半挠性印制板弯折能力研究.pdf

2023年7月第4期94肖鑫 钱俊发 樊廷慧 唐宏华 王斌(惠州市金百泽电路科技有限公司，广东 惠州 5 1 6 0 8 3)(深圳市金百泽电子科技股份有限公司，广东 深圳 5 1 8 0 0 0)性印制板作为刚挠结合板的一个分支，近几年也受到越来越多的关注和重视。半挠性印制板是一种在刚性印制板基础上制作出的具有局部弯折能力的特殊印制板，既可以提供刚性印制板的支撑作用，又可根据产品的需求进行局部 45、90、180弯折，相对于只需要静态弯折安装的印制板而言，半挠性印制板是当前最佳的选择。半挠性印制板的弯折能力，受材料厚度、随着电子技术的不断演进，高密度化和微型化成为电子产品的发展趋势，能够满足三维安装的挠性板和刚挠结合产品，在微型化中得到了迅猛发展。半挠半挠性印制板弯折能力研究Research on Bending Ability of Semi-flexible BoardXiao Xin,Qian Junfa,Fan Tinghui,Tang Honghua,Wang Bin【摘要】半挠性印制板作为刚挠结合板的一个分支，基于刚性多层板技术，使用可弯折的半挠性材料来制作，不需使用价格高昂的 P I 类挠性材料，能降低材料成本及加工难度，同时提供更好的组装密度。本文针对半挠性产品的特殊应用，对半挠性印制板的弯折能力进行研究及实验，分别研究半挠性区域宽度、线路密度、半挠性材料厚度、覆盖膜厚度等因素对半挠性印制板弯折能力的影响，通过工艺验证确认不同设计半挠性印制板弯折能力，为半挠性印制板制作提供加工依据，保证半挠性产品可靠性。A b s t r a c t S e mi-f l e x i b l e p r i n t e d c i r c u i t b o a r d,a s a b r a n c h o f r i g i d-f l e x i b l e c o mp o s i t e b o a r d,i s ma d e o f f l e x i b l e s e mi-f l e x i b l e ma t e r i a l s b a s e d o n r i g i d mu l t i-l a y e r b o a r d t e c h n o l o g y,wi t h o u t u s i n g e x p e n s i v e P I f l e x i b l e ma t e r i a l s,wh i c h c a n r e d u c e ma t e r i a l c o s t a n d p r o c e s s i n g d i f f i c u l t y,a n d p r o v i d e b e t t e r a s s e mb l y d e n s i t y.I n t h i s p a p e r,a i mi n g a t t h e s p e c i a l a p p l i c a t i o n o f s e mi-f l e x i b l e p r o d u c t s,t h e b e n d i n g a b i l i t y o f s e mi-f l e x i b l e p r i n t e d b o a r d s i s s t u d i e d a n d e x p e r i me n t e d.T h e i n f l u e n c e s o f t h e wi d t h o f s e mi-f l e x i b l e a r e a s,c i r c u i t d e n s i t y,t h i c k n e s s o f s e mi-f l e x i b l e ma t e r i a l s,t h i c k n e s s o f c o v e r i n g f i l m a n d o t h e r f a c t o r s o n t h e b e n d i n g a b i l i t y o f s e mi-f l e x i b l e p r i n t e d b o a r d s a r e s t u d i e d r e s p e c t i v e l y.T h e b e n d i n g a b i l i t y o f s e mi-f l e x i b l e p r i n t e d b o a r d s i s i mp r o v e d t h r o u g h p r o c e s s o p t i mi z a t i o n,wh i c h p r o v i d e s p r o c e s s i n g b a s i s f o r t h e ma n u f a c t u r e o f s e mi-f l e x i b l e p r i n t e d b o a r d s a n d e n s u r e s t h e r e l i a b i l i t y o f s e mi-f l e x i b l e p r o d u c t s.