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      善用FPCB軟式印刷電路板材料特性進行功能設計

      發布時間 :2018-06-12 15:15 閱讀 : 來源 :技術文章責任編輯 :深圳宏力捷PCB制板部
      FPCB的可撓曲特性,可因應多種設計目的進行電路連接。
      FPCB的可撓曲特性,可因應多種設計目的進行電路連接。
       
      FPCB在消費性電子的使用量越來越多,除了是目前市場對于電子產品的外型設計更加要求外,現有的PCB、HDI多層電路板材質限制,較無法因應多變外型結構達到適應性設計,即便FPCB在電路密度未能達到PCB水淮,但在多數消費性電子中已成無法減省的關鍵料件。
       
      FPCB(Flexible Printed Circuit Board)軟式印刷電路板,在結構上的軟性特質,讓其可適應多種撓曲角度而不用擔心載板破裂斷裂,而在彈性設計的結構下,也讓FPCB在電子產品的設計趨勢下占有不可或缺的關鍵角色。
       
      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強貼片。
      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強貼片。
       
      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用的特殊結構造型,FPCB可進行彈性雷射裁型,讓FPCB材料的撓曲能力更佳。
      針對需要大幅撓曲應用的特殊結構造型,FPCB可進行彈性雷射裁型,讓FPCB材料的撓曲能力更佳。

       運用驗證設備,可以快速檢驗FPCB制品是否符合制造要求,尤其是開路、短路進行高效率的重復驗證,利用驗證設備將可事半功倍。
      運用驗證設備,可以快速檢驗FPCB制品是否符合制造要求,尤其是開路、短路進行高效率的重復驗證,利用驗證設備將可事半功倍。
       
      FPCB又稱柔性印刷電路板,也有簡稱「軟板」,與硬質、無法撓曲使用的PCB或HDI,形成一軟、一硬的鮮明材料特質對比,在現今電子產品設計中,已經成為相當常見的軟、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、制程與關鍵元件的角度進行討論,同時說明軟板的使用限制。
       
      軟板FPCB材料特性
      軟板FPCB的產品特性,除了材料柔軟外,其實還有質地輕盈、構型為極???極輕的結構,材料可以經多次撓曲而不會出現硬質PCB的絕緣材斷裂狀況,而軟板的軟性塑料基材與導線布設方式,讓軟板無法因應過高的導通電流、電壓,因此在高功率的電子電路應用上幾乎看不到軟板設計,反而在小電流、小功率的消費性電子產品,軟板的使用量則相當大。
       
      因為軟板的成本仍受關鍵材料PI的左右,單位成本較高,因此在進行產品設計時,通常不會以軟板作為主要載板使用,而是局部地應用需要「軟」特性的關鍵設計上,例如數位相機電子變焦鏡頭的軟板應用,或是光碟機讀取頭電子電路的軟板材料,都是因應電子元件或是功能模組必須運動運行、硬質電路板材質較無法配合的狀況下,采行軟板電路進行設計的實例。
       
      早期多用于航太、軍事用途 今在消費性電子應用大放異彩
      在60年代,軟板的使用就相當常見了,當時軟板成品單價高,雖有質輕、可彎曲、薄小特性,但單位成本仍高居不下,當時僅用于高科技、航太、軍事用途為多。90年代后期軟板開始大量于消費性電子產品應用,而2000年前后軟式電路板生產國以美國、日本為多,主要是軟板材料在美、日主要供應商控制下,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,分子構造的不同,可分成全芳香族PI、 半芳香族PI等不同構造,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,不融材料特性在生產時無法射出成形,但材料卻可以壓縮、燒結成型,而另一種即可采射出成形生產。
       
