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）
摘  要      随着ＴＷＳ蓝牙耳机的兴起，耳机ＰＣＢ主板从原始的硬板＋线缆连接逐步向高阶ＨＤＩ软硬
结板方向发展。本研究选取一款应用于ＴＷＳ蓝牙耳机的２阶ＨＤＩ软硬结合板，分享其工
艺路线、技术特点等一些关键技术。
关键词      TWS蓝牙耳机；刚挠结合板；HDI
中图分类号：TN41      文献标识码：A      文章编号：1009-0096（2020）12-0020-04
Research on product technology of R-FPCB for
TWS bluetooth headset
Yang Xianwei    Huang Jinzhi    Ye Hanxiong    Huang Shenrong Abstract With the development of TWS
Bluetooth headset, headphone PCB motherboard develops from original rigid board plus cable connection to high-level HDI Rigid-flex board. This study selects a 2 level HDI Rigid-flex board for TWS Bluetooth headset product and shares some key technologies such as process and characteristic technology.
Key words    TWS; R-FPCB; HDI
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 m m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P C B的硬板：0.5±0.1m m，F P C：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。
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CO 2激光机，
步骤：FPC 贴覆盖膜→激光开窗（CO 2）→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
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
1 2 3 4 5 6
7 8 9 10
11 12 13FPC流程
棕化
覆盖膜假贴
覆盖膜压合
胶带UV成型
预排
压合
外层干膜
激光正控
软区开盖
电测
贴补强
FQC
RTR工艺
贴专用带板
使用转帖膜贴合，贴合根据单元内对位标识
绿硅胶垫，上下放置TPX和绿硅胶垫进行压合
反贴胶带工艺
铁氟龙胶带辅助热熔，时间60 s
上下放置三合一+铝片，铝片靠近板，压合程式：Low flow
高低差问题，竖压，压力6 kg，速度1.2 m/min或60 H压辘
软硬交界边和连接位不同能量分层切割
指定专业人员，使用专用开盖工具
针型针测试
参考贴补强指示图纸
按照软硬结合板成品检验规范检验
（2）不能爆孔、披锋、毛刺，
等品质异常
（3）板面不允许折皱
板面不允许折皱、卡板
不能超过限位线
不能有气泡、偏位等异常
不能有气泡、折皱、脱落
热熔区不能发黑碳化、流胶进单元
跟芯板一张半固化片是贴胶带的，
其余半固化片为没贴胶带半固化片
/
不能有气泡、起皱等异常
1、软硬交界边不能伤覆盖膜，
切割深度不超过50 m m
2、连接位不能伤铜
（1）无刮伤、毛刺、掉油等
（2）pad表面不允许残胶、
半固化片粉尘等
/
不允许贴偏、漏贴，x板也要贴
/
间，保证整体具有足够的支撑力；
（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。
参考文献
宋建远，崇达技术股份有限公司[J]. 印制电路信息,2019，总第330期.
黄勉，激光钻机激光能力校正异常的研究和防范[J]. 印制电路信息,2019，总第330期.
第一作者简介
杨先卫，产品研发部资深工程师，致力于软硬结合、高频高速、5G相关产品开发。
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