軟性 PCB 製造：流程、材料、設計規則與成本

許多硬式 PCB 製造的基本步驟，同樣適用於軟性 PCB 製造。不過，軟性 PCB 使用聚醯亞胺（PI）或 PET 薄膜，這些材料在加工過程中可能因濕度及溫度變化而膨脹或收縮，令圖層對位、覆蓋膜開口及彎折區設計變得更複雜。例如，若覆蓋膜開口沒有預留足夠的黏著劑流動空間，或導通孔落在彎折區，即使設計符合規則，仍可能出現製造缺陷或組裝失效。

圖：有膠型與無膠型軟性覆銅板

本指南將介紹軟性 PCB 製造流程及其運作方式，涵蓋 CAM 審查、材料準備、雷射成形及最終檢驗。你亦會了解靜態及動態軟板應用中的基材選擇、銅箔與覆蓋膜、IPC 標準、品質測試，以及軟性 PCB 製造的成本因素。

什麼是軟性 PCB 製造？

在柔性介電薄膜（通常為聚醯亞胺）上製作印刷電路，再覆蓋柔性保護絕緣膜的製程，稱為軟性 PCB 製造。其流程與硬式 PCB 製造相似，但薄膜處理、對位及外形加工方式有所不同。

軟性 PCB 的結構組成

軟性電路由銅導體、柔性介電薄膜、黏著劑及覆蓋膜組成。銅層數量決定其結構：

• 單面軟性電路：以聚醯亞胺作為基材，表面覆蓋單層銅箔，並使用最薄、最具柔韌性的覆蓋膜。
• 雙面軟性電路：基材薄膜兩面均有銅箔，並透過電鍍通孔連接。
• 多層軟性電路：由三層或以上銅箔組成，層與層之間使用黏著薄膜，適用於雙層結構無法完成的佈線需求。

加上補強板並不會令軟性電路變成軟硬結合板。補強板是黏合於電路上的支撐片，與電路沒有電氣連接。軟硬結合板則會將柔性區域與硬式多層區域壓合，並透過電鍍通孔（TH）連接。

圖： 單面、雙面及多層軟性電路的 PCB 製造疊層結構。

硬式 PCB 與軟性 PCB 製造比較

硬式及軟性 PCB 製造使用相同的影像轉移、蝕刻及電鍍化學製程，但在材料、處理方式、保護層及外形加工方面有所不同：

薄膜的尺寸穩定性不如玻璃纖維強化層壓板。聚醯亞胺會隨熱量及濕度變化而膨脹或收縮，因此製造商會根據實際量測基準，對每份圖形資料進行比例補償及對位。

靜態與動態軟板應用

靜態軟性電路只會在安裝時彎折，之後便維持固定彎曲形狀。動態軟性電路則會在使用期間反覆彎折，例如印表機噴頭線纜或鉸鏈中的軟板。

• 靜態軟板：可採用較小彎曲半徑，能使用 ED 銅箔，彎折區亦可具有兩層或以上銅箔。
• 動態軟板：建議使用 RA 銅箔、彎折區僅保留一層銅箔、無膠型層壓板及較大的彎曲半徑，並須經過測試。

軟性 PCB 製造所用材料

軟性電路材料可分為四類：介電薄膜、層壓結構、銅箔，以及保護與支撐層。這些材料都會影響彎折壽命、可焊性及成本。

聚醯亞胺與 PET 柔性基材

軟性電路最常用的介電材料是聚醯亞胺，即使在焊接溫度下，仍能維持其機械及電氣特性。PET 價格較低，並可提供透明薄膜，但耐熱能力明顯較低。一般而言，PET 只適用於不採用標準無鉛回流焊製程的設計。我們的軟性 PCB 疊層設計指南會根據所使用的介電材料，介紹軟性 PCB 的總厚度。

有膠型與無膠型覆銅板比較

軟性覆銅板（FCCL）有兩種結構：

• 有膠型（三層結構）：使用黏著劑（壓克力或環氧樹脂）將銅箔與聚醯亞胺結合。成本較低，適合大多數靜態設計。
• 無膠型（雙層結構）：銅箔直接與聚醯亞胺結合，整體較薄、尺寸穩定性較高，亦更能承受反覆彎折。

