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善用FPCB軟式印刷電路板材料特性進(jìn)行功能設(shè)計(jì)

發(fā)布時(shí)間 :2018-06-12 15:15 閱讀 : 來源 :技術(shù)文章責(zé)任編輯 :深圳宏力捷PCB制板部
FPCB的可撓曲特性,可因應(yīng)多種設(shè)計(jì)目的進(jìn)行電路連接。
FPCB的可撓曲特性,可因應(yīng)多種設(shè)計(jì)目的進(jìn)行電路連接。
 
FPCB在消費(fèi)性電子的使用量越來越多,除了是目前市場對于電子產(chǎn)品的外型設(shè)計(jì)更加要求外,現(xiàn)有的PCB、HDI多層電路板材質(zhì)限制,較無法因應(yīng)多變外型結(jié)構(gòu)達(dá)到適應(yīng)性設(shè)計(jì),即便FPCB在電路密度未能達(dá)到PCB水淮,但在多數(shù)消費(fèi)性電子中已成無法減省的關(guān)鍵料件。
 
FPCB(Flexible Printed Circuit Board)軟式印刷電路板,在結(jié)構(gòu)上的軟性特質(zhì),讓其可適應(yīng)多種撓曲角度而不用擔(dān)心載板破裂斷裂,而在彈性設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)下,也讓FPCB在電子產(chǎn)品的設(shè)計(jì)趨勢下占有不可或缺的關(guān)鍵角色。
 
FPCB并非可無限制撓曲,為避免過度撓曲拉扯造成銅箔斷裂,一般在較長條型板材會貼附補(bǔ)強(qiáng)貼片。
FPCB并非可無限制撓曲,為避免過度撓曲拉扯造成銅箔斷裂,一般在較長條型板材會貼附補(bǔ)強(qiáng)貼片。
 
FPCB可作為多片功能載板的連接軟式板材。
FPCB可作為多片功能載板的連接軟式板材。
 
針對需要大幅撓曲應(yīng)用的特殊結(jié)構(gòu)造型,F(xiàn)PCB可進(jìn)行彈性雷射裁型,讓FPCB材料的撓曲能力更佳。
針對需要大幅撓曲應(yīng)用的特殊結(jié)構(gòu)造型,F(xiàn)PCB可進(jìn)行彈性雷射裁型,讓FPCB材料的撓曲能力更佳。

 運(yùn)用驗(yàn)證設(shè)備,可以快速檢驗(yàn)FPCB制品是否符合制造要求,尤其是開路、短路進(jìn)行高效率的重復(fù)驗(yàn)證,利用驗(yàn)證設(shè)備將可事半功倍。
運(yùn)用驗(yàn)證設(shè)備,可以快速檢驗(yàn)FPCB制品是否符合制造要求,尤其是開路、短路進(jìn)行高效率的重復(fù)驗(yàn)證,利用驗(yàn)證設(shè)備將可事半功倍。
 
FPCB又稱柔性印刷電路板,也有簡稱「軟板」,與硬質(zhì)、無法撓曲使用的PCB或HDI,形成一軟、一硬的鮮明材料特質(zhì)對比,在現(xiàn)今電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)中,已經(jīng)成為相當(dāng)常見的軟、硬互用的混合使用彈性,而本文將針對「軟板」的「軟」的特性,從材料、制程與關(guān)鍵元件的角度進(jìn)行討論,同時(shí)說明軟板的使用限制。
 
軟板FPCB材料特性
軟板FPCB的產(chǎn)品特性,除了材料柔軟外,其實(shí)還有質(zhì)地輕盈、構(gòu)型為極???極輕的結(jié)構(gòu),材料可以經(jīng)多次撓曲而不會出現(xiàn)硬質(zhì)PCB的絕緣材斷裂狀況,而軟板的軟性塑料基材與導(dǎo)線布設(shè)方式,讓軟板無法因應(yīng)過高的導(dǎo)通電流、電壓,因此在高功率的電子電路應(yīng)用上幾乎看不到軟板設(shè)計(jì),反而在小電流、小功率的消費(fèi)性電子產(chǎn)品,軟板的使用量則相當(dāng)大。
 
