FPC的可撓曲特性，可用于連接不同電路的彈性設(shè)計。
 

3C產(chǎn)品尺寸越做越薄，可用的內(nèi)部結(jié)構(gòu)空間有限，在電路板的設(shè)計方面必須朝向3D化的結(jié)構(gòu)發(fā)展，利用軟板、印刷電路板的彈性搭配，設(shè)計可適應(yīng)不同產(chǎn)品構(gòu)型的電路板設(shè)計，同時利用軟板的優(yōu)勢達到電路設(shè)計的最佳化狀態(tài)...

 

現(xiàn)今電子產(chǎn)品設(shè)計，PCB(Printed Circuit Board)的演化，呼應(yīng)終端產(chǎn)品越變越小的趨勢，已朝向多層化、高密度化的方向發(fā)展，而硬式結(jié)構(gòu)的載板變得再小，仍無法因應(yīng)多元的產(chǎn)品構(gòu)型設(shè)計方案，此時，搭配軟式電路板FPC(Flexible Print Circuit)進行整體設(shè)計，針對產(chǎn)品構(gòu)型做最佳化彈性設(shè)計，已成為現(xiàn)在消費性電子產(chǎn)品重要的設(shè)計模式。

 

FPC可設(shè)計的電路復雜度與密度，比PCB遜色，但可適應(yīng)結(jié)構(gòu)的彈性結(jié)構(gòu)，成為電子產(chǎn)品設(shè)計重點。

 

針對消費性電子產(chǎn)品的外型設(shè)計，F(xiàn)PC可以做任意形狀的適應(yīng)性線路設(shè)計。

 

現(xiàn)今電子產(chǎn)品，大多以軟？硬板整合設(shè)計要求，達到適應(yīng)各種產(chǎn)品ID設(shè)計的目標。

 

PBC與HDI等硬質(zhì)載板因應(yīng)不同構(gòu)型的結(jié)構(gòu)組裝需求，能做的彈性設(shè)計有限，必須搭配FPC軟板進行整合設(shè)計。

 

而要進行多重板材的設(shè)計方案時，首先要先理解不同板材的特性與目前發(fā)展趨勢，同時，板材與板材間的連接方式，使用連接器還是利用軟硬結(jié)合板，都有不同的產(chǎn)品特性與使用限制，這些都必須先確認評估后，再進行設(shè)計用料的選擇。

 

了解不同板材特性 整合產(chǎn)品設(shè)計

首先，在硬板方面，PCB印刷電路板可以說是目前最大量使用的載板型式，早期要構(gòu)成電子回路，為利用導線在電子元件引腳上進行電路連接，若是一般布局簡單的類比電路，可能用導線進行線路連接還算可以應(yīng)付，但若是針對多接腳IC就會讓線路變得過于復雜，而印刷電路板的設(shè)計型態(tài)，即為解決這種設(shè)計困境所衍生的開發(fā)方案。

 

PCB印刷電路板可將零件和零件之間的繁復電路銅線，經(jīng)由完整的線路規(guī)劃運用蝕刻方式，在一塊載板進行銅箔蝕刻，形成電子電路，而PCB為提供電子零組件進行安裝、互相連接的主要基板，同時也有支撐、固定電子零件的效用，相較早期利用導線的架構(gòu)方式可讓電子電路的穩(wěn)定性更高、壽命更長，也可減少電路誤動作或短路問題，PCB的設(shè)計樣式已經(jīng)成為不可或缺的基礎(chǔ)元件。

 

印刷電路板基本上是采用絕緣材料制成的平板，搭配預鉆孔位來進行晶片金屬引腳的安裝布設(shè)，而電子元件經(jīng)由引腳伸入預鉆孔位再搭配焊接使元件與PCB載板進行結(jié)合。至于元件預設(shè)的預鉆孔，可作為元件定位使用，但預鉆孔的設(shè)計型態(tài)，大量產(chǎn)線制造時必須使用人工插件，造成制造成本較高、同時手工插件也容易造成制造錯誤，甚至也不易進行產(chǎn)品微縮設(shè)計。

 

PCB電路高密度化、多層設(shè)計 因應(yīng)產(chǎn)品微縮設(shè)計趨勢

而印刷電路板因應(yīng)縮小載板尺寸需求，也利用雙面、多層結(jié)構(gòu)來進行電路密度的改良，尺寸可以呈現(xiàn)倍數(shù)縮小，而為了因應(yīng)大量生產(chǎn)目的，電子零件逐步改成可自動送料、焊制的表面粘著制作流程，PCB原有的預鉆孔改成預留焊墊處理，讓生產(chǎn)中原有的插件程序減少至打件、上料即完成組裝，大幅增加元件排布密度。

 

電子產(chǎn)品的構(gòu)型越來越多元，也令PCB的設(shè)計出現(xiàn)許多限制，因為PCB為硬質(zhì)絕緣材料，有一定程度的塑型難度，尤其是因應(yīng)彎曲、具角度的立體結(jié)構(gòu)，基本上會形成大量重工與高復雜組裝，對于產(chǎn)品開發(fā)的成本會暴增許多，也不利產(chǎn)品的微縮設(shè)計，即便可利用排線、連接器進行多PCB的整合設(shè)計，但這也形成增加產(chǎn)制復雜度與提高不良率問題。

 

