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FPC材料的特性都有哪些?

  • 2021-02-25 00:00
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  FPC材料的特性都有哪些?


  FPCB又称柔性印刷电路板,也有简称「软板」,与硬质、无法挠曲使用的PCB或HDI,形成一软、一硬的鲜明材料特质对比,在现今电子产品设计中,已经成为相当常见的软、硬互用的混合使用弹性,而本次中信华将针对「软板」之「软」的特性,从材料、制程与关键组件的角度进行讨论,同时说明软板的使用限制。


  软板FPCB材料特性

  软板FPCB的产品特性,除了材料柔软外,其实还有质地轻盈、构型为极薄/极轻的结构,材料可以经多次挠曲而不会出现硬质PCB的绝缘材断裂状况,而软板的软性塑料基材与导线布设方式,让软板无法因应过高的导通电流、电压,因此在高功率的电子电路应用上几乎看不到软板设计,反而在小电流、小功率的消费性电子产品,软板的使用量则相当大。

  因为软板的成本仍受关键材料PI的左右,单位成本较高,因此在进行产品设计时,通常不会以软板作为主要载板使用,而是局部地应用需要「软」特性的关键设计上,例如数字相机电子变焦镜头的软板应用,或是光驱读取头电子电路的软板材料,都是因应电子组件或是功能模块必须运动运行、硬质电路板材质较无法配合的状况下,实行软板电路进行设计的实例。


  应用范围

  在60年代,软板的使用就相当常见了,当时软板成品单价高,虽有质轻、可弯曲、薄小特性,但单位成本仍高居不下,当时仅用于高科技、航天、军事用途为多。90年代后期软板开始大量于消费性电子产品应用,而2000年前后软式电路板生产国以美国、日本为多,主要是软板材料在美、日主要供货商控制下,加上材料的限制,让软式电路板的成本居高不下。

  PI又称「聚亚酰胺」,在PI之中从它耐热性,分子构造的不同,可分成全芳香族PI、 半芳香族PI等不同构造,全芳香族PI属于直链型,材料有不融与不融和热塑性之物质,不融材料特性在生产时无法射出成形,但材料却可以压缩、烧结成型,而另一种即可采射出成形生产。

  半芳香族的PI,在Polyetherimide就使属于此类材料,Polyetherimide一般具热塑性,可射出成型进行制造。至于热硬化性的PI,不同的原料特性,可进行含浸材料之积层成形、压缩成形、或利用递模成形。


  FPCB板材原料具高耐热、高稳定度表现

  在化学材料的最终成形产品方面,PI可作为垫圈、衬圈、密封材料使用,bismale型材料则可用在软版之多层回路电路基板的基材,全芳香族的材料,在使用中之有机高分子材料中是具备最高耐热性的材料,耐热温度可达250~360°C!至于用做软性电路板的bismale型PI,在耐热特性会较全芳香族PI稍低,一般在200°C上下。

  bismale型PI在力学材料特性表现优异,受温度变化极低,在高温环境下也能保持高度稳定状态、蠕变变形极小、热膨涨率小!而在-200~+250°C温度范围内,材料的变化量小,此外bismale型PI具优异之耐药品性,若以5%盐酸于99°C进行浸渍,其材料拉伸强度保持率仍可维持一定程度表现。此外bismale型PI之摩擦磨耗特性表现也极为优越,用于容易磨损的应用场合,也能具备一定程度的耐磨度。

  除主要材料特性外,FPCB基板的结构组成也是一大关键,FPCB为覆盖膜(上层)作为绝缘与保护材料,搭配其中的绝缘基材、压延铜箔、接着剂构成整体FPCB。FPCB的基板材质具绝缘特性,一般常用聚酯(PET)、聚亚酰胺(PI)两大材料,PET或PI各有其优/缺点。


  FPCB制作材料与程序 令终端可挠性能改善

  FPCB在产品中的用途相当多,但基本上不外乎引线路、印刷电路、连接器与多功能整合系统等用途。若依功能则区分为可依空间设计、改变其形状,采折迭、挠曲设计组立,同时FPCB设计可用来防止电子设备的静电干扰问题。而使用软性电路板,若不计成本,让产质量直接在软板上进行架构,不只设计体积相对缩小,整体产品的体积也可因板材特性而大幅减轻。

  FPCB的基板结构相当简单,主要由上方的保护层、中间的导线层,在进行大量生产时软质点路板可搭配定位孔进行生产程序对位与后处理。至于FPCB的使用方式,可依空间需要改变板材形状,或用折迭形式使用,而多层结构只要在外层采抗EMI、静电阻隔设计形式,软性电路板还可做到高效EMI问题改善设计。

  而在电路板的关键线路上,FPCB的最上层结构为铜,有分RA(Rolled Annealed Copper,热轧退火铜)、ED(Electro Deposited,电沉积)等,ED铜的制造成本相当低,但材料会较容易断裂或出现断层。RA (Rolled Annealed Copper)的产制成本较高,但其柔软度表现较佳,因此在高挠曲状态应用的软性电路板,大多以RA材料为多。

  至于FPCB要成形,则需要透过接着剂将不同层的覆盖层、压延铜、基材进行黏合,一般使用的接着剂(Adhesive)有压克力(Acrylic)、环氧树酯(Mo Epoxy)两大类为主,环氧树酯的耐热性较压克力为低,主要用于民生家用品为主,而压克力虽然耐热性高、接着强度高等优点,但其绝缘电性较差,而在FPCB制作结构中,接着剂的厚度占整体厚度的20~40μm(微米)。


  针对高度挠曲应用 可用补强与整合设计改善材料表现

  在FPCB的制程中,会先进行铜箔与基板制作,进行截断处理后再采取穿孔、电镀作业,大致在FPCB的孔位预先完成后,始进行光阻材料涂布处理,涂布完成即进行FPCB的曝光显影程序,预先将准备蚀刻的线路进行处理,完成曝光显影处理后即进行溶剂蚀刻作业,此时蚀刻至一定程度令导通线路成形后,在于表面进行清洗除去溶剂,这时为利用接着剂均匀涂布于FPCB基层与蚀刻完成之铜箔表面,再进行覆盖层的贴附加工。

  完成上述作业,FPCB大致已有80%完成度,此时我们还须针对FPCB的连接点进行处理,如增加开孔的导焊处理等,接着再进行FPCB的外型加工,例如利用雷射切割特定外型后,若是FPCB为软硬复合板材、或是需与功能模块进行焊合处理时,在此时再进行二次加工处理,或是搭配补强板加工设计。

  FPCB的用途相当多元,而且制作难度并不高,唯独FPCB本身无法制作过于繁复、紧密的线路,因为过于细的电路会因为铜箔截面积过小,若进行FPCB的挠曲时,很容易令内部的线路出现断裂,因此过于繁复的电路多半会利用核心的HDI高密度多层板处理相关电路需求,唯有大量数据传输接口、或不同功能载板的数据I/O传输连接,才会使用FPCB来进行板材连接。

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