軟性/軟硬結(jié)合的印刷電路板UL認(rèn)證要點

　　一、專家對于技術(shù)議題及認(rèn)證選項的建議
??? 大部份的原設(shè)備制造商都趨向于使用軟性電路，尤其是用于需要更強(qiáng)調(diào)訊號完整性的小型裝置，因為軟性電路板的原材料 — 聚醯亞胺 (Polyimide) 恰能提供這項特點。由于軟性電路的散熱能力比硬板更勝一籌，其面對無鉛焊接的高處理溫度也有較佳的耐受性，因此軟性電路應(yīng)用在汽車、手機(jī)、數(shù)字相機(jī)和平面顯示器等幾類產(chǎn)品的需求量增長最為顯著。
??? 在考慮使用軟性電路時 (軟性及軟硬結(jié)合結(jié)構(gòu))，設(shè)計人員除了需要考慮成品的安全性，例如火災(zāi)及高溫風(fēng)險，還需要兼顧產(chǎn)品在機(jī)械性能的主要設(shè)計原素和其它方面的因素，例如電磁屏蔽(EMI Shielding)。
??? 本文旨在探討使用軟性及軟硬結(jié)合結(jié)構(gòu)的印刷電路板時，廠商需考慮的技術(shù)及認(rèn)證問題，若廠商能了解其中潛在的問題及可選擇的認(rèn)證方案，將可順利且有效地適應(yīng)相關(guān)的設(shè)計變化。

??? 二、物料特性
??? 印刷電路板設(shè)計的考慮因素大多與認(rèn)證評估的考慮范疇十分相似，這些范圍不僅限于可供選擇的物料種類、結(jié)構(gòu)技術(shù)、彎曲循環(huán)次數(shù)、操作溫度應(yīng)力和技術(shù)要求等?！侗?》列出了用于建構(gòu)軟性電路板的傳統(tǒng)用料。

《表1》建構(gòu)軟性電路的典型物料
??? ①絕緣薄膜基材：聚醯亞胺 (Polyimide, PI)、滌綸 (Polyethylene Terephthalate Polyester, PET)、聚萘二甲酸乙二醇酯 (Polyethylene Naphthalate, PEN)、聚四氟乙烯 (Polytetrafluorethylene, PTFE)、液晶高分子 (Thermotropic Liquid Crystal Polymer, LCP)、環(huán)氧樹脂 (Epoxy)、芳綸(Aramid)
??? ②導(dǎo)體：壓延退火銅箔 (Rolled Annealed Copper Foil)、電解銅箔 (Electrodeposited Copper Foil)、鋁 (Aluminum)、鎳 (Nickel)、不銹鋼 (Stainless Steel)
??? ③接合劑和接合膠膜：丙烯酸 (Acrylic)、環(huán)氧樹脂 (Epoxy)、聚醯亞胺 (PI)、滌綸 (PET)、Butyral Phenolic、無膠材料 (Adhesiveless)
??? ④覆蓋膜：聚醯亞胺 (PI)、滌綸 (PET)、聚四氟乙烯(PTFE)
??? ⑤表涂層：軟性聚合物涂層( 阻焊劑) Flexible polymer coatings (soldermask)
??? ⑥補(bǔ)強(qiáng)板：聚醯亞胺 (PI)、滌綸 (PET)、環(huán)氧樹脂層壓板 (Epoxy (FR-4) Laminate)、金屬基材 (Metal Substrates)
??? ⑦覆銅板：FR-4、酚醛樹脂 (Phenolic, FR-1)、聚醯亞胺 (PI)、聚四氟乙烯 (PTFE)

