刚挠结合板模拟回流焊后分层改善分析.pdf

2023春季国际PCB技术/信息论坛284挠性和刚挠印制板技术 FPC and R-FPCB technology刚挠结合板模拟回流焊后分层改善分析 Paper Code:S-009 曹 杰 唐 鹏（无锡市同步电子科技有限公司，江苏 无锡 214135）摘 要 本文记录了某款刚挠结合板在模拟回流焊测试后出现的分层异常，并进行分层改善分析。通过FA分析，确认回流后分层为层压分层，对比层压生产加工流程、层压参数、材料叠层差异等，找到造成层压分层的显著因子上压温度点。针对显著因子设计试验进行专项改善，成功改善层压分层问题。关键词 刚挠结合板；模拟回流焊；层压分层 中图分类号：TN41 文献标识码：A 文章编号：1009-0096（2023）增刊-0284-05 Analysis on delamination improvement of rigid-flex after simulated reflow weldingCao Jie Tang Peng(P.C.B.A Electronic Technology(Wuxi)Co.,Ltd.,Wuxi Jiangsu 214135,China)Abstract This paper records the delamination abnormality of a rigid-flex board after the simulated reflow soldering test,and conducts delamination improvement analysis.Through FA analysis,it is confirmed that the stratification after reflow is the laminated layer.It compared the lamination production process,the compression parameters,the difference of the material lamination,etc.,and found the significant factors that cause the lamination-the upper pressure temperature.Special improvements were made for the significant factorial design experiment and successfully the problem of lamination delamination was improved.Key words Rigid-Flex Board;Simulate Reflow Soldering;Lamination0 前言由于刚挠结合板既可以提供刚性印制板应有的支撑作用，又有挠性板的弯曲性，所以能够满足三维组装的要求，使得电子组装件变得更加灵巧，轻便，大大减少了元件联装时过多的引线和焊点，大幅度提高了电子产品可靠性，从而推动了刚挠结合板在制造行业被广泛应用。而随着刚挠结合板轻便，薄小型化发展，它自身的可靠性更成为保证刚挠结合板被持久运用的主要因素之一1。本文主要通过对刚挠结合板在模拟回流焊后的分层进行分析研究，确认造成异常的主要原因，并进行改善。1 分层理论分析刚挠结合印制板是指一块印制板上包含一个或多个硬板区和一个或多个软板区，由硬板和软板有序地层压在一起组285挠性和刚挠印制板技术 FPC and R-FPCB technology2023春季国际PCB技术/信息论坛成，并以金属化孔形成电气连接。而由于软板区的需要，刚挠结合板需采用非支撑（无增强填料）的低流胶半固化粘结片（丙烯酸树脂等），它的玻璃化温度通常偏低且有较高的Z轴热膨胀系数，与硬板使用的半固化粘结片（改性环氧树脂）有较大差别2。低流胶半固化粘结片的设计原理是添加大量的流动性差的填料以降低材料的流动性，因此一般韧性很好，一般的剪切或搓揉等各种操作过程基本不掉树脂粉。但流动性低是低流胶半固化粘结片的最大优点，也是它的最大缺点。由于流胶量很低，层压过程中在线间距和表面填胶量较大处易出现空洞白斑3，温度应力作用下甚至出现分层等问题。2 模拟回流焊测试2.1 样品信息使用参数如下表1所示的刚挠结合板进行模拟回流焊测试。表1 样品基本信息表 图1 样品实物图2.2 回流焊测试条件（1）取样品过回流焊，回流焊的试验条件设定：无铅回流焊温度曲线见图（2），测试后先进行目检，确认有无分层起泡等缺陷；而后进行显微剖切检验，确认孔壁铜状况、孔壁铜与PI层结合状况、板件层间结合状况、覆盖膜状况、刚挠结合区情况等45。