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汽車FPC廠講FPC材料有哪些特性?

2023-11-24 02:13

汽車FPC廠講FPC又稱柔性電路板,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」之「軟」的特性,從材料、制程與關(guān)鍵組件的角度進行討論,同時說明軟板的使用限制。

 

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軟板FPC的產(chǎn)品特性,除了材料柔軟外,其實還有質(zhì)地輕盈、構(gòu)型為極?。瘶O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,反而在小電流、小功率的消費性電子產(chǎn)品,軟板的使用量則相當(dāng)大。

 

因為軟板的成本仍受關(guān)鍵材料PI的左右,單位成本較高,因此在進行產(chǎn)品設(shè)計時,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)計上,例如數(shù)字相機電子變焦鏡頭的軟板應(yīng)用,或是光驅(qū)讀取頭電子電路的軟板材料,都是因應(yīng)電子組件或是功能模塊必須運動運行、硬質(zhì)電路板材質(zhì)較無法配合的狀況下,實行軟板電路進行設(shè)計的實例。

 


早期多用于航天、軍事用途 今在消費性電子應(yīng)用大放異彩

 

在60年代,軟板的使用就相當(dāng)常見了,當(dāng)時軟板成品單價高,雖有質(zhì)輕、可彎曲、薄小特性,但單位成本仍高居不下,當(dāng)時僅用于高科技、航天、軍事用途為多。90年代后期軟板開始大量于消費性電子產(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、日主要供貨商控制下,加上材料的限制,讓軟式電路板的成本居高不下。

 

PI又稱「聚亞酰胺」,在PI之中從它耐熱性,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之物質(zhì),不融材料特性在生產(chǎn)時無法射出成形,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就是屬于此類材料,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,可進行含浸材料之積層成形、壓縮成形、或利用遞模成形。

 


FPC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之多層回路電路基板的基材,全芳香族的材料,在使用中之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(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)異之耐藥品性,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(xiàn)。此外bismale型PI之摩擦磨耗特性表現(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)PC基板的結(jié)構(gòu)組成也是一大關(guān)鍵,F(xiàn)PC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(gòu)成整體FPC。FPC的基板材質(zhì)具絕緣特性,一般常用聚酯(PET)、聚亞酰胺(PI)兩大材料,PET或PI各有其優(yōu)/缺點。


FPC制作材料與程序 令終端可撓性能改善

 

FPC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、改變其形狀,采折迭、撓曲設(shè)計組立,同時FPC設(shè)計可用來防止電子設(shè)備的靜電干擾問題。而使用軟性電路板,若不計成本,讓產(chǎn)質(zhì)量直接在軟板上進行架構(gòu),不只設(shè)計體積相對縮小,整體產(chǎn)品的體積也可因板材特性而大幅減輕。

 

FPC的基板結(jié)構(gòu)相當(dāng)簡單,主要由上方的保護層、中間的導(dǎo)線層,在進行大量生產(chǎn)時軟質(zhì)電路板可搭配定位孔進行生產(chǎn)程序?qū)ξ慌c后處理。至于FPC的使用方式,可依空間需要改變板材形狀,或用折迭形式使用,而多層結(jié)構(gòu)只要在外層采抗EMI、靜電阻隔設(shè)計形式,軟性電路板還可做到高效EMI問題改善設(shè)計。

 

而在電路板的關(guān)鍵線路上,F(xiàn)PC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FPC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(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、接著強度高等優(yōu)點,但其絕緣電性較差,而在FPC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 可用補強與整合設(shè)計改善材料表現(xiàn)

 

在FPC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(yè),大致在FPC的孔位預(yù)先完成后,始進行光阻材料涂布處理,涂布完成即進行FPC的曝光顯影程序,預(yù)先將準(zhǔn)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(yè),此時蝕刻至一定程度令導(dǎo)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FPC基層與蝕刻完成之銅箔表面,再進行覆蓋層的貼附加工。

 

完成上述作業(yè),F(xiàn)PC大致已有80%完成度,此時我們還須針對FPC的連接點進行處理,如增加開孔的導(dǎo)焊處理等,接著再進行FPC的外型加工,例如利用雷射切割特定外型后,若是FPC為軟硬復(fù)合板材、或是需與功能模塊進行焊合處理時,在此時再進行二次加工處理,或是搭配補強板加工設(shè)計。

 

FPC的用途相當(dāng)多元,而且制作難度并不高,唯獨FPC本身無法制作過于繁復(fù)、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FPC的撓曲時,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,唯有大量數(shù)據(jù)傳輸接口、或不同功能載板的數(shù)據(jù)I/O傳輸連接,才會使用FPC來進行板材連接。

 

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