因?yàn)檐洶宓某杀救允荜P(guān)鍵材料PI的左右,單位成本較高,因此在進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí),通常不會以軟板作為主要載板使用,而是局部地應(yīng)用需要「軟」特性的關(guān)鍵設(shè)計(jì)上,例如數(shù)位相機(jī)電子變焦鏡頭的軟板應(yīng)用,或是光碟機(jī)讀取頭電子電路的軟板材料,都是因應(yīng)電子元件或是功能模組必須運(yùn)動運(yùn)行、硬質(zhì)電路板材質(zhì)較無法配合的狀況下,采行軟板電路進(jìn)行設(shè)計(jì)的實(shí)例。
 
早期多用于航太、軍事用途 今在消費(fèi)性電子應(yīng)用大放異彩
在60年代,軟板的使用就相當(dāng)常見了,當(dāng)時(shí)軟板成品單價(jià)高,雖有質(zhì)輕、可彎曲、薄小特性,但單位成本仍高居不下,當(dāng)時(shí)僅用于高科技、航太、軍事用途為多。90年代后期軟板開始大量于消費(fèi)性電子產(chǎn)品應(yīng)用,而2000年前后軟式電路板生產(chǎn)國以美國、日本為多,主要是軟板材料在美、日主要供應(yīng)商控制下,加上材料的限制,讓軟式電路板的成本居高不下。
 
PI又稱「聚亞醯胺」,在PI的中從它耐熱性,分子構(gòu)造的不同,可分成全芳香族PI、 半芳香族PI等不同構(gòu)造,全芳香族PI屬于直鏈型,材料有不融與不融和熱塑性的物質(zhì),不融材料特性在生產(chǎn)時(shí)無法射出成形,但材料卻可以壓縮、燒結(jié)成型,而另一種即可采射出成形生產(chǎn)。
 
半芳香族的PI,在Polyetherimide就使屬于此類材料,Polyetherimide一般具熱塑性,可射出成型進(jìn)行制造。至于熱硬化性的PI,不同的原料特性,可進(jìn)行含浸材料的積層成形、壓縮成形、或利用遞模成形。
 
FPCB板材原料具高耐熱、高穩(wěn)定度表現(xiàn)
在化學(xué)材料的最終成形產(chǎn)品方面,PI可作為墊圈、襯圈、密封材料使用,bismale型材料則可用在軟版的多層迴路電路基板的基材,全芳香族的材料,在使用中的有機(jī)高分子材料中是具備最高耐熱性的材料,耐熱溫度可達(dá)250~360°C!至于用做軟性電路板的bismale型PI,在耐熱特性會較全芳香族PI稍低,一般在200°C上下。
 
bismale型PI在力學(xué)材料特性表現(xiàn)優(yōu)異,受溫度變化極低,在高溫環(huán)境下也能保持高度穩(wěn)定狀態(tài)、蠕變變形極小、熱膨漲率??!而在-200~+250°C溫度范圍內(nèi),材料的變化量小,此外bismale型PI具優(yōu)異的耐藥品性,若以5%鹽酸于99°C進(jìn)行浸漬,其材料拉伸強(qiáng)度保持率仍可維持一定程度表現(xiàn)。此外bismale型PI的摩擦磨耗特性表現(xiàn)也極為優(yōu)越,用于容易磨損的應(yīng)用場合,也能具備一定程度的耐磨度。
 
除主要材料特性外,F(xiàn)PCB基板的結(jié)構(gòu)組成也是一大關(guān)鍵,F(xiàn)PCB為覆蓋膜(上層)作為絕緣與保護(hù)材料,搭配其中的絕緣基材、壓延銅箔、接著劑構(gòu)成整體FPCB。FPCB的基板材質(zhì)具絕緣特性,一般常用聚酯(PET)、聚亞醯胺(PI)兩大材料,PET或PI各有其優(yōu)/缺點(diǎn)。
 
FPCB制作材料與程序 令終端可撓性能改善
FPCB在產(chǎn)品中的用途相當(dāng)多,但基本上不外乎引線路、印刷電路、連接器與多功能整合系統(tǒng)等用途。若依功能則區(qū)分為可依空間設(shè)計(jì)、改變其形狀,采折迭、撓曲設(shè)計(jì)組立,同時(shí)FPCB設(shè)計(jì)可用來防止電子設(shè)備的靜電干擾問題。而使用軟性電路板,若不計(jì)成本,讓產(chǎn)品質(zhì)直接在軟板上進(jìn)行架構(gòu),不只設(shè)計(jì)體積相對縮小,整體產(chǎn)品的體積也可因板材特性而大幅減輕。
 
