今天咱們要聊的是可穿戴設(shè)備里的 “黑科技”——柔性集成 PCB。像智能手環(huán)、運(yùn)動手表這些設(shè)備，能戴在手腕上隨意彎曲，全靠柔性 PCB 的支撐。但很多人不知道，柔性 PCB 的耐彎折性可不是天生的，而是靠一系列特殊工藝 “煉” 出來的。今天我就用問答的形式，把柔性集成 PCB 的耐彎折工藝講透徹。

 

 

問：可穿戴設(shè)備柔性集成 PCB 的耐彎折性，到底有啥具體要求？
答：可穿戴設(shè)備的柔性 PCB，耐彎折性是核心性能指標(biāo)，具體要求非常嚴(yán)苛。首先是彎折次數(shù)：行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)一般要求能承受10 萬次以上的反復(fù)彎折，比如智能手環(huán)每天要被彎折幾十次，用兩年就得彎折幾萬次，要是耐彎折性差，很快就會出現(xiàn)線路斷裂。 其次是彎折角度：通常要求能在0-180° 之間反復(fù)彎折，部分設(shè)備甚至要求 360° 彎折，比如折疊式智能手表的表帶 PCB。 最后是彎折后的性能穩(wěn)定性：彎折 10 萬次后，PCB 的線路電阻變化率要小于 5%，不能出現(xiàn)斷路、短路的情況，同時(shí)元器件不能脫落、焊點(diǎn)不能開裂。

 

舉個(gè)例子，醫(yī)療用的可穿戴監(jiān)測設(shè)備，需要貼在皮膚上跟隨人體活動，它的柔性 PCB 不僅要耐彎折，還要耐汗液腐蝕，要求就更高了。

 

 

問：柔性集成 PCB 耐彎折性差的話，會出現(xiàn)哪些問題？根源在哪里？
答：如果耐彎折性不達(dá)標(biāo)，柔性 PCB 用不了多久就會出問題，最常見的就是線路斷裂，導(dǎo)致設(shè)備功能失效，比如智能手表突然黑屏、心率監(jiān)測失靈。還有就是焊點(diǎn)開裂，元器件脫落，比如藍(lán)牙芯片掉了，設(shè)備就沒法連接手機(jī)了。

 

這些問題的根源主要有三個(gè)：
第一，基材選擇不當(dāng)。柔性 PCB 的基材是核心，如果用了劣質(zhì)的聚酰亞胺（PI）基材，或者基材厚度不均勻，彎折時(shí)就容易出現(xiàn)應(yīng)力集中，導(dǎo)致基材開裂。
第二，線路設(shè)計(jì)不合理。比如線路的拐角是直角，彎折時(shí)直角處的應(yīng)力會比其他地方大 10 倍以上，很容易斷裂；還有線路的寬度和厚度不均勻，也會導(dǎo)致應(yīng)力分布不均。
第三，加工工藝不到位。比如銅箔的附著力差，彎折時(shí)銅箔會和基材分離；或者覆蓋膜的貼合不緊密，水分和灰塵進(jìn)入后，會加速線路的氧化和斷裂。

 

 

問：要實(shí)現(xiàn)柔性集成 PCB 的耐彎折性，核心工藝有哪些？
答：要讓柔性 PCB “抗造”，就得從基材處理、線路設(shè)計(jì)、覆蓋膜貼合、補(bǔ)強(qiáng)工藝四個(gè)核心環(huán)節(jié)入手。

 

第一個(gè)工藝：高韌性基材預(yù)處理。
柔性 PCB 的基材一般選雙馬來酰亞胺 - 三嗪樹脂（BT 樹脂）改性的 PI 基材，這種基材的耐彎折性和耐高溫性都比普通 PI 基材好。在加工前，還要對基材進(jìn)行等離子體處理，目的是提升基材表面的粗糙度，增強(qiáng)銅箔和基材的附著力，避免彎折時(shí)銅箔脫落。

 

第二個(gè)工藝：圓弧拐角 + 等寬線路設(shè)計(jì)與加工。
線路設(shè)計(jì)是關(guān)鍵，所有線路的拐角都要做成圓弧狀，圓弧半徑至少是線路寬度的 3 倍，這樣能分散彎折時(shí)的應(yīng)力。同時(shí)，線路的寬度和厚度要保持均勻，比如線路寬度控制在 0.1mm，銅箔厚度控制在 12μm，避免出現(xiàn)寬窄不一的情況。 加工時(shí)采用光刻蝕刻工藝，代替?zhèn)鹘y(tǒng)的化學(xué)蝕刻，能精準(zhǔn)控制線路的尺寸和形狀，減少線路邊緣的毛刺，提升耐彎折性。

 

第三個(gè)工藝：無氣泡覆蓋膜貼合工藝。
覆蓋膜是保護(hù)柔性 PCB 線路的 “外衣”，貼合時(shí)如果有氣泡，彎折時(shí)氣泡處就會出現(xiàn)應(yīng)力集中，導(dǎo)致覆蓋膜開裂。 所以要采用真空熱壓貼合工藝，在真空環(huán)境下，用 120-150℃的溫度和 0.3-0.5MPa 的壓力，把覆蓋膜和 PCB 緊密貼合，確保沒有氣泡殘留。貼合后還要進(jìn)行后固化處理，溫度 150℃，時(shí)間 60 分鐘，增強(qiáng)覆蓋膜和基材的附著力。

 

第四個(gè)工藝：局部補(bǔ)強(qiáng)工藝。
柔性 PCB 的某些區(qū)域，比如元器件貼裝區(qū)、連接器焊接區(qū)，受力比較大，需要進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)。常用的補(bǔ)強(qiáng)材料是聚酰亞胺補(bǔ)強(qiáng)板或鋼片補(bǔ)強(qiáng)板，采用模切 + 貼合的方式，貼在 PCB 的背面，既能增強(qiáng)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，又不會影響整體的柔韌性。 比如智能手表的表帶 PCB，在和表盤連接的部位，就會貼一塊鋼片補(bǔ)強(qiáng)板，防止插拔時(shí) PCB 斷裂。

 

 

問：怎么檢測柔性集成 PCB 的耐彎折性？有沒有行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)？
答：當(dāng)然有檢測方法和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，常用的檢測設(shè)備是彎折試驗(yàn)機(jī)，檢測步驟很規(guī)范： 第一步，把 PCB 樣品固定在試驗(yàn)機(jī)上，設(shè)置彎折角度為 180°，彎折速度為 30 次 / 分鐘。 第二步，讓樣品承受 10 萬次的反復(fù)彎折，期間每隔 1 萬次，測量一次線路的電阻值。 第三步，彎折結(jié)束后，檢查 PCB 的外觀，看有沒有基材開裂、銅箔脫落、焊點(diǎn)開裂的情況，同時(shí)對比彎折前后的電阻變化率。

 

行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)主要參考IPC-6013（柔性印制板規(guī)范），里面明確規(guī)定了柔性 PCB 的耐彎折性要求：彎折 10 萬次后，線路電阻變化率≤5%，無目視可見的損傷，功能正常。

 

在實(shí)際生產(chǎn)中，很多企業(yè)會做加速老化測試，比如在高溫高濕環(huán)境下（溫度 40℃，濕度 85%）進(jìn)行彎折測試，模擬設(shè)備的長期使用環(huán)境，確保 PCB 的可靠性。

 

柔性集成 PCB 的耐彎折工藝，是可穿戴設(shè)備 “小巧耐用” 的關(guān)鍵，隨著技術(shù)的發(fā)展，未來的柔性 PCB 還會向超薄、超柔、可拉伸的方向發(fā)展。