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 517373］

0 引言

挠性印制电路板（flexible printed circuit board，FPCB）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。

1 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（polyimide，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。

图1 3种补强

1.1 钢片补强加工

钢片补强板，通常指303 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。

1.2 PI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-200～426 ℃。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。

1.3 FR-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。

表1 钢片补强蚀刻和冲切加工对比

通过表1对比可知：①蚀刻加工工艺流程多，工艺复杂，需投入蚀刻、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。②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。

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0.5 mm。热固胶设计掏空增大0.1 mm，热固胶外形边比补强外形边内缩0.1 mm 后，内孔距离外形边仅0.3 mm，极大增加了背胶难度。

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。

2.2 PI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入的成本。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。

图4 PI外形优化

2.3 FR-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，该工艺不仅需投入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。

图5 更改前后背胶

（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。

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，减少模具投入成本。

（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。