2.3 测试结果样品在模拟回流焊后进行显微剖切发现有明显的分层现象，见图3。2.4 结果分析通过异常图片确认全部为两张PP之间分层，可以判定为层压分层导致。层数 14L(4F10R)成品板厚 2.3 mm 基材类型 刚性:TU-752 挠性:AP9141R 半固化粘结片:VT-447 尺寸 140.0 mm175.0 mm 最小孔径 0.305 mm 过孔处理方式 油墨塞孔 表面处理方式 HASL 2023春季国际PCB技术/信息论坛286挠性和刚挠印制板技术 FPC and R-FPCB technology3 问题改善3.1 要因分析及异常排查从人、机、料、法、环等多方面对可能造成层压分层的要因分析，并结合板件生产流程和过程参数进行逐项排查。表2 层压分层原因排查汇总表 图2 无铅回流焊温度曲线分布表图3 样品在模拟回流焊后分层图片层压分层 因子 排查结果与跟进 人 用错 层压 参数 排除 用错缓冲材料 排除 叠板数量错误 排除 主材用错(半固化粘结片,基板)排除 机 抽真空异常 排除 升温异常 排除 温度均匀性异常 排除 压力异常 排除 压力均匀性异常 排除 钢板翘曲 排除 料 牛皮纸异常(吸湿性,厚度)排除 PP异常(吸湿,过期)排除 PP或基材异物 排除 上压温度点过高 怀疑待验证因子 最高压力不合理 怀疑待验证因子 抽真空时间不合理 排除 叠板数量不合理 排除 缓冲材料不合理 排除 环 温湿度不合格 排除 洁净度不合格 排除 表2 层压分层原因排查汇总表 287挠性和刚挠印制板技术 FPC and R-FPCB technology2023春季国际PCB技术/信息论坛3.2 显著因子筛选根据可能的3个因子，结合常规压合参数和材料特性，设计一个3因子2水平3中心的全因子试验，单组测试试验板数量为10 pnl，以试验板模拟回流焊测试后合格（不分层）比例为结果响应，测试结果如表3所示。表3 显著因子筛选试验表图4 各影响因子的显著性分析及效应图根据分析结果判断，上压温度点的P值=0.0210.05，为显著因子。3.3 显著因子改善优化上述试验结果筛选出的上压温度点作为显著因子，进行线性拟合分析，结果如图5所示。根据拟合方程式，推测上压温度为58 时，合格（不分层）比例最高。3.4 改善效果验证法 升温速率过快 怀疑待验证因子 上压温度点过高 怀疑待验证因子 最高压力不合理 怀疑待验证因子 抽真空时间不合理 排除 叠板数量不合理 排除 缓冲材料不合理 排除 环 温湿度不合格 排除 洁净度不合格 排除 运行序 升温速率!/min 上压温度点!最高压力PSI 合格比例 1 3.5 60 350 0.9 2 2.5 40 400 0.5 3 4.5 40 400 0.6 4 2.5 80 300 0.3 5 2.5 40 300 0.5 6 3.5 60 350 0.9 7 4.5 80 300 0.4 8 4.5 80 400 0.3 9 2.5 80 400 0.1 10 4.5 40 300 0.6 11 3.5 60 350 0.9 2023春季国际PCB技术/信息论坛288挠性和刚挠印制板技术 FPC and R-FPCB technology图5 上压温度改善拟合线图根据以上改善分析结果，调整层压程序进行批量测试和效果验证，结果如表4所示。表4 层压分层改善验证试验从以上批量测试统计结果的改善数据来看，将上压温度点调整至58，可成功改善使用此刚挠结合板的层压分层问题。4 结语通过对刚挠结合板在模拟回流焊后分层的研究和改善，结论如下：当刚挠结合板使用低流胶半固化粘结片时，优化上压温度点可显著改变胶流量，增加半固化粘结片之间结合力，提升刚挠结合板在模拟回流焊后的可靠性，减少分层现象。参考文献1 侯利娟,曾平,陈晓宇.刚挠结合板层压分层研究J.印制电路信息,2013(S1).2 陈长生,伊竫,汤燕闽,等.提高刚挠结合多层印制板的可靠性C.第六届全国印制电路学术年会.3 袁欢欣,苏藩春.低流动度半固化片的压合技术研究及其产品应用开发C.CPCA2011春季国际PCB技术/信息论坛.4 GJB362B,刚性印制电路板通用规范S.北京:总装备军标出版发行部,2009.5 GJB7548,挠性印制板通用规范S.北京:总装备军标出版发行部,2012.第一作者简介曹杰，现于无锡市同步电子科技有限公司从事PCB高级工程师一职。曾在瀚宇博德科技有限公司有3年PCB工艺经验，在深南电路有限公司有3年封装基板工艺经验。生产参数 测试板数量 试验结果 上压温度58(其他压合参数不调整)480 pnl 模拟回流焊测试后均未分层 表4 层压分层改善验证试验