緊湊型電子產品軟性 PCB 製造商採購指南

為緊湊型電子產品選擇軟性 PCB 製造商時，除了考慮其最大線路密度、最大疊層厚度、最大彎曲半徑及補強板厚度外，也應確認製造商是否經常生產此類產品。若設計完全依賴製造商的最佳製程極限，生產良率及／或尺寸公差可能會非常緊繃，亦可能影響長期可靠性；這在空間有限且可能需要反覆彎折的緊湊型裝置中尤其重要。

本指南將介紹緊湊型電子裝置如何影響軟性 PCB 架構、疊層設計及彎曲半徑選擇。你亦會了解高密度、薄型及需要反覆彎折的電路應採用哪些設計規則與材料、小型軟性 PCB 的製造流程（包括成本），以及為專案評估軟性 PCB 製造商時應檢查、詢問及提交哪些資料。

圖： 薄型軟性電路板繞過緊湊外殼內的電池、相機及模組進行折疊

為什麼緊湊型電子產品需要專業的軟性 PCB 製造

緊湊型電子產品需要軟性 PCB 製造，是因為軟性電路可取代線纜及連接器、進行三維折疊，並安裝於無法容納平面硬式電路板的外殼中。這些優勢有賴薄型材料及微小特徵，而不同製造商能否以量產良率製作這些結構，也各有差異。

取代線束、連接器及硬式互連

軟性電路是一種薄型單體層壓元件，內含多條導體，可改變小型裝置的互連設計需求：

• 減少佔用空間：一條軟性電路尾端即可取代一束導線及其兩個配對連接器。
• 減輕重量：薄膜及銅箔的重量低於絕緣導線與連接器外殼。
• 減少組裝工序：一個層壓元件即可取代手動佈設的導線及壓接端子。
• 減少接觸介面：每減少一個連接器，就能減少一組可能鬆脫或腐蝕的配對接點。

軟性電路的成本不一定低於線束。實際節省金額取決於生產數量、組裝人工，以及設計中減少的連接器數量。

實現 3D 封裝、折疊及不規則外殼設計

軟性電路可繞過電池、相機模組後方、穿過鉸鏈，或沿著弧形外殼內壁折疊。如果電路只在裝置組裝時彎折一次，其所需的疊層結構便會與每次打開鉸鏈時都會反覆彎折的設計不同。

微型化設計中的軟性 PCB、硬式 PCB 與軟硬結合 PCB 比較

每種類型的電路板都能解決不同的封裝需求：

為小型裝置選擇合適的軟性 PCB 架構

理想的軟性 PCB 設計應以滿足佈線需求所需的最少銅層數為原則，並採用足夠薄的疊層結構，以符合預期的彎折要求。

圖：單層、雙層及多層緊湊型軟性電路的架構剖面圖。

單層、雙層及多層軟性電路

• 單層軟性電路：在基材薄膜與覆蓋膜之間配置一層銅箔。這種結構最薄，可將銅層安排在中性軸附近，因此特別適合小彎曲半徑及動態彎折。
• 雙層軟性電路：在基材薄膜兩側均配置銅箔，並設有電鍍孔。此結構可實現跨層佈線及接地層，但整體厚度較大。
• 多層軟性電路：具有三層或以上銅層。這種結構最厚、剛性最高，可支援高密度佈線，但所需的最小彎曲半徑也最大。

靜態軟板與動態軟板：依實際運動方式進行設計

靜態軟性電路只會在安裝時彎折，之後便固定不動。動態軟性電路則會在使用期間反覆彎折，例如鉸鏈或移動式列印頭中的軟板。靜態設計需要參考製造商提供的厚度及彎折資料。完善的軟板設計亦必須明確訂定彎折循環次數，選用能承受彎折疲勞的合適材料，並取得彎折測試數據。

平衡微型化、佈線密度與機械可靠性

縮小軟性電路尺寸時，機械耐久性與佈線密度之間需要取得平衡。走線越靠近容易開始撕裂的狹窄端部，尾端便越窄；而層數越多，所需的最小彎曲半徑也越大。請參閱軟性 PCB 設計指南，其中建議將導通孔、焊盤及高密度銅箔區域安排在不會彎折的靜態區域。

緊湊型軟性 PCB 設計的工程與 DFM 指南

緊湊型軟性 PCB 設計指南可確保細間距特徵符合製造商的常規製程能力，並將孔、焊盤及剛性變化區安排在彎折區之外。

高密度佈線：細線寬、間距、淚滴及交錯導體

較薄的銅箔可支援更小的最小走線寬度及間距，因為蝕刻時間較短，側蝕程度也較低。設計時應優先採用常規製程數值，將極限值保留作為備用方案，因為使用極限值會降低良率，亦可能增加成本。在軟性區域中：