??? 三、典型的結(jié)構(gòu)
??? 軟性電路板結(jié)構(gòu)多用于動態(tài)和重復(fù)彎曲的應(yīng)用上。軟性電路板有可能是單層結(jié)構(gòu)、也有可能是多層結(jié)構(gòu)，而其結(jié)構(gòu)上的最高動態(tài)承載力(Ultimate Dynamic Capacity)和耐用性并非能以認(rèn)證測試計劃來確定；硬性電路板則因物料的厚度及特性的關(guān)系，結(jié)構(gòu)上多應(yīng)用于無需屈曲或彎曲的產(chǎn)品上。
??? 單次彎曲安裝 (Bent-to-install) 的印刷電路板結(jié)構(gòu)是專為僅需要將印刷電路板撓曲一次來裝嵌或使用的應(yīng)用而設(shè)計，因此單次彎曲安裝(Bent-to-install) 或單次屈曲安裝(Flex-to-install)的結(jié)構(gòu)可視成品的彎曲循環(huán)次數(shù)和彎曲半徑，采用薄的FR-4、芳綸(Aramid)或聚醯亞胺(Polyimide)物料。
??? 軟硬結(jié)合的印刷電路板結(jié)構(gòu)則適用于需在有限的空間以多方位配線(Multi-Dimensional Wiring)連接幾塊硬性電路板的應(yīng)用上。大部份的軟硬結(jié)合印刷電路板均采用單層軟性芯板(Singlelayer Flexible Core)，該芯板通常是動態(tài)撓曲(Dynamically Flexed)，而外層卻是硬板，然后用接合膠膜或接合片(Prepreg)將硬板以狗骨形狀般地粘合在軟性芯板上。硬板的結(jié)構(gòu)可以是涂上阻焊劑(Soldermask) 的單層或多層FR-4物料。

??? 四、突破性的結(jié)構(gòu)
??? 降低軟硬結(jié)合印刷電路板上的電鍍通孔接合劑份量可增加結(jié)構(gòu)的可靠性。鑒于易熱膨脹系數(shù)(CTE)的降低，無膠系統(tǒng)因而更能承受無鉛溫度循環(huán)。要降低軟硬結(jié)合結(jié)構(gòu)的膠含量，可使用無膠基材和覆蓋膜，或在設(shè)計中將多層板的地方使用更少的覆蓋膜。
??? 由于高頻電路會將電磁能量放射出來，所以會對附近的電路系統(tǒng)造成干擾，但是電磁波干擾(EMI)的影響是否會嚴(yán)重到要對軟性電路做出防護(hù)保障，則視不同情況而定。

??? 五、認(rèn)證要求
??? 進(jìn)行印刷電路板的安全認(rèn)證測試時有一些應(yīng)用面的考慮因素，例如成品的使用地點和環(huán)境、該環(huán)境是靜態(tài)還是動態(tài)、絕緣物料的種類和厚度、絕緣層數(shù)、導(dǎo)體的重量、鍍層和表面處理、以及整體的電路疊合厚度等。
??? 假如成品的使用地點和環(huán)境只需評估易燃性，即可選擇為軟性印刷電路板申請“僅燃燒認(rèn)證”。在成品的認(rèn)證中，如果對于印刷電路板的溫度、機(jī)械及電氣特性沒有嚴(yán)格要求，并且只要求印刷電路板的燃燒等級需符合性能標(biāo)準(zhǔn)，這些成品便可使用通過“僅燃燒認(rèn)證”的印刷電路板。
??? 隨著業(yè)界使用的印刷電路板物料在數(shù)量和種類數(shù)據(jù)上的不斷攀升，以及印刷電路板結(jié)構(gòu)的愈加多樣化，UL為配合這一趨勢，于是替軟性膠膜(Flex Films)發(fā)展出一個類似ANSI的計劃。據(jù)過往的紀(jì)錄顯示，聚醯亞胺物料(Polyimide)最常被評定成V-0或VTM-0易燃性物料，那么只要為附著某種膠膜的聚醯亞胺物料測試，其結(jié)果即可代表其它附著相同膠膜的聚醯亞胺物料。這個類似ANSI的計劃就是根據(jù)這一事實建立，并說明在何種情況下可為印刷電路板加上替代的聚醯亞胺物料，而無需接受額外測試。不過，此計劃適合只接受“僅燃燒認(rèn)證”的印刷電路板。
??? 換言之，假如成品的應(yīng)用需要考慮印刷電路板的易燃性和最高操作環(huán)境溫度(MOT)級別，軟性印刷電路板便需接受包含多項測試的完整檢測，其包括易燃性、導(dǎo)體附著強(qiáng)度、起泡(Blistering)和分層(Delamination)測試。此外，根據(jù)電路板的應(yīng)用要求或防電磁波干擾(EMI)的需要，也可能需要進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)板接合強(qiáng)度、彎曲和銀遷移等測試。

