FPC天線粘接失效原因分析及解決方案

李 翠，崔曉輝

（3M中國有限公司北方技術中心，北京 100176）

FPC天線粘接失效原因分析及解決方案

李 翠，崔曉輝

（3M中國有限公司北方技術中心，北京 100176）

通過對FPC柔性天線的結構以及應用的研究分析，找出天線起翹，即粘接失效的原因。主要從壓敏膠帶的粘接原理入手，對影響膠接質量的多方面因素進行技術分析并給出可行性建議。例如對被粘接材料的表面性能、紋理及表面處理等提出要求，FPC貼合過程中應采用適合的壓力、時間和溫度，還對FPC產品結構改善提出建議。

FPC天線；壓敏膠帶；起翹；膠接影響因素

FPC柔性天線在手機、平板電腦等電子產品中已有廣泛的應用。這種通過用膠帶將天線粘接到塑膠支架上的方式，不僅節約設計空間，而且也方便組裝操作。但隨著FPC天線的大量應用，其設計也越來越多樣化，如粘接面為曲面，90°折彎，甚至180°折彎，導致其粘接失效（折彎處翹起）等問題也越來越多。3M公司就此問題從膠帶粘接原理及性能方面進行了研究分析，提出了一些可行的解決方案。

1 FPC天線結構及粘接失效的原因

FPC天線的粘接失效主要是邊緣折彎或拐角處出現天線翹起的現象。其根本原因是FPC天線在彎曲或折彎時存在較大的回彈應力，如果回彈應力足夠大，且在FPC粘貼后無法消除掉，則FPC翹起的風險就會很大。這與FPC天線結構關系密切。

1.1 普通FPC天線結構

普通的單面板FPC由5層材料構成：背膠+基層+膠層AD+銅箔+油墨，總厚度在0.15 mm或以上，結構如圖1所示。

圖1 普通單面板FPC結構示意圖Fig.1 Schematic of structure of common single sided FPC board

背膠一般選用無基材的膠膜產品，厚度多為0.05 mm，以減少膠帶折彎時產生的應力。基層一般選擇PI或PET材料，這種材料一致性好，不宜形變，但由于比較挺，韌性十足，所以在彎曲或彎折時必然會產生較大的回彈應力。

1.2 粘接失效的原因

天線在折彎時即產生回彈應力且不可避免。若此時膠帶的初粘性T初小于回彈應力F彈或者膠帶粘性的增長速度不足以抵抗持續的回彈應力，那么天線的翹起將不可避免發生。即：T初＜F彈，對于同一產品結構，其F彈是恒定不變的。T初受不同膠帶、貼合壓力、時間、溫度及產品表面的不同而有所變化。因此，在不能改變FPC產品結構減少F彈的前提下，應該盡可能提高膠帶的初粘性，如圖2所示。

2 膠帶粘接原理及性能的影響因素

在FPC粘接中，常用的3M膠帶有467MP，9471LE，F9460PC等產品。這些膠帶都屬于壓敏膠帶，壓敏膠在應用時需施以壓力，使膠面與被粘表面充分接觸，壓敏膠通過自身分子運動，浸潤被粘表面，產生相互作用力來實現粘接。粘接過程中，壓敏膠的性能會受到粘接表面、壓力、溫度和時間等因素的影響。

2.1 粘接材料表面性能的影響

通常使用膠帶前，被貼附材料表面應該潔凈、干燥、平滑以及不能有灰塵、濕氣和油污。推薦使用軟布擦除表面灰塵、污垢、油脂和濕氣。對于較重的油污，推薦采用異丙醇作為清潔溶液，用軟布蘸取對粘接表面進行清潔。

圖2 天線（FPC）翹起示意圖Fig.2 Schematic of warping of antenna（FPC）

對于FPC天線所要粘接的塑膠件，在注塑生產時，建議盡量不要使用脫模劑，也盡量避免選用PC141R等本身帶有脫模劑的塑膠原料。這是因為脫模劑會加快膠帶老化，進而使粘接失效。塑膠件粘接區域建議采用表面拋光處理或較細的表面紋路。如果塑膠件表面有噴涂工藝，則粘接區域盡量遠離噴涂面的邊緣。因為無論油墨還是油漆要在塑膠件表面有很好的附著力，其表面能必須低于塑膠件。因此，對于溢墨、溢漆的表面，其表面能會大幅降低，對于膠帶粘接來說是非常不利的。

一般情況下，具有高表面能的材料表面，有利于壓敏膠的浸潤，可以快速建立粘性，并有良好的粘接效果。而表面能較低的材料，相對比較難于粘接，處理不好時，容易出現粘接失效等問題。采用等離子處理，可以有效的提升塑料表面的表面能，并起到一定的清潔作用，進而就會提高膠帶對該表面的粘接效果。對于有條件的工廠，在塑膠件貼合FPC天線前，建議對表面進行等離子處理。

