針對有限機構空間設計 彈性應用軟﹧硬板架構應用電路

FPC的可撓曲特性，可用於連接不同電路的彈性設計。Cassill Electronic

3C產品尺寸越做越薄，可用的內部機構空間有限，在電路載板的設計方面必須朝向3D化的結構發展，利用軟板、印刷電路板的彈性搭配，設計可適應不同產品構型的電路載板設計，同時利用軟板的優勢達到電路設計的最佳化狀態...

現今電子產品設計，PCB(Printed Circuit Board)的演化，呼應終端產品越變越小的趨勢，已朝向多層化、高密度化的方向發展，而硬式結構的載板變得再小，仍無法因應多元的產品構型設計方案，此時，搭配軟式電路板FPC(Flexible Print Circuit)進行整體設計，針對產品構型做最佳化彈性設計，已成為現在消費性電子產品重要的設計模式。

而要進行多重板材的設計方案時，首先要先理解不同板材的特性與目前發展趨勢，同時，板材與板材間的連接方式，使用連接器還是利用軟硬結合板，都有不同的產品特性與使用限制，這些都必須先確認評估後，再進行設計用料的選擇。

了解不同板材特性 整合產品設計

首先，在硬板方面，PCB印刷電路板可以說是目前最大量使用的載板型式，早期要構成電子迴路，為利用導線在電子元件引腳上進行電路連接，若是一般佈局簡單的類比電路，可能用導線進行線路連接還算可以應付，但若是針對多接腳IC就會讓線路變得過於複雜，而印刷電路板的設計型態，即為解決這種設計困境所衍生的開發方案。

PCB印刷電路板可將零件和零件之間的繁複電路銅線，經由完整的線路規劃運用蝕刻方式，在一塊載板進行銅箔蝕刻，形成電子電路，而PCB為提供電子零組件進行安裝、互相連接的主要基板，同時也有支撐、固定電子零件的效用，相較早期利用導線的架構方式可讓電子電路的穩定性更高、壽命更長，也可減少電路誤動作或短路問題，PCB的設計樣式已經成為不可或缺的基礎元件。

印刷電路板基本上是採用絕緣材料製成的平板，搭配預鑽孔位來進行晶片金屬引腳的安裝佈設，而電子元件經由引腳伸入預鑽孔位再搭配銲接使元件與PCB載板進行結合。至於元件預設的預鑽孔，可作為元件定位使用，但預鑽孔的設計型態，大量產線製造時必須使用人工插件，造成製造成本較高、同時手工插件也容易造成製造錯誤，甚至也不易進行產品微縮設計。

PCB電路高密度化、多層設計 因應產品微縮設計趨勢

而印刷電路板因應縮小載板尺寸需求，也利用雙面、多層結構來進行電路密度的改良，尺寸可以呈現倍數縮小，而為了因應大量生產目的，電子零件逐步改成可自動送料、銲製的表面粘著製作流程，PCB原有的預鑽孔改成預留銲墊處理，讓生產中原有的插件程序減少至打件、上料即完成組裝，大幅增加元件排佈密度。

電子產品的構型越來越多元，也令PCB的設計出現許多限制，因為PCB為硬質絕緣材料，有一定程度的塑型難度，尤其是因應彎曲、具角度的立體結構，基本上會形成大量重工與高複雜組裝，對於產品開發的成本會暴增許多，也不利產品的微縮設計，即便可利用排線、連接器進行多PCB的整合設計，但這也形成增加產製複雜度與提高不良率問題。

針對不同角度、非平整電路的PCB設計需求，也發展出FPC軟式電路板的可撓曲電路板材，與硬式的多層PCB結構不同，FPC的絕緣基材改用可撓式的絕緣塑料，利用絕緣塑料為基材、再於基材上附著導電線路，成為可撓式的電路型態，而PBC搭配FPC可以整合適應不同結構的電路設計需求，應用彈性也較僅有PCB的方案來得更好，而FPC也漸漸如PCB般，成為電子產品設計不可或缺的關鍵材料。

FPC軟性結構 可改善原有PCB設計限制

軟式印刷電路板與PCB同樣採行銅箔為導電線路設計，相較硬式PCB不同的是，其印刷電路為在可撓式的基材進行電路排佈，由銅箔作為電子元件訊號傳輸媒介，由於FPC具可連續大量進行自動化生產、線路設計可提高配線密度、FPC材料重量輕、材料的厚度與體積相當小，也可減少配線錯誤的狀況發生，甚至可以適應不同的材料或機構外型做適應性設計，目前在數位相機、手機、筆記型電腦等電子產品相當常見。

檢視軟板的主要結構，主要由壓延銅箔、絕緣塑料基材(PET或PI)、接著劑(壓克力膠、環氧樹脂)等組成，外層的應用材料多稱為Coverlay，為使用PET或PI包覆保護內部壓延銅箔結構，避免銅箔受外部水氣影響，出現材料劣化或氧化問題。FPC生產的關鍵在於必須利用精密塗佈程序搭配生產壓合銅箔結構體，生產過程的環境潔淨度要求高，而觀察其材料的成本結構，PI約佔總成本的5成，其餘為壓延銅箔35%，與製造成本約10%，少部分為人工必要的處理成本，可說FPC最大的成本在於PI材料。

較PCB發展至HDI的多層型態不同，FPC在製程與材料先天限制下，不容易發展多層結構設計，一般仍以3L(Layer)上下為主，多數作為部分如外部機械開關的連接軟板、攝影機模組的連接板材，大量使用FPC的效益不若HDI為高，大多數的狀況都是核心電路為由HDI多層板結構完成主元件的架構，其餘如周邊模組利用軟板進行整合。FPC的作用相當多，可以作為多PCB結構彼此間硬板的資料、電路傳輸中介，達到符合產品構型的彈性設計方案，而異質板材的連接方式，可以選用軟板排線搭配專用連接器，也可以選用如軟硬結合板設計，讓終端產品的厚度可以因為減省連接器的高度，而獲得更微縮終端產品尺寸的使用效益。

FPC應用優點多

而FPC軟板整合優點相當多，因為硬質PCB的產品設計，對於摔落或高G值撞擊應力，因為材料結構使然，會使得板材對於衝擊力的緩衝幾乎沒有，應力會直接對板材上的元件同時受到影響，對於發展需高耐衝擊的產品，全使用硬板將會使耐衝擊的效果減少。反之，使用軟板搭配，可以讓整體電路可依重點功能區隔模塊式整合，彼此搭配FPC連接，使終端產品的衝擊應力可以部分由軟板吸收，或是預留彈性設計。

但FPC軟板也不是樣樣都優於PCB，像是FPC發展多層結構設計時，就未能如PCB的進階型HDI(High Density Interconnection)高密度多層板般，可以發展出多層堆疊的設計方案，因為FPC本身的絕緣塑料基材搭配銅箔，基本上銅箔與軟性基材雖可彈性撓曲，但兩種材質的撓曲設計彈性仍有限制，過度撓曲仍會造成內部線路的斷路問題，而當FPC多層化發展，異質結構的板材內部更容易出現撓曲斷裂問題，也失去FPC的應用價值。

而FPC另一大罩門在耐溫表現，FPC使用的軟質塑料基材，大多具一定程度的耐熱極限，即便目前材料科技大幅改善耐熱表現，但實際上仍與硬板PCB或HDI有段差距，因此不能使用大量加熱的設計方案進行生產，即便是軟硬結合板的設計方案，都是預先在特定程序下進行，與一般大量生產的流程區隔。