??? 六、總結(jié)
??? 《表2》所列出的十項行動步驟除可幫助廠商快速取得軟性印刷電路板認(rèn)證，也反映出廠商要成功地轉(zhuǎn)換成采用軟性或軟硬結(jié)合的印刷電路板時，必須注意的細(xì)微之處。其中，特別要考慮到整個供應(yīng)煉的影響，包括物料的比較、導(dǎo)體的厚度、表面處理、結(jié)構(gòu)技術(shù)、彎曲循環(huán)次數(shù)、操作溫度應(yīng)力、以及結(jié)構(gòu)的技術(shù)和可靠性要求，因此廠商務(wù)必要盡早與整個供應(yīng)鏈內(nèi)的伙伴就這些影響面進(jìn)行有效的溝通。

《表2》印刷電路板認(rèn)證的更新狀況 制造商配合更新時程，進(jìn)行以下行動方案，將可有效減少軟性電路的PCB認(rèn)證周期。
??? ①盡早于產(chǎn)品發(fā)展階段便向UL提出認(rèn)證申請
??? ②與OEM廠確定成品的要求，以決定申請印刷電路板認(rèn)證時，需要「僅燃燒性能」評估或是完整檢測。
??? ③以現(xiàn)行的UL后續(xù)檢驗服務(wù)報告頁（表一及表二、阻焊劑表和制程說明）為模板，詳列印刷電路板的結(jié)構(gòu)或擬修改項目。
??? ④提出申請時，附上橫切面圖顯示所有可能的結(jié)構(gòu)和物料，包括基膜、覆蓋膜、接合劑、接合膠膜、補(bǔ)強(qiáng)板、導(dǎo)體、導(dǎo)電膠、電磁屏蔽和防焊劑。
??? ⑤提出申請時列明該結(jié)構(gòu)所使用的每種物料的資料，包括制造商、級別、物料的最小和最大厚度。
??? ⑥選擇已獲得認(rèn)可的物料作為印刷電路板的材料。
??? ⑦列明生產(chǎn)時的最高制程溫度及時間，并須已經(jīng)考量公差范圍及/或多次回焊工序。
??? ⑧如適用的話，列明組裝回焊工序的多項焊接溫度及時間的極限(Multiple Solder Limits)。
??? ⑨與UL人員確定樣本要求，以確保提出適當(dāng)?shù)臏y試樣本。
??? ⑩知會UL您產(chǎn)品預(yù)定的出貨時間。

參考資料：
1. Elke Kruger and Martin Novotny, “Rigid-Flexible PCBs: A Pliable Solution” Circuitree, March 2006.
2. Joseph Fjelstad, “Back to Basics, Part 7: Getting Started with Flexible Circuits,” Flexible Thinking, Circuitree, January 2006.
3. Markus Willie, “Rigid Flexible PCBs for the Next Generation of Automotive Electronics,” Circuitree, June 2005.
4. Underwriters Laboratories Inc., “Standard for Printed Wiring Boards, UL 796,” Ninth Edition, April 2006.
5. Underwriters Laboratories Inc., “Standard for Flexible Materials Interconnect Constructions, UL 796F,” First Edition, September 2005.