• 淚滴焊盤：在焊盤與走線、導通孔與走線的連接處加入淚滴結構，以分散應力。
• 弧形走線：使用弧形走線取代 90° 轉角，因為轉角容易形成應力集中點。
• 交錯導體：不同層上的走線應彼此錯開，避免形成剛性較高的 I 字樑結構。
• 網格銅箔：在軟性區域使用網格銅箔取代實心銅箔，以降低剛性。

計算彎曲半徑並了解中性軸應力

彎曲半徑以電路總厚度的倍數表示，並從彎折內側表面量測。根據 JLCPCB 公布的兩份資料，其倍數如下：

• 最低要求（製程能力頁面）：單層為厚度的 6 倍、多層為厚度的 10 倍；動態彎折則為厚度的 10–15 倍。
• 保守建議（軟性 PCB 彎曲半徑指南）：單層靜態彎折為 6 倍、 多層靜態彎折為 12 倍、單層動態彎折為 100 倍、多層動態彎折為 100–150 倍。

可將製程能力頁面中的數值視為靜態彎折的最低要求。對於任何動態或循環彎折設計，應以較保守的倍數作為起點，並透過原型彎折循環測試進行驗證。導體的彎曲應變約為 ε ≈ y / R，其中 y 是導體與中性軸之間的距離，R 則是至中性軸的半徑。

圖：從內側表面量測的軟性 PCB 彎曲半徑

導通孔配置、焊盤補強及彎折區禁佈範圍

一般而言，電鍍孔、裸露焊盤、焊點及剛性突然變化的位置，都不應設於活動彎折區：

• 導通孔及電鍍孔：靜態彎折時，建議與彎折區邊界至少保持 1.0 mm；動態彎折時則至少保持 1.5 mm。
• 焊盤：在軟性區域中，應透過覆蓋膜重疊結構固定焊盤，並在走線進入焊盤的位置加入淚滴結構。
• 補強板邊緣：補強板邊緣應避開彎折線，避免折疊位置受到額外剛性影響。

連接器封裝、金手指及補強板配置

ZIF 連接器要求軟性電路尾端達到資料表指定的厚度，通常會在金手指背面加設 PI 補強板來實現。

• 金手指厚度：電路厚度、補強板厚度及補強板黏合膠厚度的總和，必須等於連接器資料表所列的厚度。JLCPCB 提供金手指尾端 PI 補強板厚度計算器。
• 焊盤支撐：在 SMT 連接器背面加設補強板，避免焊點在受力時彎曲。
• 邊緣支撐：補強板應延伸至金手指根部的覆蓋膜邊緣，避免該處銅箔發生彎折。

圖：軟性 PCB 連接器尾端，金手指背面設有 PI 補強板，且補強板邊緣與彎折區錯開。

高密度電路的軟性 PCB 材料與疊層結構

設計緊湊型電路時，選擇軟性 PCB 材料首先要考慮層壓結構中幾項關鍵材料的厚度及彎折壽命，包括銅箔、保護層及補強板。詳情可參閱軟性 PCB 疊層設計指南，了解各層材料如何組成完整疊層。

無膠型與有膠型聚醯亞胺層壓板比較

軟性覆銅板（FCCL）可透過以下兩種方式將銅箔與聚醯亞胺結合：

• 無膠型 FCCL：銅箔直接與聚醯亞胺結合。這種結構較薄、尺寸穩定性較高，更適合反覆彎折及高密度薄型疊層。
• 有膠型 FCCL：透過壓克力或環氧樹脂黏著層將銅箔與聚醯亞胺結合。成本較低，適合許多靜態設計，但黏著層會增加整體厚度。

層壓板黏著劑與覆蓋膜黏著劑是不同的材料，因此即使採用無膠型結構，覆蓋膜下方仍可能使用黏著劑。

壓延退火銅與電解銅比較

銅箔類型會影響彎折區的疲勞壽命：

• 壓延退火銅（RA）：在反覆彎折下具有較佳的抗疲勞能力，但價格較高，通常是動態軟板的首選。
• 電解銅（ED）：成本較低、導電性良好，適合靜態彎折。標準 ED 銅箔可承受的彎折循環次數較少。

