基于正交实验的用于LCM的单面挠性印制板翘曲研究

电子产品在生活与工作中扮演的角色越来越重要，而电子产品正朝着更轻、更薄的方向发展，挠性印制电路板（FPCB）凭借其轻、薄、可折叠的优势，更加符合电子产品发展方向的需求。

有一种用于LCD显示模块（LCM，Liquid Crystal Display Module）的单面FPCB，显示器件的终端产品是手机、平板电脑等。对于该单面FPCB的要求是厚度45 μm～100 μm，长度50 mm的翘曲≤1.0 mm。该单面FPCB的实样如图，当该产品的翘曲变形严重，将会极大影响客户装机使用，因此需要研究如何解决产品的翘曲问题。

图1 LCM的单面FPCB图

1 实验

1.1 产品结构

用于LCM的单面FPCB结构如图2所示。

图2 单面FPCB结构

1.2 压合设备及测试仪器

（1）溢胶量以及尺度测试：用Micro Vu公司EXCEL 501UC来测试样品的溢胶量以及尺度[1]。

（2）压合：用珠海比昂四开口快压机将上面和下面的覆盖膜胶PI和胶与中间的基材（Cu/PI）进行压合。

（3）翘曲标准以及测试仪器：用毫米刻度尺或者自研的挠性电路板弯曲率测试仪[2]来测试翘曲程度。

为确保不会影响后续装配，客户要求单面FPCB长度50 mm，翘曲≤1.0 mm。测试方式是两头外露铜面向下放置在大理石平面上，使用毫米刻度尺量测翘曲最高点与最低点的垂直距离。

2 正交试验及结果分析

2.1 测试方案

根据产品影响要因分析，设计了三因素混合水平进行对比测试方案（见表1所示）。

表1 混合水平设计表

（1）覆盖膜溢胶量：客户要求溢胶量＜0.2 mm，前期预试验中发现其为重要影响因素，在此取6个水平；

（2）基材PI厚度：12.5 μm/20 μm/25 μm，这三个尺寸是由终端客户要求，并由上游客户提供的主流产品；

（3）压合叠构：选用不同缓冲垫配置。

2.2 测试结果

测试结果见表2所示。其中测试数量均取100件，评分＝测试数量－翘曲不良数量。评分数也等于一百个样品中的合格数量，当评分越高时，说明翘曲不良的情况越少，符合要求的合格产品越多。

从表2的DOE测试数据结果中的极差值可以看出：A（溢胶量）、B（基材PI厚度）、C（压合叠构）的极差分别为75、4、10。极差越大影响因素越重要，影响因素的重要度排序为溢胶量＞压合叠构＞基材厚度；也说明了将溢胶量作为关键因素，设计了6个水平是合理的。

表2 正交试验（DOE）测试结果以及分析表

从图3的品质评分主效应图可知，溢胶量作为最重要影响因素（表2的极差值为75），评分值随着溢胶量的增大而增大，而且拐点还没有出现，意味着评分值有可能随着溢胶量的继续增大而继续增大。但最大溢胶量受后端工艺（需保留一定的操作误差余量）以及客户要求（＜0.2 mm）的限制，因此未来大规模投产时的溢胶量的数值定为A6（0.175 mm），此时A6对应的评分值为91.3（这个系列里面最高值），应该是最优的参数。

图3 品质评分主效应图

压合叠构作为次重要的影响因素（表2的极差值为10），C2（矽铝箔＋离型膜＋FPC＋离型膜＋特殊缓冲材料＋硅钢板）的值最高（表2中的58.5），而且C2在拐点位置（顶点位置），因此C2是最优的参数。

基材厚度作为最次要的影响因素（表2中的极差值4），B2（20 μm）的值最高（55.8），而且是在拐点（顶点位置）处，最优选是B2；如果考虑节约成本（PI越厚，成本越高）问题并可以接受合格率的降低，B1（12.5 μm）也是可以考虑的备选方案。

综合表2的DOE测试数据分析和图4的品质评分主效应图来看，影响程度排序为溢胶量（75）＞压合叠构（10）＞基材厚度（4）；最优方案为A6（溢胶量0.175 mm）、B2（Cu/PI：12 μm/20 μm）、C2（矽铝箔＋离型膜＋FPC＋离型膜＋特殊缓冲材料＋硅钢板）。

3 结论

通过正交实验研究和分析可知，影响因素的重要度排序为溢胶量＞压合叠构＞基材厚度，实验的最优方案为溢胶量0.175 mm（A6）、基材PI厚20 μm（B2）、压合叠构矽铝箔+离型膜+FPC+离型膜+特殊缓冲材料+硅钢板（C2）。根据最优方案进行量产，实际合格率超过98%，对用于LCM的单面FPC产品的生产提供了巨大的帮助，也对其它产品的生产起到了借鉴作用。

参考文献

[1]石磊,蒋春磊,陈光海,唐永炳.薄膜热膨胀系数测试技术研究,集成技术,2017,6(04),49-60.

[2]专利:一种测量挠性线路板弯曲率的仪器(ZL202121748764.0).