随着移动电子薄型轻量化的发展,FPC的使用量大幅增加。安装空间越来越狭小,线路通过折叠安装,需要FPC静态180度耐弯折的要求(俗称死折)很高。如何在减薄FPC的同时,保持有较好的线路可靠性,对FCCL的耐死折提出了更高的要求。如何评价FPC的耐静态180度弯折性能,业界提出了很多手工测试方法,如有的公司采用压砝码法,在线路上面人工弯折后用砝码,再用人手展平,多次重复。但是由于方法的不规范性和标准,使得测试结果相差很大,对于材料研究只能提供半定量结果做评价数据。新日铁住金化学对无胶基材覆铜板的PI厚度与模量以及铜箔的拉伸模对静态180度折叠耐折性的影响,PI厚度在5~30微米,铜箔厚度在6~20微米,拉伸模量在25~35GPa,耐折叠性可以达到50次以上[1]。目前尚未看到覆盖膜的PI厚度与胶粘剂的厚度对FPC耐静态180度弯折性能的研究报道。

国家电子电路基材工程技术研究中心软性材料研究所承担软性电子电路基材的工程化研究,自行开发国内第一台FPC静态180度弯折试验机,用于挠性电路板基材的静态180度弯折(俗称耐死折性)可靠性研究。本文依托该新开发的设备进行了FPC耐静态弯折可靠性的研究,对于整机的FPC材料结构设计提供参照依据。

选用国外A公司和B公司的厚度7.5微米、9微米、10微米、11微米、12.5微米的不同类型的PI和生益开发的不同类型的胶粘剂体系和不同胶厚度做成的覆盖膜。

基材为生益科技SF202 1012DT无胶挠性覆铜板,铜箔为12微米反转电解铜箔,TPI厚度为25微米。

如图1所示。将无胶双面板一面制成如图的FPC图形,另一面铜箔全部蚀刻去,线路宽度与线间距为100微米/100微米,总共弯折10根线路,每根线路两端接一个电流表,控视线路的通断情况。

将制得的FPC线路,以不同结构的覆盖膜搭配压合,用快压机在180℃,100MPa的压力下快压120秒,再在160℃固化30分钟使覆盖膜胶完全固化,获得FPC样品。

由生益科技设计加工的静态180度弯折试验机,试验机具有一个可以下降限高的一个辊轮,在180度对折样品上进行限高0.3mm辗压,样品展平后辊压平整,并实时监控样品的通断情况。本试验测试,辊轮与平台的限高度为0.3mm。样品放在平台上面,一次将样品限高0.3mm辗压一次,压力重量为1公斤。辊轮辗压过拼排的三个样品。样品再次展平后,辊轮与平台间间距为0进行再次辗压平,一旦样品断裂,仪器记录每条线路的耐折断裂次数,直到所有样品断裂为止,如果三个样品的结果相差太大,则样品失效重新取样测试。

取三个样品的结果做平均值做判定。

用10、11、12.5微米厚PI分别涂相同的胶厚9微米制成覆盖膜,与FPC在180℃,100MPa快压120秒后,再固化160℃30分钟,测试FPC的耐静态弯折性,每个样品测三个,以平均值计算静态弯折次数。结果如表1所示。

从表1看出,PI越厚,FPC的静态弯折性随之提高趋势,但是结果相差不大。这是因为PI越厚,FPC越挺,FPC对折间距越接近控制的0.3mm,弯折半径越大;如果PI薄,那么铜线弯折半径可能更小,因此弯折次数越小。

取11微米和12.5微米的PI分别涂不同厚度的胶粘剂,同时两种覆盖膜的胶液配方进行对比,与线路进行快压固化,制得相应的FPC样品,分别测试样品的耐静态弯折性能,结果见表2所示。

从表2看出,随覆盖膜胶厚对FPC的耐静态弯折性都显示出一个同一规律,随着胶层厚度提高,FPC的静态180度弯折次数也相应地提高,但到15微米胶厚时都有呈现下降趋势。在12微米胶厚呈现最大值。

因此为了FPC获得最佳的耐静态弯折性,覆盖膜的胶层厚度先择不能太薄,也不能太厚,适中即可。

为了考察不同PI的模量是否对耐弯折性有影响,本文设计了不同厂家的PI进行了相同的测试。结果发现没有明显的规律,不同厂家的PI模量对静态180度弯折性能不同。

在表4中结果覆盖膜的PI模量对静态弯折性影响没有规律性,那么将PI去掉,只有覆盖膜中的纯胶做覆盖膜,取不同厚度的胶膜做对比试验发现,没有PI的覆盖膜对静态180度弯折性能大幅下降。一方面是因为厚度减小了一半,另一方面胶层太软,对线路的保护能力下降。胶层厚度的影响趋势是一样的,胶层厚度提高可以提升FPC的静态弯折性。因此业界在微小间距减少回弹力,一般采用油墨代替覆盖膜,对于要求多次静态弯折时,可能会出现线路断裂的风险。因此覆盖膜中的PI对保护线路有较大的作用。

通过以上研究得出结论,FPC的覆盖膜结构对0.3mm微小空间的静态180度弯折是有影响。从7.5~12.5微米范围内,PI越厚,FPC静态180度弯折时铜箔线路越不容易断裂;胶层在一定厚度范围内可以提高耐静态弯折能力,但是过厚也会降低FPC的耐静态弯性能。不同厂家的PI在FPC中的耐静态弯折能力是不同的,影响不是很大。使用无PI的涂层或油墨代替覆盖膜,虽然可以较大降低FPC的总体厚度,但是在耐静态弯折方面比正常覆盖膜下降较大。

通过本文的研究,FPC的覆盖膜设计需要综合考虑具体的终端应用要求,以减少FPC的静态弯折断裂的风险。