TWS蓝牙耳机刚挠结合印制板开发

杨先卫 黄金枝 叶汉雄 黄生荣

（惠州中京电子科技有限公司，广东 惠州 519029）

0 前言

TWS (True Wireless Stereo，真无线立体声）设备是指智能终端连接主耳机，并由主耳机通过无线方式向副耳机传输音频信号，实现左右声道独立使用的立体声音频的设备。传统的蓝牙连接方案只能实现终端与一个音频设备的连接，因此传统无线耳机都是头戴式或挂脖式，左右扬声器之间有线连接，由单主控芯片接收音频信号后分配给左右扬声器，而TWS耳机两个音频设备之间没有导线连接，在和终端连接时需要实现1对2的连接。

在2016年，苹果公司作为TWS耳机的引领者推出初代Airpods后，于2019年进一步推出大改版的AirPods Pro。随着产品品类的不断丰富和用户体验的持续提升，TWS耳机的出货量在2020年延续了高速增长的态势。根据旭日大数据和智研咨询的统计，2020年一季度全球TWS耳机出货量的同比增速在100%以上，展望2020全年，TWS耳机市场出货量有望突破2.3亿台，同比增速达78.29%。其中，中国品牌TWS耳机必将占据全球市场超过70%的市场份额，由此，中国的TWS2.0时代全新开启。

受惠于TWS蓝牙耳机普及及繁荣，印制电路板（PCB）产业也迎来了一个巨大的利益增长点，TWS蓝牙耳机重要组成部分PCB主板，目前都采用刚挠（软硬）结合，因为其轻便、小巧、可弯曲性、三维的互连组装特点深受各大家厂商欢迎。目前TWS蓝牙耳机主板采用的软硬结合方案，其具有以下技术特性：（1）四、六层结构；（2）1阶和2阶HDI；（3）0.025 mm软板+补强；（4）软板On pad设计；（5）多挠折位装配。

文章以一款应用于TWS蓝牙耳机的6层2阶HDI刚挠结合板为例，分析其制作难点及管控做了详细阐述。

1 产品解析

1.1 产品叠构（见图1）

图1 PCB产品叠构示意图

1.2 产品信息（见表1）

1.3 工艺流程

（1）L3-4 FPC流程：L3-4裁板→埋孔钻孔→等离子体清洗→埋孔电镀→L3-4图形→AOI→棕化→贴覆盖膜→激光开窗→等离子体清洗

（2）低流动度半固化片流程：半固化片裁切→背胶→激光切割→排废成型

（3）主流程：预排→L2-5压合→减铜→激光钻孔→AOI→埋孔钻孔→填孔电镀→L2-5图形→AOI→棕化→→埋孔塞孔→预排→L1-6压合→减铜→激光钻孔→AOI→埋孔钻孔→填孔电镀→外层图形→AOI→防焊塞孔→防焊→文字→激光控深→CNC（一）→开盖→化金→CNC（二）→UV成型→钢片补强→电测→FQC→包装

2 重难点解析

（1）拼板设计方案：首先考量拼板利用率需要85%以上，HDI类型板厚偏薄，硬板区0.5 mm，软板区0.18 mm，而且软板区域面积较大，多绕折位装配，开盖之后表面处理时水平线容易卡板，成品ET测试的时候，支撑力不够导致假点多，影响效率；

（2）挠性区焊接连接盘制作方案：焊接连接盘设计比较小，结合厂内实际生产能力评估相应的工艺方案；

（3）开盖方案评估：HDI介厚一般是100 μm左右，机械控深开盖风险比较高，对连接位和刚挠交界区需要考虑其他开盖方案。挠性区域面积较大，普通的半固化片开窗不适用，容易出现爆板分层问题。挠性区域有焊接连接盘设计，正贴胶带阻胶，胶带会污染连接盘，而且对准度差、溢胶大。

