補(bǔ)強(qiáng)板對(duì)FPCB成本的影響

黃鑒穎 王 凱 謝姍姍 林國(guó)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(shí)，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(bǔ)強(qiáng)板增加強(qiáng)度。在FPCB 制造中，補(bǔ)強(qiáng)成本約占5%～10%，因此降低補(bǔ)強(qiáng)成本是控制FPCB 成本的方法之一。本文通過(guò)研究補(bǔ)強(qiáng)板對(duì)FPCB 的影響，對(duì)不同補(bǔ)強(qiáng)板制作工藝的降成本方式進(jìn)行了探討。

1 補(bǔ)強(qiáng)類(lèi)型及加工工藝介紹

FPCB 的補(bǔ)強(qiáng)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(shí)際制造成本，分析3種補(bǔ)強(qiáng)材料。其中，鋼片補(bǔ)強(qiáng)使用最為廣泛，其材料成本也最高，PI 補(bǔ)強(qiáng)用量及成本次之，F(xiàn)R-4 最低。各種補(bǔ)強(qiáng)加工工藝特點(diǎn)如下。

圖1 3種補(bǔ)強(qiáng)

1.1 鋼片補(bǔ)強(qiáng)加工

鋼片補(bǔ)強(qiáng)板，通常指303 不銹鋼補(bǔ)強(qiáng)，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(chǎng)合會(huì)優(yōu)先選用鋼片補(bǔ)強(qiáng)。但鋼片補(bǔ)強(qiáng)不能使用數(shù)控（computer numerical control，CNC）機(jī)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(bǔ)強(qiáng)加工

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

1.3 FR-4補(bǔ)強(qiáng)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(duì)PI 較差，因此在FPCB 制作中，一般不用于板邊插頭的補(bǔ)強(qiáng)。

2 補(bǔ)強(qiáng)降本方式探討

產(chǎn)品設(shè)計(jì)和工藝流程的科學(xué)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(jìn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)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(dá)到降低加工成本的目的。

2.1 鋼片補(bǔ)強(qiáng)降本優(yōu)化

2.1.1 鋼片補(bǔ)強(qiáng)2種加工方式對(duì)比

鋼片補(bǔ)強(qiáng)板加工分為蝕刻和沖切2 種方式，2種加工方式對(duì)比見(jiàn)表1。

表1 鋼片補(bǔ)強(qiáng)蝕刻和沖切加工對(duì)比

通過(guò)表1對(duì)比可知：①蝕刻加工工藝流程多，工藝復(fù)雜，需投入蝕刻、人工背膠（且膠紙相對(duì)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(dāng)產(chǎn)品設(shè)計(jì)為樣品，或者加工能力無(wú)法滿足模沖加工要求時(shí)，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(duì)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(shí)際應(yīng)用中，當(dāng)產(chǎn)品設(shè)計(jì)滿足模沖加工要求，且為批量生產(chǎn)時(shí)，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(bǔ)強(qiáng)板帶有內(nèi)孔設(shè)計(jì)，選用蝕刻工藝時(shí)，熱固膠需在補(bǔ)強(qiáng)對(duì)應(yīng)有孔的地方掏空，且掏空孔徑應(yīng)大于補(bǔ)強(qiáng)孔徑。當(dāng)孔離外形邊距離過(guò)小時(shí)，會(huì)加大背膠難度，導(dǎo)致偏位異常，增加加工成本。優(yōu)化前后背膠孔到邊設(shè)計(jì)如圖3 所示。補(bǔ)強(qiáng)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(jì)掏空增大0.1 mm，熱固膠外形邊比補(bǔ)強(qiáng)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(guò)優(yōu)化背膠材料的外形設(shè)計(jì)，將熱固膠內(nèi)孔邊距離鋼片補(bǔ)強(qiáng)外形的熱固膠作掏空設(shè)計(jì)，優(yōu)化后既不存在內(nèi)孔到外形邊距離過(guò)小而加工難的問(wèn)題，也不影響貼裝鋼片的穩(wěn)定性，在降低加工成本的同時(shí)，提升貼裝精度。

2.2 PI補(bǔ)強(qiáng)降本優(yōu)化

為節(jié)省材料，通常情況下會(huì)根據(jù)FPCB 的外形來(lái)設(shè)計(jì)PI 的尺寸，導(dǎo)致PI 的外形多變，每種外形均需單獨(dú)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(duì)PI 外形設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化，在FPCB 補(bǔ)強(qiáng)區(qū)域空間允許的情況下，盡可能將PI外形設(shè)計(jì)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(guò)優(yōu)化PI 外形為統(tǒng)一矩形設(shè)計(jì)，將沖切PI 的模具設(shè)置為通用模具，每套制作時(shí)無(wú)需重開(kāi)新的模具，降低制造成本。

圖4 PI外形優(yōu)化

2.3 FR-4補(bǔ)強(qiáng)降本優(yōu)化

與鋼片補(bǔ)強(qiáng)板類(lèi)似，通常FR-4 補(bǔ)強(qiáng)板也會(huì)設(shè)計(jì)為有孔。當(dāng)補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)有孔時(shí)，熱固膠也應(yīng)相應(yīng)做內(nèi)縮設(shè)計(jì)，如圖5（a）所示。FR-4 和熱固膠上的孔徑不同，因此與鋼片補(bǔ)強(qiáng)蝕刻工藝類(lèi)似，需要開(kāi)2套模具分開(kāi)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(jìn)一步增加了加工成本。為降低成本，從設(shè)計(jì)和加工工藝2 方面進(jìn)行優(yōu)化。

圖5 更改前后背膠

（1）針對(duì)FR-4 補(bǔ)強(qiáng)，如客戶無(wú)特殊要求，則熱固膠無(wú)需做內(nèi)縮設(shè)計(jì)，如圖5（b）所示。

（2）FR-4 補(bǔ)強(qiáng)使用機(jī)器大料背膠，背膠后將FR-4 補(bǔ)強(qiáng)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(guò)本次研究，可知通過(guò)補(bǔ)強(qiáng)板降低FPCB成本的方式有3種，主要結(jié)論如下。

（1）鋼片補(bǔ)強(qiáng)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(shí)，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(bǔ)強(qiáng)板外形盡可能統(tǒng)一設(shè)計(jì)為矩形，減少模具投入成本。

（3）FR-4 補(bǔ)強(qiáng)板如非客戶指定內(nèi)縮，則熱固膠不做內(nèi)縮設(shè)計(jì)，使用機(jī)器大料背膠，補(bǔ)強(qiáng)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。