黃鑒穎 王 凱 謝姍姍 林國賢

［景旺電子科技（龍川）有限公司，廣東 河源 517373］

0 引言

撓性印制電路板（flexible printed circuit board，F(xiàn)PCB）在具有輕、薄及柔性的同時，也失去了剛性。為了使產(chǎn)品指定部位增加一定的厚度和剛性，便于后續(xù)安裝或裝配，通常FPCB 組裝都需要用補強板增加強度。在FPCB 制造中，補強成本約占5%～10%，因此降低補強成本是控制FPCB 成本的方法之一。本文通過研究補強板對FPCB 的影響，對不同補強板制作工藝的降成本方式進行了探討。

1 補強類型及加工工藝介紹

FPCB 的補強板材料以鋼片、聚酰亞胺（polyimide，PI）、環(huán)氧玻璃纖維板（FR-4）為主，如圖1所示。結(jié)合實際制造成本，分析3種補強材料。其中，鋼片補強使用最為廣泛，其材料成本也最高，PI 補強用量及成本次之，F(xiàn)R-4 最低。各種補強加工工藝特點如下。

圖1 3種補強

1.1 鋼片補強加工

鋼片補強板，通常指303 不銹鋼補強，因其為金屬，穩(wěn)定性更好，具有接地作用，因此一般有接地需求的場合會優(yōu)先選用鋼片補強。但鋼片補強不能使用數(shù)控（computer numerical control，CNC）機床鉆孔，也不能用激光器切割，一般使用藥水蝕刻的方法或模具沖切成型。

1.2 PI補強加工

PI 作為一種特種工程材料，具有阻燃性，同時具備耐高溫和低溫性能，長期使用溫度可在-200～426 ℃。在FPCB 制作中，PI 補強板用在FPCB板邊插頭背部的區(qū)域，根據(jù)設(shè)計圖紙及使用環(huán)境選擇不同厚度的PI補強片。

1.3 FR-4補強加工

FR-4 作為一種耐燃材料，其電氣性能優(yōu)良，本身性能受環(huán)境影響小，成本較低；但其耐磨性相對PI 較差，因此在FPCB 制作中，一般不用于板邊插頭的補強。

2 補強降本方式探討

產(chǎn)品設(shè)計和工藝流程的科學性及合理性，很大程度決定了產(chǎn)品的生產(chǎn)技術(shù)、質(zhì)量水平和成本消耗，也關(guān)系著產(chǎn)品的生產(chǎn)和使用效果。改進產(chǎn)品設(shè)計才能在保證質(zhì)量和性能的基礎(chǔ)上，做到優(yōu)化生產(chǎn)工藝，達到降低加工成本的目的。

2.1 鋼片補強降本優(yōu)化

2.1.1 鋼片補強2種加工方式對比

鋼片補強板加工分為蝕刻和沖切2 種方式，2種加工方式對比見表1。

表1 鋼片補強蝕刻和沖切加工對比

通過表1對比可知：①蝕刻加工工藝流程多，工藝復雜，需投入蝕刻、人工背膠（且膠紙相對于鋼片孔多一步內(nèi)縮處理）及膠紙模具成本，因此成本更高，但可加工精度相比模沖工藝也更高，因此適用范圍更廣。如圖2 所示。當產(chǎn)品設(shè)計為樣品，或者加工能力無法滿足模沖加工要求時，可選用蝕刻加工工藝。②模沖加工工藝節(jié)省了蝕刻流程、人工背膠流程、模具及加工成本，效率更高，但其對可加工產(chǎn)品的孔與孔間距、孔與外形間距要求更高。因此，在實際應(yīng)用中，當產(chǎn)品設(shè)計滿足模沖加工要求，且為批量生產(chǎn)時，優(yōu)先選用模沖代替蝕刻加工工藝。

圖2 蝕刻加工鋼片背膠材料

2.1.2 鋼片蝕刻加工工藝優(yōu)化

鋼片補強板帶有內(nèi)孔設(shè)計，選用蝕刻工藝時，熱固膠需在補強對應(yīng)有孔的地方掏空，且掏空孔徑應(yīng)大于補強孔徑。當孔離外形邊距離過小時，會加大背膠難度，導致偏位異常，增加加工成本。優(yōu)化前后背膠孔到邊設(shè)計如圖3 所示。補強內(nèi)孔孔徑0.9 mm，內(nèi)孔距離外形邊0.5 mm。熱固膠設(shè)計掏空增大0.1 mm，熱固膠外形邊比補強外形邊內(nèi)縮0.1 mm 后，內(nèi)孔距離外形邊僅0.3 mm，極大增加了背膠難度。

通過優(yōu)化背膠材料的外形設(shè)計，將熱固膠內(nèi)孔邊距離鋼片補強外形的熱固膠作掏空設(shè)計，優(yōu)化后既不存在內(nèi)孔到外形邊距離過小而加工難的問題，也不影響貼裝鋼片的穩(wěn)定性，在降低加工成本的同時，提升貼裝精度。

2.2 PI補強降本優(yōu)化

為節(jié)省材料，通常情況下會根據(jù)FPCB 的外形來設(shè)計PI 的尺寸，導致PI 的外形多變，每種外形均需單獨制作模具，極大增加了FPCB 制作及模具投入成本。

為降低成本，對PI 外形設(shè)計進行優(yōu)化，在FPCB 補強區(qū)域空間允許的情況下，盡可能將PI外形設(shè)計為矩形，如圖4 所示，以此優(yōu)化沖切刀口，減少因PI 外形多樣化增加模具投入的成本。通過優(yōu)化PI 外形為統(tǒng)一矩形設(shè)計，將沖切PI 的模具設(shè)置為通用模具，每套制作時無需重開新的模具，降低制造成本。

圖4 PI外形優(yōu)化

2.3 FR-4補強降本優(yōu)化

與鋼片補強板類似，通常FR-4 補強板也會設(shè)計為有孔。當補強設(shè)計有孔時，熱固膠也應(yīng)相應(yīng)做內(nèi)縮設(shè)計，如圖5（a）所示。FR-4 和熱固膠上的孔徑不同，因此與鋼片補強蝕刻工藝類似，需要開2套模具分開沖切，該工藝不僅需投入2套模具成本，而且沖切后需人工背膠，進一步增加了加工成本。為降低成本，從設(shè)計和加工工藝2 方面進行優(yōu)化。

圖5 更改前后背膠

（1）針對FR-4 補強，如客戶無特殊要求，則熱固膠無需做內(nèi)縮設(shè)計，如圖5（b）所示。

（2）FR-4 補強使用機器大料背膠，背膠后將FR-4 補強和熱固膠共用1 套模具1 次沖切成型，減少人工成本和沖切模具的投入成本。

3 結(jié)論

通過本次研究，可知通過補強板降低FPCB成本的方式有3種，主要結(jié)論如下。

（1）鋼片補強板模沖加工工藝優(yōu)于蝕刻工藝，在加工能力滿足模沖加工要求時，優(yōu)先采用大料背膠，再用模具沖切的方式制作，可降低成本。

（2）PI 補強板外形盡可能統(tǒng)一設(shè)計為矩形，減少模具投入成本。

（3）FR-4 補強板如非客戶指定內(nèi)縮，則熱固膠不做內(nèi)縮設(shè)計，使用機器大料背膠，補強和熱固膠統(tǒng)一為1 套模具沖切加工，節(jié)省人工背膠及熱固膠模具投入成本。