3 过程分析

3.1 拼板设计

此PCB的硬板：0.5±0.1 mm，FPC：0.18±0.05 mm，硬板区域月牙形状是厚0.5 mm刚性基板，其它位置是厚0.18 mm挠性基板（见图2）。

实际生产过程中，对比两者拼板方案如下。

（1）在实际生产过程中，这种方案含出现较多的问题，铣板后过水平线时，因为支撑力不够卡板比较严重，报废率较高，电测时假点也比较多，效率非常低（见图3）。

（2）第二种方案单元之间增加废料区域间接连接，所有流程比较顺畅（见图4）。

在拼板设计阶段，不仅仅需要考虑利用率，也需要考虑可制造性，针对不同的图形设计，尤其是挠性区分布较多的图形，连接位的分布，避免单元板直接连接，任意两个单元板中间保留足够的废料空间，保证整体具有足够的支撑力。

表1 PCB产品信息

图2 TWS耳机主板实样（左）和外形图（右）

图3 初始拼板图

图4 调整后拼板图

3.2 挠性区焊接盘制作方案

挠性区位置有较多的焊接盘设计，不允许残留胶渣、异物等，否则会影响焊接品质。根据厂内实际情况，采取激光在覆盖上开窗方案。激光参数对其开窗品质影响较大，如果覆盖膜清除不干净，将会严重影响后续化金品质，本次采取不同的激光参数进行测试。

测试设备：三菱CO2激光机，

步骤：FPC贴覆盖膜→激光开窗（CO2）→退膜→化金

结果使用参数：脉冲宽度2 μs，基准能量1 mJ，脉冲数量2 shoot，经批量生产，化金之后连接盘表面品质合格。

3.3 开盖方案设计

（1）根据产品结构，2阶6层HDI板的介厚约0.10 mm，挠性区有焊接盘设计，介厚偏薄无法采用传统的半固化片开窗方案，也无法采用传统的正贴胶带阻胶工艺，结合以上两点本产品将采用反贴胶带工艺制作。反贴胶带工艺路线如图5所示。

图5 反贴胶带工艺路线

反贴胶带工艺中，两个关键点需要特别管控：

①背胶参数设置，温度压力和速度为关键参数，参数设置不当会导致贴膜起皱、脱落。从而影响后制程无法开窗，产品报废。目前设置温度：80 ℃，压力0.5 Mpa，速度3 m/min。

②背胶产品UV切割，需要进行不同能量分层切割，首先用大能量钻出3.175 mm半固化片定位孔，小能量切割胶带但不能切穿PP。

（2）成品板厚0.5 mm，L1-3，L6-4厚度0.15 mm，采用传统的机械控深盲铣，很容易铣伤覆盖膜，此板将采用激光控深方案，有两个关键位置需要重点管控，刚挠交界边和连接位，这两个位置需要不同能量进行分层切割。刚挠交接位置L1-3和L6-4全部掏空铜皮，需要使用非常精准的能力，保证易于开盖且不伤及覆盖膜，根据设备能力保证残厚最小0.05 mm即可，连接位位置L3和L4铺铜设计，激光直接打到铜面位置即可，此处控制比较容易。

3.4 其它工艺管控

其它工艺管控要求见表2。

4 总结

通过这款TWS蓝牙耳机HDI刚挠结合板制作过程，关键工艺管控要求总结如下：

（1）针对不同的图形设计，尤其是挠性区分布较多的图形，连接位的分布需避免单元块之间直接连接，任意两个单元中间保留足够的废料空间，保证整体具有足够的支撑力；

表2 其它工艺管控要求

（2）FPC焊接盘制作，控制激光烧蚀能量，保证覆盖膜清除干净，焊盘表面品质优良；

（3）HDI薄板层压半固化片采用反贴胶带工艺便于开盖，UV切割，需要进行不同能量分层切割；

（4）开盖采用激光控深方案，有两个关键位置需要重点管控，刚挠交界边和连接位，这两个位置需要不同能量进行分层切割，设计阶段，刚挠交接位置全部掏空铜皮,需要使用非常精准的激光能量，保证易于开盖且不伤及覆盖膜，根据设备能力保证残厚最小0.050 mm即可。