超长多层分离式挠性印制电路板层压质量改善研究

张伟伟 石学兵 李 波 唐宏华 樊廷慧

（惠州市金百泽电路科技有限公司，广东 惠州 516083）

（深圳市金百泽电子科技股份有限公司，广东 深圳 518049）

0 前言

多层挠性电路板（FPCB）是将3层或更多层的单面或双面挠性电路板压合在一起，通过钻孔、沉铜电镀形成金属化孔，在不同层间形成电气互连的多层FPCB印制电路板，此类产品具有配线密度高、重量轻、厚度薄、弯折性好的特点，是当前电子产品小型化和模块连接一体化最主要的解决方案，在汽车、医疗、数码、航天等领域均有广泛应用。

目前行业内量产的FPCB大多用于消费类电子，以小型化、薄型化为主，但对于大型工控设备，为满足模块连接一体化要求，部分连接器的设计长度超过800 mm，对于此类超长的多层FPCB，在加工过程中容易出现层压偏移、内层涨缩不受控等品质缺陷，影响产品良率及可靠性，本文即对此类工艺问题进行技术研究。

1 超长多层FPCB层压加工难点解析

1.1 产品加工信息

产品加工信息表见表1所所示。

表1 产品加工信息表

1.2 加工难点解析

（1）客户叠层结构设计为四层FPCB，需经过压合、钻孔、沉铜电镀形成金属化孔；因挠性板材质非常软，缺乏支撑力，若按常规铆合方式压合，则层压时挠性板受高温高压挤压变形，易出现层压偏移，涨缩不受控等品质问题。

（2）客户要求产品挠性区为分离式设计，成品单件交货尺寸 20.5 mm×880.5 mm，中间挠性曲长度20.5 mm×800 mm，仅两端有互联，在结构上存在极大的空旷区域，如CAM（计算机辅助制造）资料拼板间距较小时，存在单元与单元之间无胶片黏结，后工序加工易造成挠性板起鼓分裂，导致出现分层藏药水现象。

2 超长多层FPCB层压质量改善研究

2.1 层压因素分析

采用鱼骨图分析法，对可能影响多层FPCB压合质量的因素进行判别，通过分析，在针对可能影响的因素通过单因素试验方法验证潜在原因，找到最终真因，并进行改善验证。

通过鱼骨图（图1）分析可知，影响多层FPCB压合质量的原因可能有，压合辅料使用错误、纯挠性板压合支撑度不够、工程拼板间距设计错误、压合方式错误等影响因素；

图1 原因分析鱼骨图

2.2 实验方案

为改善超多层FPCB压合质量问题，特采用DOE（实验设计），通过对影响超长多层FPCB层压质量主要因子（CAM资料拼板间距设计、层压辅助材料、压合方式设计）进行研究，设计实验方案如表2所示。

表2 测试方案设计

2.3 实验流程

工艺流程图见图2所示。

图2 工艺流程图

2.4 DOE

根据上述特征要因分析结果，结合生产控制的实际情况，主要考察以下3个因素：A（拼板间距设计）、B（压合方式）、C（压合辅料），通过3因素3水平进行对比测试，具体如表3所示。

表3 实验因素及水平表

2.5 DOE测试数据

DOE测试数据表见表4所示。

表4 DOE测试数据

2.6 数据分析

品质评分主效应图见图3所示。

图3 品质评分主效应图

2.7 测试小结

（1）从DOE测试数据及品质评分主效应图看，压合方式均值极差相差最大，为第一影响因素，其次排板间距为第二影响因素，压合辅料影响较小，为次要因素。

（2）综合DOE测试数据分析，最优方案为A3B3C1。测试数据见表5所示。

表5 最优实验方案

3 工艺验证

3.1 验证方案

为了确保多层FPCB压合的质量，需对最优方案进行压合实验验证，验证方案见表6所示。

表6 验证方案

3.2 试验板结构

按以上测试的最优方案做产品验证,实验板层压结构如图4所示。

图4 多层FPCB叠层结构

3.3 工艺优化设计

3.3.1 优化CAM文件拼板间距设计

将原CAM文件拼板（1 Pnl拼7单元）优化为（1 Pnl拼4单元），拼板间距由原10 mm加大至20 mm，单元之间增加PP黏结，减少中间空旷区域。

3.3.2 优化压合排板方式

压合前设计支撑板，与FPCB铆合在一起再压合，防止压合过程中产品受热压导致产品变形，层压偏移、涨缩无规律等，排板方式优化后如图5所示。

图5 优化层压排板方式

3.4 品质改善效果

3.4.1 层压偏移度

按最优方案，实验板压合后，检查板边对位环同心度良好，无层偏现象，如图6所示。

图6 压合品质改善效果

3.4.2 涨缩测量

产品压合后，测量涨缩值在0.03%以内，符合管控要求。测试数据如表7所示。

表7 钻孔涨缩数据

3.4.3 钻孔精度

产品钻孔后，X-RAY检查孔位对准度良好，无偏孔现象，改善效果如图7所示。

图7 钻孔品质改善效果

3.5 产品耐热性测试

对成品板进行热应力测试（288 ℃/10 s/浸锡3次），内层连接良好，无爆板分层及孔铜断裂现象，如图8所示。

图8 热应力测试效果

3.6 验证结果

采用最优加工方案，通过优化CAM拼板间距，优化压合排板方式，压合前设计支撑板与FPCB一起铆合再压合，对超长多层分离式结构FPCB的压合质量有明显改善，其涨缩可控，无层压偏移、层压白斑等品质不良，符合品质管控要求。

4 总结

本文主要针对超长多层分离式FPCB压合过程出现的一些质量问题进行工艺研究，通过优化工程拼板间距及压合排板方式等，有效改善了层压涨缩、层压偏移、层压分层及白斑等常见质量问题，为后续批量化生产奠定了技术基础。