常見軟板銅箔重量包括 1/3 oz（12 µm）、1/2 oz（18 µm）及 1 oz（35 µm）。較薄的銅箔可降低彎折應變，並支援更細的走線。1/4 oz 等更薄銅箔則視供應商而定，而且未必會標示銅箔類型，因此請向製造商確認兩項資訊。

聚醯亞胺薄膜覆蓋膜與感光型保護塗層比較

軟性電路可採用三種保護層，各自具有不同的機械限制：

• 聚醯亞胺薄膜覆蓋膜：在電路表面覆蓋帶有黏著劑的聚醯亞胺薄膜。它具有良好的反覆彎折耐受性，但預先切割的開孔對位精度較低，因此不適合非常細間距的焊盤。
• 感光型覆蓋塗層：透過曝光及顯影形成圖案的柔性塗層。與薄膜覆蓋膜相比，其機械限制較多，彎折能力也較低。
• 柔性防焊層：用於已補強及／或靜態細間距區域的液態感光防焊層。在高彎折區域可能出現裂紋。

典型的緊湊型設計會在彎折區使用薄膜覆蓋膜，而只在需要細間距焊盤的位置使用感光型塗層。請向製造商確認其提供上述三種保護層中的哪些選項。

圖： 軟性 PCB 材料比較：薄膜覆蓋膜、感光型覆蓋塗層，以及細間距焊盤上的柔性防焊層。

PI、FR4 及不鏽鋼微型補強板

選擇補強板時，需在增加的高度、平整度及成本之間取得平衡：

不鏽鋼補強板應遠離霍爾效應及其他對磁場敏感的感測器。各種材料的厚度及圖層名稱可參閱FPC 補強板與 EMI 指南。

微型電子產品的軟性 PCB 製造流程

軟性 PCB 製造流程會先在薄膜上形成電路，再進行保護、補強及外形切割。對微型元件而言，每個製程步驟的尺寸穩定性及對位精度都十分重要，因為小型焊盤的對位餘量非常有限。

圖： 微型電子產品的軟性 PCB 製造流程

材料準備、影像轉移、蝕刻及電鍍

1. 準備層壓材料：裁切 FCCL 板材，並進行烘烤以去除水分。
2. 鑽孔及電鍍：在雙面及多層結構中，先鑽孔，再進行金屬化及電鍍。
3. 曝光成像電路圖形：對乾膜光阻進行曝光，通常會透過雷射直接成像（LDI）技術，並加入比例偏移量以補償薄膜的尺寸因熱及濕度而產生的變化。
4. 蝕刻：去除未受保護的銅箔，並剝除光阻。

覆蓋膜壓合、補強板黏合、表面處理及切割

先切割覆蓋膜開口，再透過加熱及加壓方式與焊盤壓合。材料會稍微流入各個開口，因此開口尺寸會大於焊盤。接著黏合補強板，以設定連接器的最終厚度；表面處理通常採用軟板常見的 ENIG，為裸露銅箔進行化學鎳金處理。

• UV 雷射切割：無需切割模具；依照 CAM 外形進行切割；公差控制精確；適合複雜形狀零件的原型及小批量生產。
• 機械模具切割：需要製作零件外形模具及相關工裝，但在大量生產時，每件產品的切割速度較快。

最終檢驗、電氣測試及生產良率

• AOI 自動光學檢查：透過光學檢查找出各圖層中的開路、短路及線寬錯誤。
• 電氣測試：透過飛針或治具測試確認導通及絕緣狀態。
• 尺寸檢驗：檢查外形、金手指厚度及覆蓋膜對位。
• 缺陷檢查：透過外觀及切片檢查，找出分層、空洞及電鍍缺陷。

細間距特徵若採用常規製程能力範圍，而非極限值，通常能獲得較高的生產良率。

軟性 PCB 在緊湊型電子產品中的應用

軟性 PCB 在緊湊型電子產品中的應用，通常有三項共同需求：薄型疊層、小彎曲半徑及小型連接器區域。不同應用之間的差異，則在於電路的活動頻率及工作環境。

如何評估緊湊型電子產品的軟性 PCB 製造商

評估緊湊型電子產品的軟性 PCB 製造商時，應先將其公布的常規製程限制與設計需求比較，再要求對方提供疊層控制、品質測試及量產能力的證明。完成這些檢查後，再比較價格。