【关键词】半挠性板；弯折能力K e y Wo r d s S e mi-f l e x i b l e P C B;B e n d i n g a b i l i t y第一作者简介：肖鑫，男，从事 PCB 研发工作 10 年，现任金百泽电路研发高级工程师，主要负责新技术开发和新材料导入工作。0前言95PCB InformationJUL.2023 NO.4挠曲宽度、线路密度的影响较大，在某些应用领域受到一定的限制。本文主要针对影响半挠性印制板弯折能力的相关因素进行试验，分析实验数据，得出最优方案，提升产品弯折性能及可靠性。1.1 产品结构介绍半挠性印制电路板，主要由硬板层和半挠层组成，其制作过程主要为先分别制作硬板层和半挠性(挠性材料)层的线路图形，然后使用不流动半固化片将两者压合，在经过控深铣、激光揭盖形成可弯折的半挠性印制板，此次研究主要针对半挠性层位于最外层的半挠性印制板，半挠性层为双面芯板，其结构如下图 1所示。1半挠性印制板结构及弯折能力影响因子分析2 实验部分图 1半挠性印制板结构图 2 半挠性印制板弯折能力测试(1)根据测试因子及水平，设计 DOE 正交实验，方案如下表 3。2.2半挠性板弯折能力测试方法本文主要测试半挠性印制板 180的弯折能力，测试方法按照 IPC-6013A 中弯折试验规范，具体如下：拿住半挠性试板的一端，使它围绕芯轴弯折，然后回到起始位置，往一个方向弯折 180(图 2)，再往相反方向弯折 180(图 3)，以上动作完成为 1 次弯折测试，重复以上实验动作，直至半挠性区域发生断裂，统计弯折次数，弯折次数即为本文主要研究的半挠性印制板的弯折能力。1.2 弯折能力影响因子分析由上图 1 可知，半挠性印制板的弯折性主要由半挠性区域决定，而半挠性区域主要由覆盖膜、半挠性板材、油墨等构成，通过对影响半挠性印制板弯折能力的因子识别，忽略人、机、环等因素的影响，主要研究料和法对半挠性印制板弯折能力的影响，针对料(物料)和法(设计)进行层别，得出影响半挠性印制板弯折能力的可能原因如下表 1。表 1 半挠性板弯折能力可能影响因素表 2 弯折能力 DOE 测试因子和水平表 3 DOE 正交实验方案列别影响因子物料 半挠性板材类型及厚度、覆盖膜类型、铜箔设计 半挠性区域宽度、半挠性区域线路密度、成品铜厚、阻焊油墨因子 水平半挠性区域宽度(mm)41 02 0半挠性层板材厚度(mm)0.0 7 60.10.1 5半挠性区域线路宽度(mm)0.61.83覆盖膜厚度(m)3 7.55 06 2.5因子水平ABCD半挠性区域宽度(mm)半挠性板材厚度(mm)半挠性区域线路宽度(mm)覆盖膜厚度(m)1A 1(4)B 1(0.0 7 6)C 1(0.6)D 1(3 7.5)2A 1(4)B 2(0.1)C 2(1.8)D 2(5 0)3A 1(4)B 3(0.1 5)C 3(3)D 3(6 2.5)4A 2(1 0)B 1(0.0 7 6)C 2(1.8)D 3(6 2.5)5A 2(1 0)B 2(0.1)C 3(3)D 1(3 7.5)6A 2(1 0)B 3(0.1 5)C 1(0.6)D 2(5 0)7A 3(2 0)B 1(0.0 7 6)C 3(3)D 2(5 0)8A 3(2 0)B 2(0.1)C 1(0.6)D 3(6 2.5)9A 3(2 0)B 3(0.1 5)C 2(1.8)D 1(3 7.5)2.1 实验设计挑选部分影响半挠性印制板弯折能力的因子，包括半挠性区域宽度、半挠性板材厚度、半挠性区域线路、覆盖膜厚度四个因子设计实验来验证半挠性板弯折能力，测试因子和水平如下表 2。2023年7月第4期963.1 D O E实验结果按 DOE 正交实验条件分别制作试板进行弯折能力测试，统计各试板弯折次数，结果如下表 5。表 5 DOE 正交实验方案测试结果编号实验条件弯折次数半挠性区域宽度(mm)半挠性板材厚度(mm)半挠性区域线路宽度(mm)覆盖膜厚度(m)最大 最小 平均值1A 1(4)B 1(0.0 7 6)C 1(0.6)D 1(3 7.5)1 71 31 42A 1(4)B 2(0.1)C 2(1.8)D 2(5 0)1 391 13A 1(4)B 3(0.1 5)C 3(3)D 3(6 2.5)1 1794A 2(1 0)B 1(0.0 7 6)C 2(1.8)D 3(6 2.5)3 63 13 45A 2(1 0)B 2(0.1)C 3(3)D 1(3 7.5)3 42 73 06A 2(1 0)B 3(0.1 5)C 1(0.6)D 2(5 0)2 92 42 77A 