补强板对FPCB成本的影响.pdf

-50-印制电路信息2023No.8挠性板与刚挠板FPCBandRPCB补强板对FPCB成本的影响黄鉴颖王凯谢姗姗林国贤景旺电子科技（龙川）有限公司，广东河源517 37 3摘要当前时代背景下，电子产品向小型化及高密度化不断发展，挠性印制电路板（FPCB）的应用场景也随之增加。FPCB板材具有轻型、薄型及柔性的优点，但同时也失去了刚性。为使产品指定部位增加一定的厚度和刚性，便于后续安装或装配，就需在这些位置贴上一块刚性的板材作为补强。补强的材料选择和加工工艺直接影响着补强成本。通过对不同材料的通用补强板（PI、FR-4及钢片）进行研究，探讨补强对FPCB成本的影响。关键词挠性印制电路板（PCB)；补强板；降成本中图分类号：TN41文献标志码：A文章编号：10 0 9-0 0 9 6（2 0 2 3)0 8-0 0 50-0 4The impact of stiffeneron the cost of FPCBHUANG JianyingWANGKaiXIE ShanshanLINGuoxianKinwong Electronic Technology(Longchuan)Co.,Ltd.,Heyuan 517373,Guangdong,ChinaAbstractFlexible printed circuit boards(FPCBs)are suitable for the development needs of miniaturizationand high-density electronic products,and the application scenarios continue to increase.Under the nowadaybackground,the profit of FPCB is continually compressed,and the cost control of FPCB is concerned by customers.FPCB has the advantages of light,thin,flexible at the same time,but also loses the rigid property.In order to make thespecified part of the product to get a certain thickness and rigidity and make it facilitate to assemble,it is necessary tostick a rigid plate in these area,that is,stiffener.The material selection and processing technology of stiffener directlyaffect the cost.In this paper,we studied from the perspective of the commonly used stiffener(PI,FR-4,and steel)howdoes it affectthe cost of FPCBs.Keywordsflexible printed circuit board(FPCB);stiffener;reduce the cost of production0引言挠性印制电路板（flexibleprintedcircuitboard，FPC B）在具有轻、薄及柔性的同时，也失去了刚性。为了使产品指定部位增加一定的厚度和刚性，便于后续安装或装配，通常FPCB组装都需要用补强板增加强度。在FPCB制造中，补强成本约占5%10%，因此降低补强成本是控制FPCB成本的方法之一。本文通过研究补强板对FPCB的影响，对不同补强板制作工艺的降成本方式进行了探讨。作者简介：黄鉴颖（19 8 3一），男，高级工程师，主要研究方向为MI、C A M 设计资料优化及管理挠性板与刚挠板FPCBandRPCB印制电路信息2023 No.81补强类型及加工工艺介绍FPCB的补强板材料以钢片、聚酰亚胺（p o l y i mi d e，PI）、环氧玻璃纤维板（FR-4）为主，如图1所示。结合实际制造成本，分析3种补强材料。其中，钢片补强使用最为广泛，其材料成本也最高，PI补强用量及成本次之，FR-4最低。各种补强加工工艺特点如下1.1钢片补强加工钢片补强板，通常指30 3不锈钢补强，因其为金属，稳定性更好，具有接地作用，因此一般有接地需求的场合会优先选用钢片补强。但钢片补强不能使用数控（computer numerical control,CNC）机床钻孔，也不能用激光器切割，一般使用药水蚀刻的方法或模具冲切成型。1.2PI补强加工PI作为一种特种工程材料，具有阻燃性，同时具备耐高温和低温性能，长期使用温度可在-200426C。在FPCB制作中，PI补强板用在FPCB板边插头背部的区域，根据设计图纸及使用环境选择不同厚度的PI补强片。1.3FR-4补强加工FR-4作为一种耐燃材料，其电气性能优良，本身性能受环境影响小，成本较低；但其耐磨性相对PI较差，因此在FPCB制作中，一般不用于板边插头的补强。