      半芳香族的PI,在Polyetherimide就使屬于此類材料,Polyetherimide一般具熱塑性,可射出成型進行制造。至于熱硬化性的PI,不同的原料特性,可進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、高穩定度表現
      在化學材料的最終成形產品方面,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,在使用中的有機高分子材料中是具備最高耐熱性的材料,耐熱溫度可達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在力學材料特性表現優異,受溫度變化極低,在高溫環境下也能保持高度穩定狀態、蠕變變形極小、熱膨漲率??!而在-200~+250°C溫度范圍內,材料的變化量小,此外bismale型PI具優異的耐藥品性,若以5%鹽酸于99°C進行浸漬,其材料拉伸強度保持率仍可維持一定程度表現。此外bismale型PI的摩擦磨耗特性表現也極為優越,用于容易磨損的應用場合,也能具備一定程度的耐磨度。
       
      除主要材料特性外,FPCB基板的結構組成也是一大關鍵,FPCB為覆蓋膜(上層)作為絕緣與保護材料,搭配其中的絕緣基材、壓延銅箔、接著劑構成整體FPCB。FPCB的基板材質具絕緣特性,一般常用聚酯(PET)、聚亞醯胺(PI)兩大材料,PET或PI各有其優/缺點。
       
      FPCB制作材料與程序 令終端可撓性能改善
      FPCB在產品中的用途相當多,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等用途。若依功能則區分為可依空間設計、改變其形狀,采折迭、撓曲設計組立,同時FPCB設計可用來防止電子設備的靜電干擾問題。而使用軟性電路板,若不計成本,讓產品質直接在軟板上進行架構,不只設計體積相對縮小,整體產品的體積也可因板材特性而大幅減輕。
       
      FPCB的基板結構相當簡單,主要由上方的保護層、中間的導線層,在進行大量生產時軟質點路板可搭配定位孔進行生產程序對位與后處理。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,而多層結構只要在外層采抗EMI、靜電阻隔設計形式,軟性電路板還可做到高效EMI問題改善設計。
       
      而在電路板的關鍵線路上,FPCB的最上層結構為銅,有分RA(Rolled Annealed Copper,熱軋退火銅)、ED(Electro Deposited,電沉積)等,ED銅的制造成本相當低,但材料會較容易斷裂或出現斷層。RA (Rolled Annealed Copper)的產制成本較高,但其柔軟度表現較佳,因此在高撓曲狀態應用的軟性電路板,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、基材進行黏合,一般使用的接著劑(Adhesive)有壓克力(Acrylic)、環氧樹酯(Mo Epoxy)兩大類為主,環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、接著強度高等優點,但其絕緣電性較差,而在FPCB制作結構中,接著劑的厚度占整體厚度的20~40μm(微米)。
       
      針對高度撓曲應用 可用補強與整合設計改善材料表現
      在FPCB的制程中,會先進行銅箔與基板制作,進行截斷處理后再采取穿孔、電鍍作業,大致在FPCB的孔位預先完成后,始進行光阻材料涂布處理,涂布完成即進行FPCB的曝光顯影程序,預先將淮備蝕刻的線路進行處理,完成曝光顯影處理后即進行溶劑蝕刻作業,此時蝕刻至一定程度令導通線路成形后,在于表面進行清洗除去溶劑,這時為利用接著劑均勻涂布于FPCB基層與蝕刻完成的銅箔表面,再進行覆蓋層的貼附加工。
       
      完成上述作業,FPCB大致已有80%完成度,此時我們還須針對FPCB的連接點進行處理,如增加開孔的導焊處理等,接著再進行FPCB的外型加工,例如利用雷射切割特定外型后,若是FPCB為軟硬復合板材、或是需與功能模組進行焊合處理時,在此時再進行二次加工處理,或是搭配補強板加工設計。
       
      FPCB的用途相當多元,而且制作難度并不高,唯獨FPCB本身無法制作過于繁復、緊密的線路,因為過于細的電路會因為銅箔截面積過小,若進行FPCB的撓曲時,很容易令內部的線路出現斷裂,因此過于繁復的電路多半會利用核心的HDI高密度多層板處理相關電路需求,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來進行板材連接。字按鈕進行在線轉換


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