壓克力黏著劑受熱時厚度容易明顯膨脹。若電鍍孔穿過黏著層，這種膨脹可能會在回流焊期間對孔壁銅層造成應力。

軟性電路的壓延退火銅與電解銅比較

銅箔類型會直接影響彎折疲勞表現：

• 壓延退火銅（RA）：壓延形成的晶粒結構可在反覆彎折時減緩裂紋擴展，因此 RA 銅箔通常用於動態軟板。其成本會略高於 ED 銅箔。
• 電解銅（ED）：在較少彎折循環後便可能出現裂紋，但成本較低，適合靜態彎折及安裝時的彎折。部分 ED 銅箔亦有經認證的可彎折等級。

較薄的銅箔在彎折時產生的應變較小，因此彎折區應選用能承受所需電流的最薄銅箔。

圖：軟性 PCB 製造中壓延退火銅與電解銅的晶粒結構。

軟性 PCB 製造流程：逐步解析

軟性 PCB 製造流程包括 CAM、影像轉移、鑽孔、電鍍、壓合、覆蓋膜加工、表面處理、外形加工及測試。實際流程順序取決於層數、導通孔結構，以及製造商採用整板電鍍還是圖形電鍍。

圖： 軟性 PCB 製造流程圖，從 DFM 與 CAM 審查到電氣測試及最終檢驗。

此流程圖僅為概念示意。一般而言，雙面板會先鑽孔並進行孔壁金屬化，再進行外層影像轉移。四層板則會先完成內層蝕刻及影像轉移，接著進行壓合、鑽孔及電鍍。

步驟 1：設計審查、CAM 準備及材料裁切

CAM 工程師會在裁切薄膜前，按照製造商的設計規則檢查 Gerber 及鑽孔檔案。

• 檢查資料：將銅箔、鑽孔、覆蓋膜、外形及補強板圖層與指定疊層結構進行比對。
• 規劃拼板：加入工藝邊、基準點、工具孔及支撐連接位。
• 補償尺寸變化：調整圖形資料的比例，確保電路在達到正確尺寸，即使薄膜在加工期間發生收縮或膨脹亦然。
• 裁切層壓材料：從覆銅薄膜卷材裁切板材，並在需要除濕時進行烘烤。

步驟 2：電路影像轉移、顯影及銅箔蝕刻

透過乾膜光阻將電路圖形轉移至銅箔，再進行蝕刻，去除未受保護的銅箔。

• 貼合光阻：在清潔後的銅箔表面貼合乾膜光阻。
• 曝光圖形：使用雷射直接成像（LDI）或光繪底片。LDI 會根據 CAM 資料進行曝光，並可依照每塊拼板的基準點量測結果重新調整比例。
• 顯影：去除未曝光的光阻。
• 蝕刻及剝膜：蝕刻裸露的銅箔，再剝除剩餘光阻。

側蝕是指蝕刻液溶解走線側壁的銅箔，對細線寬設計尤其不利。因此，銅箔越厚，所需的最小線寬及線距便越大；製造商會在圖形資料中增加線寬，以補償側蝕影響。

步驟 3：鑽孔、除膠渣及孔壁金屬化

只有在需要連接不同圖層的位置才需鑽孔及電鍍。沒有電鍍孔的單面電路則可省略金屬化程序。

• 機械鑽孔：用於製作通孔，通常會使用入口板及墊板支撐薄膜。
• 雷射鑽孔：透過雷射燒蝕製作微導通孔及極小孔徑。機械鑽孔與雷射鑽孔會根據孔的類型及尺寸選用。
• 除膠渣及清潔：去除鑽孔殘留物。許多軟板製造商會在結構需要時使用電漿處理，因為硬式板常用的鹼性高錳酸鹽除膠渣製程，較不適合聚醯亞胺及壓克力黏著劑。
• 金屬化：透過化學沉銅或直接金屬化，使孔壁具備導電性，再以電解銅形成孔壁銅層。

後續製程順序會依電鍍方式而定。可採用的電鍍方式包括整板電鍍、圖形電鍍及選擇性電鍍。整板電鍍會在蝕刻前對整塊板件電鍍；圖形電鍍只對已成像的走線及孔位電鍍；選擇性電鍍則只對焊盤及孔位電鍍，以保持彎折區的銅箔厚度較薄。

步驟 4：多層壓合及光學檢查

多層軟板會將已完成蝕刻的內層壓合成單一疊層，並在壓合覆蓋前透過自動光學檢查（AOI）逐層檢查。

• 圖層對位：透過工具孔或光學基準點對齊內層。
• 黏合：在受控的溫度、壓力及真空條件下，使用黏著薄膜將各層結合。
• AOI 自動光學檢查：透過攝影機將蝕刻後的銅箔與 CAM 資料比對，找出開路、短路、缺口及線寬偏差。

