FPC(柔性电路板)因其轻薄短小、可弯曲的特性,在现代电子产品中得到了广泛应用。然而,由于其机械强度较低,在使用过程中容易产生折痕、伤痕等问题。因此,FPC 补强工艺应运而生,通过增加特定区域的厚度和刚性,以提高 FPC 的耐用性和稳定性。
FPC补强的目的与原理
FPC补强的目的
增强机械强度:FPC 材质柔软,在手机折叠处、插拔接口等部位易变形断裂,补强可使其具备刚性,抵抗外力,延长使用寿命。如手机摄像头模组柔性连接线路,补强后能应对频繁升降拉扯,保障线路稳定。
提高安装稳定性:FPC 与元器件或外壳固定时,补强区域为固定方式提供着力点,保证安装牢固,避免移位影响电路连接。像笔记本电脑内部连接硬盘等部件的 FPC,经补强能保持精准连接位置。
改善散热性能:电子产品工作发热,FPC 导热有限,部分补强材料热导率好,贴合后可辅助散热,防止过热损害元器件,提升系统热稳定性。如高性能游戏机的 FPC,补强区域能助其长时间稳定运行。
柔性电路板补强的原理
材料特性协同:FPC 常用聚酰亚胺柔性基材,补强材料有不锈钢片、聚碳酸酯、玻纤板等,它们与 FPC 柔性互补。如智能手表表带连接 FPC 用薄型不锈钢片补强,兼顾耐磨高强度与佩戴舒适性。
物理附着增强连接:通过胶水粘贴、压合工艺将补强材料与 FPC 紧密结合,胶水固化形成化学键,压合使分子间距离减小,确保补强材料不脱落,实现可靠补强。如汽车电子控制系统 FPC 用高温固化胶水贴合玻纤补强板,适应高温环境。
结构支撑优化:补强材料覆盖 FPC 关键部位,形成复合结构,让应力分布均匀,避免应力集中损坏线路。如无人机飞控系统 FPC 与电机连接线路部分补强后,能应对飞行姿态变化与震动,保障飞行安全。
常见的 FPC 补强材料
1.聚酰亚胺(PI) :PI 是一种高性能工程塑料,具有优异的耐热性、机械强度和电绝缘性能。它广泛应用于航空航天、微电子等领域。PI 补强公差可控制在 +/-0.03mm,精度高,耐高温(130℃ -280℃),是 FPC 补强中常用的材料之一。例如,在智能手机的摄像头模组中,FPC 需要频繁弯曲和拉伸,使用 PI 补强可以有效防止 FPC 在使用过程中出现折痕和断裂,提高摄像头的稳定性和使用寿命。
2.FR4补强 :FR4 主要由玻璃纤维布和环氧树脂胶组成,具有良好的机械性能、尺寸稳定性和抗冲击性。如果厚度小于 0.1mm,公差可以控制在 +/-0.05mm;如果厚度大于 1.0mm,则公差为 +/-0.1mm。FR4 补强常用于需要额外刚性和强度的应用场合。比如,在平板电脑的触控屏连接部分,由于需要承受较大的压力和摩擦,采用 FR4 补强可以显著提高 FPC 的耐用性和可靠性。
3.钢片补强 :钢片补强主要指 303 不锈钢补强,具有高机械强度和支撑强度,但需要手工组装,过程复杂且成本较高。钢片补强通常用于特定的工业和军事应用。例如,在工业机器人中,一些关键部位的 FPC 需要承受较大的机械负荷,使用钢片补强可以确保 FPC 在恶劣环境下的稳定性和安全性。
4.环氧树脂 :环氧树脂通常作为补强板的粘合层材料,也可以用于制成补强板本身。它具有良好的机械性能和耐化学性,但其热性能相对较低。在一些医疗设备中,FPC 需要具备良好的生物相容性和耐化学腐蚀性能,环氧树脂补强可以满足这些特殊要求。
5.聚酯(PET) :PET 材料成本较低,具有良好的机械强度和耐化学性。虽然其耐热性不如聚酰亚胺,但在对温度要求不高的应用中,聚酯仍是常用的补强材料。例如,在智能手环等可穿戴设备中,FPC 的使用环境相对温和,使用 PET 补强可以降低成本的同时,保证产品的性能。
软板补强工艺流程
1.补强贴合 :
热压性补强:在一定温度下,补强胶片的热硬化胶开始熔化,使补强胶片粘在制品上,完成补强定位。
感压性补强:无需加热,补强胶片通过压力即可贴合在制品上。
2. 补强压合 :
热压性补强:利用高温将补强胶片的热硬化胶熔化,并利用适当压力或抽真空使补强胶片紧密贴合在制品上。
感压性补强:无需加热,制品经过冷压机压合即可。
3. 熟化 :针对热压性补强,压合时压力较小,时间短,补强的热硬化胶没有完全老化,需再经过高温长时间的烘烤,使胶完全老化,增加补强与制品的附着性。
4.使用设备 :冷藏柜、预贴机(C/F 贴合机)、手动贴合治具、真空机、80 吨快压机、冷压机和烘箱等。
FPC 补强设计注意事项
补强尺寸 :FPC 补强通常需要比焊盘单边大 1mm,以防止弯折时焊盘边缘产生折痕,导致线路开路。
材料选择 :选择合适的补强材料应根据 FPC 的具体应用需求、工作环境和机械性能要求来确定。
压合参数 :正确调整压合参数,控制压合时间,对提高 FPC 品质至关重要
FPC 补强工艺在提升柔性电路板耐用性和稳定性方面发挥着重要作用。通过选择合适的补强材料和工艺流程,可以有效增强 FPC 的机械强度,满足各种复杂的应用需求。