FPC材料具備怎樣的特性

FPCB又稱(chēng)柔性印刷電路板，也有簡(jiǎn)稱(chēng)「軟板」，與硬質(zhì)、無(wú)法撓曲使用的PCB或HDI，形成一軟、一硬的鮮明材料特質(zhì)對(duì)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(jiàn)的軟、硬互用的混合使用彈性，而本文將針對(duì)「軟板」之「軟」的特性，從材料、制程與關(guān)鍵組件的角度進(jìn)行討論，同時(shí)說(shuō)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?。瘶O輕的結(jié)構(gòu)，材料可以經(jīng)多次撓曲而不會(huì)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(wú)法因應(yīng)過(guò)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(huì)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)字相機(jī)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(yùn)動(dòng)運(yùn)行、硬質(zhì)電路板材質(zhì)較無(wú)法配合的狀況下，實(shí)行軟板電路進(jìn)行設(shè)計(jì)的實(shí)例。

早期多用于航天、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(jiàn)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、航天、軍事用途為多。90年代后期軟板開(kāi)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(guó)以美國(guó)、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(chēng)「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(shí)無(wú)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(lèi)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)行含浸材料之積層成形、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(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(huì)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、熱膨漲率小！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(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(chǎng)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）、聚亞酰胺（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(lái)防止電子設(shè)備的靜電干擾問(wèn)題。而使用軟性電路板，若不計(jì)成本，讓產(chǎn)質(zhì)量直接在軟板上進(jìn)行架構(gòu)，不只設(shè)計(jì)體積相對(duì)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(jiǎn)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(jì)形式，軟性電路板還可做到高效EMI問(wèn)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)停牧蠒?huì)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(guò)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(shù)酯（Mo Epoxy）兩大類(lèi)為主，環(huán)氧樹(shù)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(duì)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(huì)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)先將準(zhǔn)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基層與蝕刻完成之銅箔表面，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(duì)FPCB的連接點(diǎn)進(jìn)行處理，如增加開(kāi)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、或是需與功能模塊進(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(wú)法制作過(guò)于繁復(fù)、緊密的線路，因?yàn)檫^(guò)于細(xì)的電路會(huì)因?yàn)殂~箔截面積過(guò)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(guò)于繁復(fù)的電路多半會(huì)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(huì)使用FPCB來(lái)進(jìn)行板材連接。