盖膜及FPC有胶板材的组合。（2）PCB板材与FPC纯胶、覆盖膜及FPC无胶板材的组合。（3）PCB板材与PCB半固化片、覆盖膜及FPC有胶板材的组合。（4）PCB板材与PCB半固化片、覆盖膜及FPC无胶板材的组合。方式4的综合性能是最好的，为确保产品的可靠性，R-FPCB的材料组合上应使用方式4。

1.2线路图形的设计

R-FPCB的线路图形设计对于生产时有极为重要的影响，可以说是决定于每一个工序能否生产的基础，因为很多的信息是依靠在线路图形上反映出来的。

1.2.1FPC边框的设计

由于FPC的基材是柔软性，不能用刚性PCB的方式设计生产工艺边框。通常刚性PCB的边框是用圆点状的铜面设计给予压合是树脂充分的流胶和增强结合力，而FPC是将边框设计成45°角的铜面，并且每块基材的两面铜面刚好形成网格状。因为FPC柔软性的特点，若是设计成圆点状的铜面，FPC就会缺铜面的支撑力而收缩变形；若是两面的铜面设计成同一方向，FPC也会有变形的现象；而将两面铜面刚好形成网格状，刚好将两面的表面张力平衡，从而减少了FPC的变形。边框设计为45°角铜面的综合效果。

1.2.2FPC与PCB连接位的线路设计

R-FPCB测试时是好的，但经客户安装后使用时却发现有开路的现象，在表面上看不出问题，拆卸后检测又没有开路的情况。究其原因，是因为挠性区与刚性区连接点正好是FPC线路的转角位置，在安装时FPC部分需弯折，弯折产生应力的作用将FPC的线路拉断所致。当拆卸后，FPC不再弯折时，已断开的线路又接触在一起，故重新检测又没有开路现象。因此，在挠性区与刚性区连接点位置的线路尽可能与弯折方向垂直，这样有利于减少应力对线路的影响。

1.2.3覆盖膜的定位标识设计

由于R-FPCB的刚性部分没有覆盖膜，因此，在贴合时覆盖膜的定位将成为关键。这就需要在线路设计出覆盖膜的定位点，同时，此定位点不能在交货板内，以免改变了客户的原始设计要求。

1.3覆盖膜的设计

覆盖膜开窗的目的是为了满足孔化的需要，由于覆盖膜与挠性板之间是靠覆盖膜底层的丙烯酸树脂粘结在一起的，但丙烯酸树脂不耐碱，而且其稳定性也不如环氧树脂和聚酰亚胺。通过开窗将刚性区域的覆盖膜切除掉这样刚性区域的材料构成就少了覆盖膜的聚酰亚胺和丙烯酸树脂层给机械钻孔和孔化带来非常多的利好。

1.3.1覆盖膜在有效区（即交货给客户部分）的设计

基于覆盖膜具有优良的耐弯折性，所有挠性部分均需进行覆盖膜的保护，同时又不能将刚性部分全部覆盖，否则会对R-FPCB的可靠性带来影响。因此，在刚性和挠性的连接部分就需要达到既能保护FPC又不影响PCB的效果，影响此连接位的关键因素是覆盖膜从挠性区延伸到刚性区的尺寸是多少才是最合适。将覆盖膜对位偏差和PP的流胶量考虑后，设计连接部分的交接尺寸为0.4mm，这样就能到达理想的效果。

1.3.2覆盖膜在无效区（即非交货给客户部分）的设计

由于覆盖膜在R-FPCB中的刚性部分容易产生气泡和分层现象，为避免生产过程中产生不必要的缺陷，在非交货给客户部分的区域尽可能不要覆盖膜，以增强整体的结合力。

1.4半固化片的设计

半固化片在传统的多层板中只需按生产板的尺寸开料即可使用，而在R-FPCB即需要有一定的加工过程后才能使用。低流动性半固化片开窗的目的是为了将R-FPCB挠性区域的半固化片去掉，避免压合时将刚性板和挠性板压合在一起。

1.4.1半固化片的定位孔设计

由于PP需要进行开窗和叠合时的定位，就需要设计相应的定位孔。开窗时的定位孔需靠近开窗位的原则，一般设计成2.0mm，这样可以尽可能避免开窗时的偏差和做成PP操作上折痕；在叠合时需使用的工装定位孔和卯钉定位孔，需统一设计成3.25mm（使用的工装销钉为3.2mm，卯钉的尺寸为3.175mm），这样可以增加对位的精度。

1.4.2半固化片开窗位置的设计

PP的开窗主要是避让挠性区，以免压合时有PP与FPC结合在一起，从而失去柔软性。开窗的大小需根据覆盖膜的开窗和刚性区的位置去确定，这与PP的流胶量有极大关系。PP的第一个开窗是与覆盖膜完全对应，也就是使用同一个模具即可；而第二个开窗需比第一个开窗整体小0.4mm。

1.5刚性板的开窗

R-FPCB的刚性基材在挠性部分开窗有两种，一种是先开窗再做板，另一种是成品再开窗。

1.5.1成品时再开窗的特点

将R-FPCB设计为成品再开窗具有生产简单，但挠性区存在隐患的风险。若是使用激光去除挠性区的刚性基材，在激光的刚性板上会残留碳化的现象，同时成本比较高；若是使用Milling（磨削）的方式，由于高度差的问题，在刚性板的底部会残留锯齿状的FR-4现象。这样的残留物在使用过程中会对挠性板做成损伤，甚至会因此而断裂。

1.5.2先开窗再做板的优缺点

将R-FPCB设计为先铣去挠性区的刚性基材，在生产时开窗区域沉镀铜时容易产生铜粉、铜渣污染铜缸，同时对叠合和铣板的要求较高，不存在后续的风险，外观上较为漂亮。

2结语

R-FPCB的工程设计，需考虑的因素是多方面的。包括材料的选择，线路图形的设计，覆盖膜的设计，半固化片的设计，刚性板的开窗等。这些因素影响着R-FPCB生产的难易和产品良品率。由于R-FPCB的类型比较多样化，同时整体的制作工艺还不是很成熟，要根据各公司自有设备的基础上进行选择设计制作方式，根据自身的生产工艺能力选择设计合适的参数，以达到操作控制容易、生产效率高和成本低为目的。

作者：刘镇权单位：广东成德电路股份有限公司