確認最小線寬、孔徑、外形及厚度能力

將各項製程能力分為常規限制與極限或客製化限制，再逐項確認：

• 線寬與線距：應以實際採用的銅箔厚度確認，而不是只參考最薄銅箔的數值。
• 孔徑及焊盤尺寸：包括小孔是採用機械鑽孔還是雷射鑽孔。
• 成品厚度：確認所列疊層選項及其公差。
• 外形公差：確認雷射切割的標準公差及可申請的客製公差。

如果設計中有多項特徵需要使用極限製程數值，請在下單前先與製造商討論。

品質保證、IPC 要求及軟板耐久測試

以下兩份 IPC 文件是軟板品質要求的重要依據：

• IPC-2223：軟性及軟硬結合電路板的分章設計標準。
• IPC-6013：軟性及軟硬結合電路板的資格認證與性能規範，包含 Class 1、2 及 3 等級要求。

應在採購文件中註明所需等級。請確認製造商取得的認證等級，並詢問其實際生產及檢驗所採用的等級。MIT 折疊耐久測試（ASTM D2176）是將材料試片反覆折疊，直到試片斷裂的方法。IPC-TM-650 彎曲疲勞測試程序則用於測試測試片上的導體圖形。這兩種測試都不能取代在實際彎曲半徑下對電路進行的測試。

製造商選擇檢查清單：下單前應詢問的問題

• 製程能力：常規及極限線寬、孔徑與外形公差分別是多少？
• 疊層結構：提供哪些疊層選項？成品厚度公差是多少？
• 彎折要求：目前的疊層能否符合所需彎曲半徑及預期彎折循環次數？
• 補強支援：可提供哪些補強板材料及連接器金手指厚度？
• 品質：適用哪一種 IPC 等級？可提供哪些測試證明？
• 商務條件：從原型到量產階段，樣品確認、交期、價格及產能會如何變化？

JLCPCB 緊湊型裝置軟性 PCB 製造能力

對緊湊型裝置而言，以下數值尤其重要：0.07 mm 單層疊層、12 µm 銅箔上的 3/3 mil 線寬／線距、±0.1 mm 雷射切割外形公差，以及 PI、FR4 或不鏽鋼補強板。以上為供應商公布的數值，實際選項可能因訂購的結構而有所不同。

微型軟性 PCB 製程能力對照表

以下數值來自JLCPCB 軟性 PCB 製程能力頁面：

結論

適合緊湊型電子產品的優質軟性 PCB 製造商，應具備符合設計需求且保留適當餘量的常規線路密度、疊層厚度、彎折及補強板製程能力。選擇具有公開製程能力資料及測試證明，且符合設計幾何需求的供應商，並在擴大量產前透過原型確認裝配配合及彎折表現。如此才能確保微型設計以良好量產良率製造。檔案準備完成後，可上傳檔案以取得軟性 PCB 報價。

緊湊型電子產品軟性 PCB 製造常見問題

Q. 緊湊型電子裝置的客製化軟性 PCB 最薄可以做到多少？

答：採用 25 µm 聚醯亞胺的單層電路，成品厚度可低於 0.1 mm；JLCPCB 公布的最薄厚度為 0.07 mm。補強板會增加厚度，而無銅區域則會較薄，因此應分別指定各個受控區域的所需厚度。

Q. 單層及多層軟性 PCB 的最小彎曲半徑是多少？

答：靜態彎折方面，JLCPCB 公布的單層軟板最小彎曲半徑為總厚度的 6 倍，多層軟板則為 10–12 倍。動態彎折所需倍數會因資料來源而異，介乎 10–15 倍至 100–150 倍，因此應透過原型彎折測試確認半徑。

哪些軟性 PCB 材料最適合反覆彎折？

答：採用無膠型聚醯亞胺、壓延退火銅箔，並在電流需求允許的情況下選用最薄銅箔，再於彎折區使用薄膜覆蓋膜，可獲得較長的彎折壽命。彎折區應只保留一層銅箔，並盡量靠近中性軸。

Q. 緊湊型設計應在什麼情況下使用 PI、FR4 或不鏽鋼補強板？

答：ZIF 連接器可使用 PI 補強板控制金手指厚度；通孔元件及連接器本體背面可使用 FR4；需要保持薄型 SMT 區域平整時則可使用不鏽鋼。請避免在磁性感測器附近使用鋼材，並確認總高度符合外殼空間限制。

Q. 最小走線寬度及孔徑如何影響軟性 PCB 製造成本？

答：符合製造商常規製程限制的特徵通常按標準價格計算。若採用極限製程數值，良率會較低，可能需要較慢的製程，而且通常會產生額外費用，因此只應在佈線確實需要時才採用。