2补强降本方式探讨产品设计和工艺流程的科学性及合理性，很大程度决定了产品的生产技术、质量水平和成本消耗，也关系着产品的生产和使用效果。改进产品设计才能在保证质量和性能的基础上，做到优化生产工艺，达到降低加工成本的目的。2.1钢片补强降本优化2.1.1钢片补强2 种加工方式对比钢片补强板加工分为蚀刻和冲切2 种方式，2种加工方式对比见表1。(a)钢片补强(b)PI 补强(c)FR-4补强图13种补强表1钢片补强蚀刻和冲切加工对比对比项目蚀刻加工工艺模冲加工工艺开料钢片蚀刻钢片冲切胶纸冲切钢片背胶一钢片贴合钢开料背胶钢片和胶纸冲切贴合快压加工流程片快压冲切外形一成品检验出货冲切外形一成品检验一出货内孔加式方式工艺复杂，背胶前蚀刻加工，增加了蚀刻流程以及后制程背胶的难度工艺简单，灵活性高蚀刻内孔后，模冲单块，人工贴合背胶，增加人工背胶成本，对位精模冲前机器背胶，无需人工贴合背胶，背胶效率背胶方式度低高，无对位精度问题已有蚀刻内孔，热固胶需单独开模冲切，共需要钢片和热固胶2 套冲大料背胶和冲切，钢片与热固胶共用1套模具模具投人切模具冲切成本成本高比蚀刻工艺低10%适用范围可加工精度更高，适用范围更广可加工精度低，适用范围窄52印制电路信息2023 No.8挠性板与刚板FPCBandRPCB通过表1对比可知：蚀刻加工工艺流程多，工艺复杂，需投人蚀刻、人工背胶（且胶纸相对于钢片孔多一步内缩处理）及胶纸模具成本，因此成本更高，但可加工精度相比模冲工艺也更高，因此适用范围更广。如图2 所示。当产品设计为样品，或者加工能力无法满足模冲加工要求时，可选用蚀刻加工工艺。模冲加工工艺节省了蚀刻流程、人工背胶流程、模具及加工成本，效率更高，但其对可加工产品的孔与孔间距、孔与外形间距要求更高。因此，在实际应用中，当产品设计满足模冲加工要求，且为批量生产时，优先选用模冲代替蚀刻加工工艺。9.9010.10填充区域为有胶区+0.10内孔内孔4.28钢片V-胶0.10(a）钢片背胶材料内缩俯视图(b）钢片背胶材料内缩横截面图图2蚀刻加工钢片背胶材料2.1.2钢片蚀刻加工工艺优化钢片补强板带有内孔设计，选用蚀刻工艺时，热固胶需在补强对应有孔的地方掏空，且掏空孔径应大于补强孔径。当孔离外形边距离过小时，会加大背胶难度，导致偏位异常，增加加工成本。优化前后背胶孔到边设计如图3所示。补强内孔孔径0.9 mm，内孔距离外形边0.5mm。热固胶设计掏空增大0.1mm，热固胶外形边比补强外形边内缩0.1mm后，内孔距离外形边仅0.3mm，极大增加了背胶难度。0.30掏空1.4070.905.855.8514.7214.72(a）优化前设计背胶到边距离过小(b）优化后孔到边背胶掏空设计图3优化前、后背胶孔到边设计通过优化背胶材料的外形设计，将热固胶内孔边距离钢片补强外形的热固胶作掏空设计，优化后既不存在内孔到外形边距离过小而加工难的问题，也不影响贴装钢片的稳定性，在降低加工成本的同时，提升贴装精度。2.2PI补强降本优化为节省材料，通常情况下会根据FPCB的外形来设计PI的尺寸，导致PI的外形多变，每种外形均需单独制作模具，极大增加了FPCB制作及模具投入成本。为降低成本，对PI外形设计进行优化，在FPCB补强区域空间允许的情况下，尽可能将PI外形设计为矩形，如图4所示，以此优化冲切刀口，减少因PI外形多样化增加模具投人的成本。通过优化PI外形为统一矩形设计，将冲切PI的模具设置为通用模具，每套制作时无需重开新的模具，降低制造成本。53-挠性板与刚挠板FPCB and RPCB印制电路信息2023 No.814.5414.543.805.70(a）优化前PI外形为异形(b）优化PI外形为矩形图4PI外形优化2.3FR-4补强降本优化与钢片补强板类似，通常FR-4补强板也会设计为有孔。当补强设计有孔时，热固胶也应相应做内缩设计，如图5（a）所示。FR-4和热固胶上的孔径不同，因此与钢片补强蚀刻工艺类似，需要开2 套模具分开冲切，该工艺不仅需投人2 套模具成本，而且冲切后需人工背胶，进一步增加了加工成本。为降低成本，从设计和加工工艺2 方面进行优化。（1）针对FR-4补强，如客户无特殊要求，则热固胶无需做内缩设计，如图5（b）所示。（2）FR-4补强使用机器大料背胶，背胶后将FR-4补强和热固胶共用1套模具1次冲切成型，减少人工成本和冲切模具的投入成本。10.0010.00-1.00$1.008.008.00内缩0.10(a)更改前背胶内缩(b）更改后背胶不内缩图5更改前后背胶3结论通过本次研究，可知通过补强板降低FPCB成本的方式有3种，主要结论如下。（1）钢片补强板模冲加工工艺优于蚀刻工艺，在加工能力满足模冲加工要求时，优先采用大料背胶，再用模具冲切的方式制作，可降低成本。（2）PI补强板外形尽可能统一设计为矩形，减少模具投人成本。（3）FR-4补强板如非客户指定内缩，则热固胶不做内缩设计，使用机器大料背胶，补强和热固胶统一为1套模具冲切加工，节省人工背胶及热固胶模具投入成本参考文献1陈兵.PI薄膜的化学处理及在FPC中的应用.印制电路资讯,2 0 15(4):116-118.2李春圃.挠性电子材料的选择、检测和应用.丝网印刷,2 0 14(2),35-39.3李春圃.挠性电路板面面观.丝网印刷，2012(9):10-13.4严勤.企业呆滞存货形成的原因及改善对策研究J.经营管理者,2 0 14(2 5):5-6.