软性/软硬结合的印刷电路板UL认证关键

　　一、专家关于技能议题及认证选项的主张
    大部份的原设备制作商都趋向于运用软性电路，尤其是用于需求更着重信号完好性的小型设备，因为软性电路板的原资料 — 聚醯亚胺 (Polyimide) 恰能供给这项特色。因为软性电路的散热才能比硬板更胜一筹，其面临无铅焊接的高处理温度也有较佳的耐受性，因而软性电路运用在轿车、手机、数字相机和平面显现器等几类产品的需求量增加最为明显。
    在考虑运用软性电路时 (软性及软硬结合结构)，规划人员除了需求考虑制品的安全性，例如火灾及高温危险，还需求统筹产品在机械功能的首要规划原素和其它方面的要素，例如电磁屏蔽(EMI Shielding)。
    本文旨在讨论运用软性及软硬结合结构的印刷电路板时，厂商需考虑的技能及认证问题，若厂商能了解其间潜在的问题及可挑选的认证计划，将可顺畅且有用地习惯相关的规划改变。

    二、物料特性
    印刷电路板规划的考虑要素大多与认证评价的考虑领域十分相似，这些规模不只限于可供挑选的物料品种、结构技能、曲折循环次数、操作温度应力和技能要求等。《表1》列出了用于建构软性电路板的传统用料。

《表1》建构软性电路的典型物料
    ①绝缘薄膜基材：聚醯亚胺 (Polyimide, PI)、涤纶 (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)、环氧树脂 (Epoxy)、芳纶(Aramid)
    ②导体：压延退火铜箔 (Rolled Annealed Copper Foil)、电解铜箔 (Electrodeposited Copper Foil)、铝 (Aluminum)、镍 (Nickel)、不锈钢 (Stainless Steel)
    ③接合剂和接合胶膜：丙烯酸 (Acrylic)、环氧树脂 (Epoxy)、聚醯亚胺 (PI)、涤纶 (PET)、Butyral Phenolic、无胶资料 (Adhesiveless)
    ④掩盖膜：聚醯亚胺 (PI)、涤纶 (PET)、聚四氟乙烯(PTFE)
    ⑤表涂层：软性聚合物涂层( 阻焊剂) Flexible polymer coaTIngs (soldermask)
    ⑥补强板：聚醯亚胺 (PI)、涤纶 (PET)、环氧树脂层压板 (Epoxy (FR-4) Laminate)、金属基材 (Metal Substrates)
    ⑦覆铜板：FR-4、酚醛树脂 (Phenolic, FR-1)、聚醯亚胺 (PI)、聚四氟乙烯 (PTFE)

    三、典型的结构
    软性电路板结构多用于动态和重复曲折的运用上。软性电路板有或许是单层结构、也有或许是多层结构，而其结构上的最高动态承载力(UlTImate Dynamic Capacity)和耐用性并非能以认证测验计划来确认；硬性电路板则因物料的厚度及特性的联系，结构上多运用于无需委曲或曲折的产品上。
    单次曲折装置 (Bent-to-install) 的印刷电路板结构是专为仅需求将印刷电路板挠曲一次来装嵌或运用的运用而规划，因而单次曲折装置(Bent-to-install) 或单次委曲装置(Flex-to-install)的结构可视制品的曲折循环次数和曲折半径，选用薄的FR-4、芳纶(Aramid)或聚醯亚胺(Polyimide)物料。
    软硬结合的印刷电路板结构则适用于需在有限的空间以多方位配线(MulTI-Dimensional Wiring)衔接几块硬性电路板的运用上。大部份的软硬结合印刷电路板均选用单层软性芯板(Singlelayer Flexible Core)，该芯板通常是动态挠曲(Dynamically Flexed)，而外层却是硬板，然后用接合胶膜或接合片(Prepreg)将硬板以狗骨形状般地粘合在软性芯板上。硬板的结构可所以涂上阻焊剂(Soldermask) 的单层或多层FR-4物料。