3(2 0)B 1(0.0 7 6)C 3(3)D 2(5 0)9 37 88 68A 3(2 0)B 2(0.1)C 1(0.6)D 3(6 2.5)4 73 64 49A 3(2 0)B 3(0.1 5)C 2(1.8)D 1(3 7.5)6 75 46 3综合得分(A 1)3 4(B 1)1 3 4(C 1)8 5(D 1)1 0 7(A 2)9 1(B 2)8 5(C 2)1 0 8(D 2)1 0 1(A 3)1 9 3(B 3)9 9(C 3)1 2 5(D 3)8 5极差1 5 94 94 02 2最优方案A 3B 1C 3D 13.2 不同半挠性区域宽度对弯折能力的影响制作含 4mm、10mm、20mm 三种半挠性区域宽度，且半挠性板材厚度、线路宽度、覆盖膜厚度等因子一致的 PCB，分别使用 FPC 耐折性测试机进行弯折能力测试，统计半挠性区域不同宽度 PCB 弯折次数，结果如下图 4。从不同厚度半挠性板材 PCB 测试结果分析，半挠性板材厚度对半挠性 PCB 弯折能力的影响成反比，半挠性层厚度较薄的半挠性 PCB 弯折能力明显高于半挠性层较厚的半挠性 PCB。3.4 不同线路密度对半挠性板弯折能力的影响制作半挠性区域线路宽度(单条线路宽度*线路条数)分别为 0.8(5*0.15)mm、1.8(12*0.15)mm、3(20*0.15)mm 的半挠性板，其他因子均相同，半挠性板完成后从图 4 半挠性区域不同宽度 PCB 弯折能力测试结果可看出，随着半挠性区域宽度的增大，半挠性 PCB可弯折次数也大幅提升，半挠性区域宽度 4mm 的半挠性 PCB 弯折能力在 020 之间，半挠性区域宽度 20mm的半挠性 PCB 平均弯折能力在 6080 之间。3.3 不同厚度半挠性板材对弯折能力的影响为确定不同厚度半挠性基板对半挠性产品弯折能力的影响，分别测试三种不同厚度的半挠性板材，半挠性区域宽度、半挠性区域线路密度、覆盖膜厚度等因子一致，试板的弯折能力结果如图 5 所示。图 4 半挠性区域不同宽度 P C B弯折能力对比图 5 不同厚度半挠性板材 P C B弯折能力对比从 DOE 测试数据看，当半挠性区域宽度 20mm、半挠性板材厚度 0.076mm、半挠性区域线路宽度3mm、覆盖膜厚度 37.5m 时半挠性印制板的弯折次数最大，平均弯折次数为 86 次，即弯折能力最佳，且半挠性区域不同设计的半挠性印制板弯折能力有明显差异，影响半挠性印制板弯折能力的主要因素为半挠性区域宽度，其次为半挠性板材厚度、半挠性区域线路宽度和覆盖膜厚度。3结果与讨论图 3 半挠性印制板弯折能力测试(2)97PCB InformationJUL.2023 NO.4从不同线路密度的半挠性 PCB 弯折测试结果看，不同线路密度对半挠性PCB的弯折能力有一定的影响，小密度线路半挠性弯折能力优于大密度线路半挠性板弯折能力，但不明显，不同线路密度的半挠性板弯折能力在 5080 次之间。3.5 不同厚度覆盖膜对半挠性 P C B弯折能力的影响分别测试半挠性区域贴 37.5m、50m、62.5m三种不同的覆盖膜，半挠性板材厚度，线路密度、铜厚和半挠性区域宽度等其他影响因子均相同，弯折能力结果如下图 7。图 6 线路宽度对半挠性 P C B板弯折能力影响对比图 7 不同厚度覆盖膜半挠性 P C B弯折能力对比是很明显。但总体来说，使用较薄厚度的覆盖膜对半挠性板的弯折能力有一定的提升。(1)半挠性区域宽度、半挠性板材厚度、半挠性区域线路密度、半挠性区域覆盖膜厚度均会影响半挠性印制板的弯折能力，其中半挠性区域宽度对半挠性板弯折能力的影响最明显，为主要影响因素，半挠性区域设计宽度越窄，弯折能力越差；其次为半挠性板材厚度，不同厚度半挠性板材也会影响半挠性板弯折能力，厚度较薄板材的弯折能力明显优于较厚板材弯折能力；半挠性区域线路密度和覆盖膜厚度对半挠性板的弯折能力也有一定的影响，但不是很明显，相较于半挠性区域宽度和板材厚度的影响能力明显在下降，线路密度和覆盖膜厚度对半挠性板的弯折能力影响成反比，即厚度和线路宽度增大时，弯折能力会有一定程度的下降。(2)针对半挠性产品，需先识别半挠性区域宽度，当半挠性区域较窄时，需评估客户需求及自身加工能力能否加工出符合客户品质需求及可信赖的半挠性PCB产品，而半挠性产品在半挠性区域宽度、半挠性板材厚度和线路图形固定的情况下，使用较薄覆盖膜可提升产品弯折能力,保证半挠性产品的可靠性。参考文献1 何雪梅.semi-flex 印制板制作工艺研究 J.印制电路信息.2012.3:323-3272 黄锐.刚性基材应用于半弯折 PCB 的加工评估J.印制电路信息.2020.07:017-020(责任编辑 李雪梅)进行弯折能力测试，结果如下图 6。从以上测试结果看，半挠性区域使用厚度为37.5m 覆盖膜的半挠性板的弯折能力优于使用 50m和 62.5m 覆盖膜的半挠性板的弯折能力，不同厚度覆盖膜对半挠性 PCB 弯折能力有影响，但影响能力不4总结