柔性PCB制造中的基材与辅料选型策略
一、柔性 PCB 基材的核心类型与特性对比
柔性 PCB 的柔性特质与性能基础源于基材选择,目前主流基材主要分为聚酰亚胺(PI)、聚酯(PET)、 PEN(聚萘二甲酸乙二醇酯)三类,其特性差异直接决定制造工艺与应用场景。
(一)聚酰亚胺(PI)基材
PI 基材是柔性 PCB 中应用最广泛的类型,具有优异的耐温性(长期使用温度 - 269℃-260℃,短期耐温可达 400℃)、机械强度(拉伸强度≥150MPa)与绝缘性能(介电常数 3.0-3.5,介损≤0.005),适用于高频、高温环境(如汽车引擎舱、航空电子)。按厚度划分,PI 基材常见规格为 12.5μm、25μm、50μm,其中 25μm 基材兼顾柔性与强度,占消费电子柔性 PCB 用量的 60% 以上(如折叠屏手机的铰链区域线路)。但 PI 基材成本较高(约 30 元 /㎡,是 PET 的 2-3 倍),且加工时易产生静电,需在制造中增加抗静电处理环节。
(二)聚酯(PET)基材
PET 基材性价比更高(约 10-15 元 /㎡),柔性优异(弯曲半径可小至 5mm),但耐温性较弱(长期使用温度≤120℃,短期耐温≤150℃),介电性能略逊于 PI(介电常数 3.2-3.8,介损≤0.01),主要用于中低温度、低频信号场景(如家电内部柔性线路、普通可穿戴设备)。PET 基材厚度多为 25μm、50μm,其中 50μm 基材因刚性稍高,更适合需要局部定型的柔性 PCB(如智能手表的表带线路)。需注意的是,PET 基材在高温焊接(如回流焊 240℃以上)时易收缩变形,制造中需控制焊接温度与时间。
(三)聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)基材
PEN 基材性能介于 PI 与 PET 之间,耐温性(长期使用温度 120-150℃)、机械强度(拉伸强度≥140MPa)优于 PET,成本低于 PI(约 20 元 /㎡),但国内供应商较少,市场占有率不足 10%,主要用于对耐温有一定要求但预算有限的场景(如汽车内饰柔性线路)。PEN 基材的显著优势是耐水解性强(在 85℃、85% RH 环境下放置 1000 小时,绝缘电阻下降≤20%),适合潮湿环境应用。
二、柔性 PCB 辅料的选择标准与适配要求
辅料是柔性 PCB 制造的重要组成部分,包括胶粘剂、覆盖膜、补强板等,其性能需与基材、制造工艺及应用场景精准匹配。
(一)胶粘剂的选型
柔性 PCB 常用胶粘剂分为丙烯酸类、环氧树脂类与聚酰亚胺类,核心选择标准包括耐温性、柔韧性与粘接强度。丙烯酸类胶粘剂成本低(约 5 元 /㎡)、柔韧性好(断裂伸长率≥300%),但耐温性差(长期耐温≤120℃),适用于 PET 基材与低温场景;环氧树脂类胶粘剂耐温性提升(长期耐温 150-180℃)、粘接强度高(剥离强度≥1.5N/mm),但柔韧性较差(断裂伸长率≤100%),适合 PI 基材与需要结构强度的区域(如补强板粘接);聚酰亚胺类胶粘剂耐温性最优(长期耐温 200-250℃)、综合性能均衡,但成本高(约 15 元 /㎡),仅用于高频、高温等高端场景(如航空航天柔性 PCB)。
(二)覆盖膜的选择
覆盖膜用于保护柔性 PCB 的线路层,需具备绝缘性、柔韧性与耐环境性。按材质分为 PI 覆盖膜与 PET 覆盖膜,PI 覆盖膜耐温性(260℃短期耐温)、绝缘性(介电强度≥40kV/mm)优于 PET 覆盖膜,适用于 PI 基材与高温场景;PET 覆盖膜成本低、透明度高,适合 PET 基材与需要视觉检测的场景(如医疗设备的柔性线路)。覆盖膜厚度需与基材匹配,通常为 12.5-25μm,过厚会降低柔性,过薄则易破损。此外,覆盖膜的粘接力需≥1.2N/mm(测试标准 IPC-TM-650),确保长期使用中不脱落。
(三)补强板的选型
补强板用于增强柔性 PCB 局部区域的刚性(如连接器安装处、元器件焊接区),常用材质包括 PI 补强板、FR-4 补强板与金属补强板(不锈钢、铝)。PI 补强板柔韧性与基材匹配度高(弯曲半径可与基材一致),适用于需要轻微弯曲的区域;FR-4 补强板刚性强(弹性模量≥15GPa)、成本低,适合固定安装区域(如手机柔性屏的排线接口);金属补强板导热性好(如铝的导热系数 200W/(m・K)),适用于高功率元器件区域(如柔性 LED 线路板)。补强板的厚度需根据受力需求选择,通常为 0.1-0.5mm,面积需覆盖受力区域,边缘与基材过渡处需倒圆角(半径≥0.5mm),避免应力集中导致基材断裂。
三、基材与辅料的选型原则及实际案例
(一)选型核心原则
性能匹配原则:根据应用场景的温度、湿度、柔性需求选择基材,如折叠屏手机(长期弯折、温度 - 20℃-60℃)需选 25μm PI 基材 + PI 覆盖膜 + 丙烯酸类胶粘剂;汽车引擎舱(温度 - 40℃-150℃)需选 50μm PI 基材 + 环氧树脂类胶粘剂 + 金属补强板。
成本平衡原则:非高端场景可替代选择,如家电柔性线路用 PET 基材替代 PI,降低成本 30% 以上;对耐温要求不高的区域用 FR-4 补强板替代金属补强板,成本降低 50%。
工艺适配原则:基材与辅料需适配后续制造工艺,如需要无铅回流焊(240-250℃)的柔性 PCB,不可选 PET 基材与丙烯酸类胶粘剂,需选 PI 基材与环氧树脂类以上胶粘剂。
(二)实际应用案例
折叠屏手机柔性 PCB:基材选用 25μm 超薄 PI(Tg≥280℃),胶粘剂为聚酰亚胺类(耐温 260℃),覆盖膜为 12.5μm PI,补强板为 0.2mm PI(连接器区域),确保可承受 10 万次以上弯折(弯折半径 3mm),且耐焊接高温。
医疗植入式柔性 PCB:基材选用 12.5μm 生物相容性 PI(符合 ISO 10993 标准),胶粘剂为无挥发物环氧树脂类,覆盖膜为超薄 PI(10μm),无补强板(需完全柔性),确保植入人体后无不良反应,且耐体液腐蚀。
汽车柔性车灯线路:基材选用 50μm PI(耐温 - 40℃-150℃),胶粘剂为耐水解环氧树脂类,覆盖膜为 25μm PI,补强板为 0.3mm 铝(散热需求),适配汽车高温、振动环境,且具备良好导热性。
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