步驟 5：覆蓋膜貼合、補強板黏合及表面處理

電路表面會覆蓋覆蓋膜，裸露焊盤則進行表面處理，並在需要的位置加設補強板提供局部支撐。

• 製作覆蓋膜開口：切割焊盤開口，可使用雷射、鑽孔或沖切，並在壓合前完成。
• 對位及壓合：將開口對準焊盤，再使用熱壓機貼合覆蓋膜，過程通常會在真空環境下進行。黏著劑會稍微流入各個開口。
• 焊盤表面處理：對裸露銅箔進行表面處理。軟性 PCB 常用 ENIG；業界亦有 OSP、沉銀、沉錫及硬金等選項，實際支援項目視製造商而定。
• 貼合補強板：：使用熱固性黏著劑在熱壓機中貼合補強板，亦可採用壓敏膠。

圖：軟性 PCB 製造中的覆蓋膜壓合，顯示黏著劑流入焊盤開口的情況。

步驟 6：雷射外形加工、電氣測試及最終檢驗

最後一步是將各個電路單元分離，並檢查電氣連接及尺寸。

• 雷射外形加工：無需切割模具；雷射會依照 CAM 資料切割電路外形。
• 模具沖切：使用鋼刀模或硬式模具沖切外形。前期設置成本較高，但大量生產時速度較快。
• 電氣測試：測試設備會使用飛針治具確認網表導通及絕緣狀態。
• 最終檢驗及包裝：檢查尺寸、覆蓋膜及補強板。聚醯亞胺容易吸收水分，因此電路通常會採用真空包裝，以防止吸濕。

確保可靠製造的軟性 PCB 設計規則

軟性 PCB 設計規則是連接佈局、製造可行性及實際使用可靠性的關鍵，涵蓋走線與導通孔幾何尺寸、彎折、覆蓋膜開口及補強板設計。

大部分軟性 PCB 製造問題，都與以下五項佈局決策有關：

最小線寬、線距及導通孔設計

最小線寬及線距取決於銅箔厚度，因為銅箔越厚，蝕刻時間越長，側蝕也越明顯。JLCPCB 公布的軟板製程限制可反映這項影響：

• 12 µm 銅箔：常規為 3/3 mil；2/2 mil 屬於應盡量避免使用的極限值。
• 18 µm 銅箔：3.5/3.5 mil。
• 35 µm 銅箔：4/4 mil。

銅箔厚度由 12 µm 增加至 35 µm 時，線寬及線距約需增加 1 mil。JLCPCB 常規導通孔的孔徑為 0.3 mm、焊盤直徑為 0.55 mm，而 PTH 孔環寬度建議不小於 0.25 mm。

彎曲半徑與中性軸設計

彎曲半徑從彎折內側表面量度。安全數值取決於總厚度、彎折區的銅層數、銅箔類型、層壓結構及彎折循環次數。並不存在適用於所有設計的單一倍數。根據 JLCPCB 自身的指引，建議範圍如下：

• 製程能力頁面：單層靜態彎折為總厚度的 6 倍，多層靜態彎折為 10 倍；動態彎折則為 10–15 倍或以上。
• 軟性 PCB 彎曲半徑指南：靜態彎折分別為 6 倍及 12 倍；動態彎折則為 100 至 150 倍。

這些數值差異源於中性軸的位置。彎折疊層內的中性平面不會承受應變，而導體應變約等於導體與該平面的距離除以彎曲半徑。當銅箔距離中性軸 0.05 mm、彎曲半徑為 5 mm 時，應變約為 1%。

圖： 單層及雙層軟性電路中的彎曲半徑與中性軸位置。

軟性 PCB 品質管制、測試及 IPC 標準

軟性 PCB 品質管制結合設計標準、驗收規範、製程檢驗及可靠性測試。

IPC-6013、IPC-2223 及檢驗要求

以下兩份 IPC 文件涵蓋軟性電路板：

• IPC-2223：軟性及軟硬結合印刷電路板的分章設計標準，需與通用 IPC-2221 設計標準一併使用。
• IPC-6013：軟性及軟硬結合印刷電路板的資格認證與性能規範，涵蓋成品電路板的檢驗及測試。