針對不同角度、非平整電路的PCB設(shè)計需求，也發(fā)展出FPC軟式電路板的可撓曲電路板材，與硬式的多層PCB結(jié)構(gòu)不同，F(xiàn)PC的絕緣基材改用可撓式的絕緣塑料，利用絕緣塑料為基材、再于基材上附著導電線路，成為可撓式的電路型態(tài)，而PBC搭配FPC可以整合適應(yīng)不同結(jié)構(gòu)的電路設(shè)計需求，應(yīng)用彈性也較僅有PCB的方案來得更好，而FPC也漸漸如PCB般，成為電子產(chǎn)品設(shè)計不可或缺的關(guān)鍵材料。

 

FPC軟性結(jié)構(gòu) 可改善原有PCB設(shè)計限制

軟式印刷電路板與PCB同樣采行銅箔為導電線路設(shè)計，相較硬式PCB不同的是，其印刷電路為在可撓式的基材進行電路排布，由銅箔作為電子元件訊號傳輸媒介，由于FPC具可連續(xù)大量進行自動化生產(chǎn)、線路設(shè)計可提高配線密度、FPC材料重量輕、材料的厚度與體積相當小，也可減少配線錯誤的狀況發(fā)生，甚至可以適應(yīng)不同的材料或結(jié)構(gòu)外型做適應(yīng)性設(shè)計，目前在數(shù)位相機、手機、筆記型電腦等電子產(chǎn)品相當常見。

 

檢視軟板的主要結(jié)構(gòu)，主要由壓延銅箔、絕緣塑料基材(PET或PI)、接著劑(壓克力膠、環(huán)氧樹脂)等組成，外層的應(yīng)用材料多稱為Coverlay，為使用PET或PI包覆保護內(nèi)部壓延銅箔結(jié)構(gòu)，避免銅箔受外部水氣影響，出現(xiàn)材料劣化或氧化問題。FPC生產(chǎn)的關(guān)鍵在于必須利用精密涂布程序搭配生產(chǎn)壓合銅箔結(jié)構(gòu)體，生產(chǎn)過程的環(huán)境潔淨度要求高，而觀察其材料的成本結(jié)構(gòu)，PI約佔總成本的5成，其馀為壓延銅箔35%，與制造成本約10%，少部分為人工必要的處理成本，可說FPC最大的成本在于PI材料。

 

較PCB發(fā)展至HDI的多層型態(tài)不同，F(xiàn)PC在制程與材料先天限制下，不容易發(fā)展多層結(jié)構(gòu)設(shè)計，一般仍以3L(Layer)上下為主，多數(shù)作為部分如外部機械開關(guān)的連接軟板、攝影機模組的連接板材，大量使用FPC的效益不若HDI為高，大多數(shù)的狀況都是核心電路為由HDI多層板結(jié)構(gòu)完成主元件的架構(gòu)，其馀如周邊模組利用軟板進行整合。FPC的作用相當多，可以作為多PCB結(jié)構(gòu)彼此間硬板的資料、電路傳輸中介，達到符合產(chǎn)品構(gòu)型的彈性設(shè)計方案，而異質(zhì)板材的連接方式，可以選用軟板排線搭配專用連接器，也可以選用如軟硬結(jié)合板設(shè)計，讓終端產(chǎn)品的厚度可以因為減省連接器的高度，而獲得更微縮終端產(chǎn)品尺寸的使用效益。

 

FPC應(yīng)用優(yōu)點多

而FPC軟板整合優(yōu)點相當多，因為硬質(zhì)PCB的產(chǎn)品設(shè)計，對于摔落或高G值撞擊應(yīng)力，因為材料結(jié)構(gòu)使然，會使得板材對于沖擊力的緩沖幾乎沒有，應(yīng)力會直接對板材上的元件同時受到影響，對于發(fā)展需高耐沖擊的產(chǎn)品，全使用硬板將會使耐沖擊的效果減少。反之，使用軟板搭配，可以讓整體電路可依重點功能區(qū)隔模塊式整合，彼此搭配FPC連接，使終端產(chǎn)品的沖擊應(yīng)力可以部分由軟板吸收，或是預留彈性設(shè)計。

 

但FPC軟板也不是樣樣都優(yōu)于PCB，像是FPC發(fā)展多層結(jié)構(gòu)設(shè)計時，就未能如PCB的進階型HDI(High Density Interconnection)高密度多層板般，可以發(fā)展出多層堆迭的設(shè)計方案，因為FPC本身的絕緣塑料基材搭配銅箔，基本上銅箔與軟性基材雖可彈性撓曲，但兩種材質(zhì)的撓曲設(shè)計彈性仍有限制，過度撓曲仍會造成內(nèi)部線路的斷路問題，而當FPC多層化發(fā)展，異質(zhì)結(jié)構(gòu)的板材內(nèi)部更容易出現(xiàn)撓曲斷裂問題，也失去FPC的應(yīng)用價值。

 

而FPC另一大罩門在耐溫表現(xiàn)，F(xiàn)PC使用的軟質(zhì)塑料基材，大多具一定程度的耐熱極限，即便目前材料科技大幅改善耐熱表現(xiàn)，但實際上仍與硬板PCB或HDI有段差距，因此不能使用大量加熱的設(shè)計方案進行生產(chǎn)，即便是軟硬結(jié)合板的設(shè)計方案，都是預先在特定程序下進行，與一般大量生產(chǎn)的流程區(qū)隔。