基于正交實驗的用于LCM的單面撓性印制板翹曲研究

潘自鋒 王港生 楊立發(fā) 張亞琳 詹世景

（珠海中京元盛電子科技有限公司，廣東 珠海 519060）

（北京理工大學，北京 100081）

（北京理工大學珠海學院，廣東 珠海 519088）

電子產(chǎn)品在生活與工作中扮演的角色越來越重要，而電子產(chǎn)品正朝著更輕、更薄的方向發(fā)展，撓性印制電路板（FPCB）憑借其輕、薄、可折疊的優(yōu)勢，更加符合電子產(chǎn)品發(fā)展方向的需求。

有一種用于LCD顯示模塊（LCM，Liquid Crystal Display Module）的單面FPCB，顯示器件的終端產(chǎn)品是手機、平板電腦等。對于該單面FPCB的要求是厚度45 μm～100 μm，長度50 mm的翹曲≤1.0 mm。該單面FPCB的實樣如圖，當該產(chǎn)品的翹曲變形嚴重，將會極大影響客戶裝機使用，因此需要研究如何解決產(chǎn)品的翹曲問題。

圖1 LCM的單面FPCB圖

1 實驗

1.1 產(chǎn)品結構

用于LCM的單面FPCB結構如圖2所示。

圖2 單面FPCB結構

1.2 壓合設備及測試儀器

（1）溢膠量以及尺度測試：用Micro Vu公司EXCEL 501UC來測試樣品的溢膠量以及尺度[1]。

（2）壓合：用珠海比昂四開口快壓機將上面和下面的覆蓋膜膠PI和膠與中間的基材（Cu/PI）進行壓合。

（3）翹曲標準以及測試儀器：用毫米刻度尺或者自研的撓性電路板彎曲率測試儀[2]來測試翹曲程度。

為確保不會影響后續(xù)裝配，客戶要求單面FPCB長度50 mm，翹曲≤1.0 mm。測試方式是兩頭外露銅面向下放置在大理石平面上，使用毫米刻度尺量測翹曲最高點與最低點的垂直距離。

2 正交試驗及結果分析

2.1 測試方案

根據(jù)產(chǎn)品影響要因分析，設計了三因素混合水平進行對比測試方案（見表1所示）。

表1 混合水平設計表

（1）覆蓋膜溢膠量：客戶要求溢膠量＜0.2 mm，前期預試驗中發(fā)現(xiàn)其為重要影響因素，在此取6個水平；

（2）基材PI厚度：12.5 μm/20 μm/25 μm，這三個尺寸是由終端客戶要求，并由上游客戶提供的主流產(chǎn)品；

（3）壓合疊構：選用不同緩沖墊配置。

2.2 測試結果

測試結果見表2所示。其中測試數(shù)量均取100件，評分＝測試數(shù)量－翹曲不良數(shù)量。評分數(shù)也等于一百個樣品中的合格數(shù)量，當評分越高時，說明翹曲不良的情況越少，符合要求的合格產(chǎn)品越多。

從表2的DOE測試數(shù)據(jù)結果中的極差值可以看出：A（溢膠量）、B（基材PI厚度）、C（壓合疊構）的極差分別為75、4、10。極差越大影響因素越重要，影響因素的重要度排序為溢膠量＞壓合疊構＞基材厚度；也說明了將溢膠量作為關鍵因素，設計了6個水平是合理的。

表2 正交試驗（DOE）測試結果以及分析表

從圖3的品質(zhì)評分主效應圖可知，溢膠量作為最重要影響因素（表2的極差值為75），評分值隨著溢膠量的增大而增大，而且拐點還沒有出現(xiàn)，意味著評分值有可能隨著溢膠量的繼續(xù)增大而繼續(xù)增大。但最大溢膠量受后端工藝（需保留一定的操作誤差余量）以及客戶要求（＜0.2 mm）的限制，因此未來大規(guī)模投產(chǎn)時的溢膠量的數(shù)值定為A6（0.175 mm），此時A6對應的評分值為91.3（這個系列里面最高值），應該是最優(yōu)的參數(shù)。

圖3 品質(zhì)評分主效應圖

壓合疊構作為次重要的影響因素（表2的極差值為10），C2（矽鋁箔＋離型膜＋FPC＋離型膜＋特殊緩沖材料＋硅鋼板）的值最高（表2中的58.5），而且C2在拐點位置（頂點位置），因此C2是最優(yōu)的參數(shù)。

基材厚度作為最次要的影響因素（表2中的極差值4），B2（20 μm）的值最高（55.8），而且是在拐點（頂點位置）處，最優(yōu)選是B2；如果考慮節(jié)約成本（PI越厚，成本越高）問題并可以接受合格率的降低，B1（12.5 μm）也是可以考慮的備選方案。

綜合表2的DOE測試數(shù)據(jù)分析和圖4的品質(zhì)評分主效應圖來看，影響程度排序為溢膠量（75）＞壓合疊構（10）＞基材厚度（4）；最優(yōu)方案為A6（溢膠量0.175 mm）、B2（Cu/PI：12 μm/20 μm）、C2（矽鋁箔＋離型膜＋FPC＋離型膜＋特殊緩沖材料＋硅鋼板）。

3 結論

通過正交實驗研究和分析可知，影響因素的重要度排序為溢膠量＞壓合疊構＞基材厚度，實驗的最優(yōu)方案為溢膠量0.175 mm（A6）、基材PI厚20 μm（B2）、壓合疊構矽鋁箔+離型膜+FPC+離型膜+特殊緩沖材料+硅鋼板（C2）。根據(jù)最優(yōu)方案進行量產(chǎn)，實際合格率超過98%，對用于LCM的單面FPC產(chǎn)品的生產(chǎn)提供了巨大的幫助，也對其它產(chǎn)品的生產(chǎn)起到了借鑒作用。