等離子處理是通過等離子發生器產生高壓高頻能量放電，產生低溫等離子體，借助壓縮空氣將等離子噴向工件表面，在工件表面產生了物理變化和化學反應。首先，塑膠件表面得到了清潔，可以去除碳化氫類污物，如油脂，輔助添加劑等。同時，可引入含氧極性基團（羥基、羧基），這些基團有利于膠帶地粘接。再次，等離子處理表面可以顯著提高塑膠件的表面張力（即表面能）。普通塑料例如PC40，等離子處理后其表面能可達60達因以上。

2.2 貼合壓力的影響

當FPC天線貼附到被粘面后，應對粘接部位施以一定壓力（不小于0.1 MPa），使膠帶與被粘表面充分接觸，并避免氣泡的產生，以便粘接強度的建立。

原則上，施加壓力越大越利于膠帶與被粘表面的接觸與濕潤。在不破壞產品結構的基礎上，提高施加壓力且保證粘接區域均勻受力，可有效避免產生氣泡和提高膠帶的初粘性。

2.3 貼合時間的影響

膠帶完成粘接后，需要一定的養護時間以建立最終的粘接強度，養護時間一般為72 h。在此期間，不要讓粘接部位過早承受載荷，以防影響強度的正常建立。

通過對客戶的實地走訪，發現FPC天線在實際粘接生產中，由于生產節奏的限制，對粘接強度建立的養護時間遠遠小于72 h。同時，天線粘接后，FPC彎折區域或弧面處便持續存在著回彈應力。因此，要適當增加貼合天線后的保壓時間，使膠帶更快濕潤表面以提高膠帶的初粘性。理論上保壓時間越長越好，結合客戶的實際經驗，建議保壓時間不小于10 s為宜。

2.4 貼合溫度的影響

貼合溫度包括貼合的環境溫度及膠帶的表面溫度。低溫條件下，膠粘劑分子運動變緩，難以快速濕潤被粘表面，表現為初粘性較低，粘接強度建立緩慢，如圖3所示。

FPC天線粘接需要較高的初粘性且快速建立粘接強度。實踐中為獲得較佳使用性能，建議在20 ℃以上環境中進行膠帶的粘接施工。如果工藝條件允許，壓合過程中可對天線及塑膠件進行加溫操作，一般在40～60 ℃左右，可以達到事半功倍的效果。高溫條件下，膠分子運動加快，可以加速濕潤被粘表面，提高初粘性。同時，天線中銅箔等材料也在高溫下更加柔軟，折彎的回彈力也會減小。

圖3 不同溫度下的膠帶強度建立曲線Fig.3 Strength generation curves of adhesive tape at different temperatures

3 FPC產品結構的設計改善

提高膠帶的初粘性是解決天線翹起問題的方法之一，但根本方法是應減小天線折彎處的回彈應力。例如，①在折彎的地方加開應力孔；②在折彎的地方盡量少布線，即減少銅箔穿過折彎處的面積，降低厚度；③適當設計定位孔；④FPC所粘貼的面都以圓角過渡等等。這些結構設計的細節，可以將應力降到最低。

4 結語

通過對FPC柔性天線起翹的原因進行研究分析，提出了粘接失效的解決方案：①對被粘接材料表面進行處理，提高塑料表面的表面能；②貼合過程中應采用適合的貼合壓力、時間和溫度；③改善FPC產品的結構設計等。此方法對于解決天線翹起等粘接失效問題有良好的效果。

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Analysis of failure reason of FPC antenna bonding and suggested solutions

LI Cui, CUI Xiao-hui(3M China, Beijing 100175, China)

The structure and application of the FPC flexible antenna were anaylzed to find out the reason of bonding failure. Based on the bonding principle of pressure sensitive adhesive (PSA). The factors of affecting the bonding quality feasible proposals were presented. For example, the requirements for the materials, texture and treatment on bonding surface were proposed, and the suitable pressure, time and temperature should be used in the FPC bonding process. The suggestions on improvement of FPC product structure were also put forward.

FPC antenna; pressure sensitive adhesive; warped; affecting factors of adhesive bonding

TG494

A

1001-5922（2016）09-0073-03

2016-05-12

李翠（1984-），女，資深應用工程師。研究方向：壓敏膠帶在工業市場的應用。E-mail：cli8@mmm.com。

崔曉輝（1980-），男，資深應用工程師。研究方向：壓敏膠帶在電子及工業市場的應用。E-mail：mcui@mmm.com。