IPC-6013 定義不同性能等級。Class 2 適用於專用服務電子產品；Class 3 則適用於必須持續運作的高性能產品。所需等級應在採購文件中註明，軟性電路並不會自動按照 Class 3 製造。請確認實際生產及檢驗所採用的等級。

常見軟性 PCB 製造缺陷

大部分軟板缺陷都有明確成因，可透過設計或製程管制加以預防：

電氣及機械可靠性測試

部分測試用於確認電路製造正確，其他測試則用於確認電路能否承受預期使用壽命：

• AOI 自動光學檢查：在製造過程中檢測各圖層的蝕刻缺陷。
• 電氣測試：確認成品電路的導通及絕緣狀態。
• 切片分析：對樣品進行截面切片，以檢查電鍍厚度、黏合情況及孔品質。
• 剝離強度：量測銅箔及覆蓋膜與基材薄膜之間的黏著力。
• 動態彎折疲勞測試：按照設計彎曲半徑反覆彎折樣品，並依應用需求指定循環次數。

前四項測試用於驗證製造品質。彎折疲勞測試則用於驗證彎折設計，通常會在原型階段作為資格驗證測試。

軟性 PCB 原型製作與量產比較

一次性前期設置費通常是軟性 PCB 原型訂單中成本最高的部分。量產時，材料面積通常是主要成本因素。雷射外形加工無需專用切割模具，因此適合原型製作及設計迭代。不過，這並不代表完全沒有前期設置費，因為每個設計仍需準備 CAM 工作、影像資料、測試程式及拼板佈局。當生產量較大時，使用切割模具的單件成本會更具效益。

JLCPCB 軟性 PCB 製造能力及下單

JLCPCB 提供 1 層、2 層及 4 層軟性電路板製造服務，採用聚醯亞胺或 PET 薄膜，並提供 ENIG 表面處理、LDI 影像轉移及雷射外形切割。

JLCPCB 軟性 PCB 製造能力

以下數值根據JLCPCB 軟性 PCB 製程能力頁面。超出常規的極限規格可能需要額外收費或另行確認：

所有圖層前綴均列於FPC 補強板與圖層命名指南。加入補強板後，板件類型會切換為 FPC，並在 EasyEDA Pro 中開啟兩個補強板圖層。提交前，請確認彎折區內沒有導通孔，而且每塊補強板的外形均與訂單欄位設定一致。

結論

成功製造軟性 PCB 的第一步，是根據所需的柔韌特性選擇合適材料，並配合製造商的製程能力進行規劃。選擇正確的基材、銅箔、覆蓋膜開口、彎折區及補強區，均會影響電路板的可製造性、成本及長期可靠性。

提交設計進行製造前，請檢查疊層結構及關鍵尺寸，並確保製造檔案符合製造商要求。及早留意這些細節，有助於減少製造缺陷、避免不必要的成本，並提升完成後軟性電路的性能。設計完成後，你可以上傳 Gerber 檔案以取得軟性 PCB 報價，然後進行原型製作。

軟性 PCB 製造常見問題

Q. 軟性 PCB 製造需要多長時間？

答：製造時間取決於層數、補強板及特殊製程。JLCPCB 軟性 PCB 頁面列出的標準軟板交期為 4–5 天。報價會顯示所選選項的製造時間，運送時間則另計。

Q. 軟性 PCB 製造與硬式 PCB 製造有什麼分別？

答：軟性 PCB 製造使用聚醯亞胺或 PET 薄膜取代 FR-4，以覆蓋膜取代液態防焊層保護走線，並補償薄膜的尺寸變化；外形則採用雷射或模具切割，而非銑邊加工。

Q. 為什麼軟性 PCB 製造會使用電漿處理？

答：在結構有需要時，電漿處理可於金屬化前去除鑽孔殘留物，並活化孔壁。鹼性高錳酸鹽除膠渣較不適合聚醯亞胺及壓克力黏著劑。沒有電鍍孔的電路可能不需要此處理。

Q. 軟性 PCB 可以使用標準 SMT 設備組裝嗎？

答：可以，但需要支撐。軟性電路通常會固定在硬式載具上，以進行錫膏印刷、元件貼裝及回流焊，並會預先烘烤以去除水分。

Q. 軟性 PCB 原型製作需要專用工裝嗎？

答：外形加工不需要。採用雷射外形加工的原型無需專用切割模具。不過，每個設計仍需準備 CAM、影像資料、測試程式及拼板佈局，因此仍會產生一次性的前期設置費。