FPCB的基板結(jié)構(gòu)相當(dāng)簡單,主要由上方的保護(hù)層、中間的導(dǎo)線層,在進(jìn)行大量生產(chǎn)時(shí)軟質(zhì)點(diǎn)路板可搭配定位孔進(jìn)行生產(chǎn)程序?qū)ξ慌c后處理。至于FPCB的使用方式,可依空間需要改變板材形狀,或用摺迭形式使用,而多層結(jié)構(gòu)只要在外層采抗EMI、靜電阻隔設(shè)計(jì)形式,軟性電路板還可做到高效EMI問題改善設(shè)計(jì)。
 
而在電路板的關(guān)鍵線路上,F(xiàn)PCB的最上層結(jié)構(gòu)為銅,有分RA(Rolled Annealed Copper,熱軋退火銅)、ED(Electro Deposited,電沉積)等,ED銅的制造成本相當(dāng)?shù)?,但材料會較容易斷裂或出現(xiàn)斷層。RA (Rolled Annealed Copper)的產(chǎn)制成本較高,但其柔軟度表現(xiàn)較佳,因此在高撓曲狀態(tài)應(yīng)用的軟性電路板,大多以RA材料為多。
 
至于FPCB要成形,則需要透過接著劑將不同層的覆蓋層、壓延銅、基材進(jìn)行黏合,一般使用的接著劑(Adhesive)有壓克力(Acrylic)、環(huán)氧樹酯(Mo Epoxy)兩大類為主,環(huán)氧樹酯的耐熱性較壓克力為低,主要用于民生家用品為主,而壓克力雖然耐熱性高、接著強(qiáng)度高等優(yōu)點(diǎn),但其絕緣電性較差,而在FPCB制作結(jié)構(gòu)中,接著劑的厚度占整體厚度的20~40μm(微米)。
 
針對高度撓曲應(yīng)用 可用補(bǔ)強(qiáng)與整合設(shè)計(jì)改善材料表現(xiàn)
在FPCB的制程中,會先進(jìn)行銅箔與基板制作,進(jìn)行截?cái)嗵幚砗笤俨扇〈┛?、電鍍作業(yè),大致在FPCB的孔位預(yù)先完成后,始進(jìn)行光阻材料涂布處理,涂布完成即進(jìn)行FPCB的曝光顯影程序,預(yù)先將淮備蝕刻的線路進(jìn)行處理,完成曝光顯影處理后即進(jìn)行溶劑蝕刻作業(yè),此時(shí)蝕刻至一定程度令導(dǎo)通線路成形后,在于表面進(jìn)行清洗除去溶劑,這時(shí)為利用接著劑均勻涂布于FPCB基層與蝕刻完成的銅箔表面,再進(jìn)行覆蓋層的貼附加工。
 
完成上述作業(yè),F(xiàn)PCB大致已有80%完成度,此時(shí)我們還須針對FPCB的連接點(diǎn)進(jìn)行處理,如增加開孔的導(dǎo)焊處理等,接著再進(jìn)行FPCB的外型加工,例如利用雷射切割特定外型后,若是FPCB為軟硬復(fù)合板材、或是需與功能模組進(jìn)行焊合處理時(shí),在此時(shí)再進(jìn)行二次加工處理,或是搭配補(bǔ)強(qiáng)板加工設(shè)計(jì)。
 
FPCB的用途相當(dāng)多元,而且制作難度并不高,唯獨(dú)FPCB本身無法制作過于繁復(fù)、緊密的線路,因?yàn)檫^于細(xì)的電路會因?yàn)殂~箔截面積過小,若進(jìn)行FPCB的撓曲時(shí),很容易令內(nèi)部的線路出現(xiàn)斷裂,因此過于繁復(fù)的電路多半會利用核心的HDI高密度多層板處理相關(guān)電路需求,唯有大量資料傳輸介面、或不同功能載板的資料I/O傳輸連接,才會使用FPCB來進(jìn)行板材連接。字按鈕進(jìn)行在線轉(zhuǎn)換


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