提高刚挠结合印制板耐热性能制造方法

吴东坡 黄 华 安金平

（西安微电子技术研究所，陕西 西安 710600）

1 前言

挠性和刚挠结合印制板结构灵活、体积小、重量轻，还能作静态或动态挠曲、卷曲和折叠等。它能向三维空间扩展，既能够减少整机空间，又能减少装配工作量和提高电子设备可靠性。近年来，挠性和刚挠结合印制板在航天航空和军工电子设备中的应用范围拓展很快。随着各种恶劣环境应用增多，给刚挠结合印制板的耐温度冲击和可靠性提出了挑战，如何通过材料选择和完善制造工艺，提高刚挠结合印制板整板Tg值和耐热性能，增强刚挠结合印制板可靠性，成为刚挠结合印制板加工的新课题。

2 刚挠结合印制板传统加工方法

早期，刚挠结合印制板制造加工注重产品电连接性能和挠性可弯曲性能的功能性实现，产品满足后续焊接使用要求即可，对于产品的可靠性要求较低。

选用的聚酰亚胺覆铜板材（FCCL）通常是含胶的普通材料，这种含胶材料固化后的最高工作温度不超过200 ℃，能够满足一般电子设备对于耐热性能的要求。加工方法通常是，挠性内层导电图形制作完成后，表面整体压覆盖膜，然后与刚性材料混压。因此，挠性材料（覆铜板和覆盖膜）中的胶层不得不深入刚性部位内部。这种加工方法，在挠性内层制作中的工艺难度相对较低。最终制成的刚挠结合印制板，其结构如图1所示。

从上述结构示意图可以看出，传统方法加工的刚挠结合印制板，其刚性部位每含挠性层两层，将有四层胶层深入其中，尽管每层胶层厚度只有1 mil左右，但其固化后的Tg值通常低于100 ℃，而普通刚性材料的Tg值通常在140 ℃以上。所以含有胶层的刚挠结合印制板刚性部位的整体Tg值和耐热性能因此下降。刚挠结合印制板刚性部位通常是需要焊接和承载器件的。在焊接过程中，受热温度较高，普通的有铅焊接需要达到250 ℃左右，无铅焊接更是高达280 ℃甚至更高。较低的Tg值，会导致焊接过程中印制板爆板，或是产生Z轴热膨胀，引起金属化孔撕裂，出现电连接故障或电连接可靠性问题。

图1 刚挠部位10层、挠性部位4层刚挠结合板老结构示意图

3 提高刚挠结合印制板耐热性能的加工方法

通过前面的介绍可以看到，影响刚挠结合印制板耐热性能和可靠性的，主要是加工过程中胶层所致。完全使用无胶产品，实际上无法实现PI各层之间的粘结。那么，如何避免胶层的影响，成为提高刚挠结合印制板耐热性能和可靠性的关键。当前，在高性能刚挠结合印制板制造过程中，无胶聚酰亚胺覆铜板（FCCL）的使用日益广泛，一些国际品牌的无胶聚酰亚胺覆铜板，被认为是性能稳定、可靠性较高的高端产品，在航天航空及军工电子设备中大量使用。

挠性材料基本是由PI膜和胶组成的。PI的Tg值在170 ℃以上，能够与高Tg的刚性材料混压，而不会降低刚挠部位的耐热性能和环境适应性能。因此，对要求高Tg值的刚挠结合印制板，一般在刚挠结合部位不采用胶层压合，而用不流动型半固化片（no f low prepreg）或低流动型半固化片（low f low prepreg）进行压合。

但是，由于挠性线路必须采用覆盖膜进行防焊和保护，覆盖膜必定含有胶层，否则无法与挠性材料粘结。为了避免覆盖膜胶层深入刚性部位，刚挠结合印制板制造厂商在工艺方法上进行了改进，具体的方法就是，仅仅在挠性部位压覆盖膜，覆盖膜深入刚挠结合部位不大于2.54 mm，刚性部位完全由刚性材料、半固化片和无胶聚酰亚胺材料压合而成。这样，刚挠结合印制板中作为焊接和承载元器件的刚性部位，其所有材料的Tg值都可以在170℃以上，无论是焊接过程或后续使用过程，其耐热性能和可靠性大大提高。

这种新的工艺方法加工的刚挠结合印制板，在挠性内层制作中，由于需要对挠性部位局部选择性粘贴覆盖膜，所以工艺难度相对较大。最终制成的刚挠结合印制板，其结构如图2所示。

图2 刚挠部位10层、挠性部位4层刚挠结合板新结构示意图

从上述结构示意图可以看出，新工艺方法加工的刚挠结合印制板，其焊接和承.载元器件的刚性部位，完全不含挠性胶层，固化后的Tg值可达170 ℃，最高工作温度可达300 ℃，不仅可以满足有铅焊接250℃的温度要求，甚至是无铅焊接280 ℃的温度要求也完全可以满足。在后续使用过程中，能够适应更宽的温度冲击范围。刚挠结合印制板的整体可靠性也得以提高。

4 结语

随着材料性能的提高和工艺方法的改进，刚挠结合印制板整体性能和可靠性大大提高，完全能够适应航天航空和军工电子设备恶劣环境对其提出的高性能要求。由于刚挠结合印制板自身特点，能够为设计人员提供多种途径解决模块间互连问题，在整机小型化、多功能化和一体化方面具有无可比拟的优势。同时降低整机制造工艺难度和减少装配出错概率，因而在今后将广泛应用，其可靠性研究也将不断深入。

[1]杨朝志. 刚挠板挠性基材尺寸涨缩原因及控制措施[C]. 第四届全国青年印制电路学术年会论文, 2010.11.

[2]张家亮. 全球挠性印制板的市场及其技术研究[J].印制电路信息, 2011,10.