    四、突破性的结构
    下降软硬结合印刷电路板上的电镀通孔接合剂份量可增加结构的牢靠性。鉴于易热膨胀系数(CTE)的下降，无胶体系因而更能承受无铅温度循环。要下降软硬结合结构的胶含量，可运用无胶基材和掩盖膜，或在规划中将多层板的当地运用更少的掩盖膜。
    因为高频电路会将电磁能量放射出来，所以会对邻近的电路体系形成搅扰，可是电磁波搅扰(EMI)的影响是否会严重到要对软性电路做出防护保证，则视不同情况而定。

    五、认证要求
    进行印刷电路板的安全认证测验时有一些运用面的考虑要素，例如制品的运用地址和环境、该环境是静态仍是动态、绝缘物料的品种和厚度、绝缘层数、导体的分量、镀层和外表处理、以及全体的电路叠合厚度等。
    假设制品的运用地址和环境只需评价易燃性，即可挑选为软性印刷电路板请求“仅焚烧认证”。在制品的认证中，假设关于印刷电路板的温度、机械及电气特性没有严格要求，而且只要求印刷电路板的焚烧等级需契合功能规范，这些制品便可运用经过“仅焚烧认证”的印刷电路板。
    跟着业界运用的印刷电路板物料在数量和品种数据上的不断攀升，以及印刷电路板结构的更加多样化，UL为合作这一趋势，所以替软性胶膜(Flex Films)发展出一个相似ANSI的计划。据过往的纪录显现，聚醯亚胺物料(Polyimide)最常被鉴定成V-0或VTM-0易燃性物料，那么只要为附着某种胶膜的聚醯亚胺物料测验，其成果即可代表其它附着相同胶膜的聚醯亚胺物料。这个相似ANSI的计划便是依据这一现实树立，并阐明在何种情况下可为印刷电路板加上代替的聚醯亚胺物料，而无需承受额定测验。不过，此计划合适只承受“仅焚烧认证”的印刷电路板。
    换言之，假设制品的运用需求考虑印刷电路板的易燃性和最高操作环境温度(MOT)等级，软性印刷电路板便需承受包含多项测验的完好检测，其包含易燃性、导体附着强度、起泡(Blistering)和分层(DelaminaTIon)测验。此外，依据电路板的运用要求或防电磁波搅扰(EMI)的需求，也或许需求进行补强板接合强度、曲折和银搬迁等测验。

    六、总结
    《表2》所列出的十项举动过程除可协助厂商快速取得软性印刷电路板认证，也反映出厂商要成功地转换成选用软性或软硬结合的印刷电路板时，有必要留意的纤细之处。其间，特别要考虑到整个供给炼的影响，包含物料的比较、导体的厚度、外表处理、结构技能、曲折循环次数、操作温度应力、以及结构的技能和牢靠性要求，因而厂商必须要尽早与整个供给链内的同伴就这些影响面进行有用的交流。

《表2》印刷电路板认证的更新情况 制作商合作更新时程，进行以下举动计划，将可有用削减软性电路的PCB认证周期。
    ①尽早于产品发展阶段便向UL提出认证请求
    ②与OEM厂确认制品的要求，以决议请求印刷电路板认证时，需求「仅焚烧功能」评价或是完好检测。
    ③以现行的UL后续查验服务陈述页（表一及表二、阻焊剂表和制程阐明）为模板，详列印刷电路板的结构或拟修正项目。
    ④提出请求时，附上横切面图显现一切或许的结构和物料，包含基膜、掩盖膜、接合剂、接合胶膜、补强板、导体、导电胶、电磁屏蔽和防焊剂。
    ⑤提出请求时列明该结构所运用的每种物料的资料，包含制作商、等级、物料的最小和最大厚度。
    ⑥挑选已取得认可的物料作为印刷电路板的资料。
    ⑦列明出产时的最高制程温度及时刻，并须现已考量公役规模及/或多次回焊工序。
    ⑧如适用的话，列明拼装回焊工序的多项焊接温度及时刻的极限(Multiple Solder Limits)。
    ⑨与UL人员确认样本要求，以保证提出恰当的测验样本。
    ⑩知会UL您产品预订的出货时刻。

参考资料：
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.