聚醯亞胺軟性 PCB 製造：材料與製程指南

聚醯亞胺軟性 PCB 製造，是以聚醯亞胺薄膜及銅箔製作可彎曲、折疊並能承受焊接溫度的電路。這類電路板的薄膜材料雖然帶來可撓性，但同時對濕氣較敏感，因此製造難度略高於硬式 PCB。聚醯亞胺在加工過程中可能膨脹或收縮，回焊前亦可能吸收濕氣；若彎曲半徑過小，還可能導致銅箔疲勞或龜裂。

圖：配備 PI 補強板的聚醯亞胺軟性 PCB

本指南將介紹如何選擇無膠型或有膠型軟性覆銅板（FCCL）、了解 FCCL 製造的八個關鍵步驟及不同電路板結構之間的製程差異、選擇合適的薄膜厚度與銅箔類型，以及如何管理濕氣與尺寸變化以提升良率和可靠性，並說明 FCCL 製造所需的 IPC 規範及設計檔案準備方式。

什麼是聚醯亞胺軟性 PCB 製造？

聚醯亞胺軟性 PCB 製造，是在聚醯亞胺（PI）薄膜上製作銅箔電路的流程，包括銅箔影像轉移、鑽孔及電鍍、在電路上壓合 PI 覆蓋膜、表面處理、測試及板件切割，同時控制薄膜的吸濕情況與尺寸變化。

基材為軟性覆銅板（FCCL），由銅箔與 PI 薄膜組成，可採用有膠或無膠結構。此類層壓材料適用 IPC-4204 規範，而覆蓋膜則適用 IPC-4203 規範。

聚醯亞胺如何作為軟性 PCB 基材

銅導體以聚醯亞胺絕緣，而每次彎折都會對聚醯亞胺造成機械應變。聚醯亞胺是最常用的軟性電路介電材料，因為它具有可撓性，且耐熱能力足以應付無鉛焊接。實際性能數值取決於材料結構。以下是EI-10124 資料表 所列出的典型數值；該資料適用於 DuPont Pyralux AP9121 無膠型層壓板（50 µm PI、35 µm 銅箔）：

• 介電常數：1 MHz 時為 3.4，10 GHz 時為 3.2
• 損耗角正切：1 MHz 時為 0.002，10 GHz 時為 0.003
• 吸濕率：依 IPC-TM-650 2.6.2 測試為 0.8%
• 耐焊錫漂浮測試：依 IPC-TM-650 2.4.13，在 288 °C 下維持 10 秒，測試合格
• 玻璃轉移溫度：以 TMA 測得為 220 °C

其他 PI 層壓材料的數值可能不同；設計時應以所選層壓材料的資料表為準。請分別考慮以下三種耐熱規格：

• 薄膜耐熱性：薄膜本身的特性，例如玻璃轉移溫度表現。
• 連續工作額定值：整體結構的額定值，包含可能限制薄膜耐熱能力的黏著劑、覆蓋膜及補強膠帶。
• 組裝回焊上限：完成組裝的電路板、表面處理及元件所能承受的最高溫度與時間。

聚醯亞胺軟性 PCB 的結構與應用

聚醯亞胺 FPC 可製成單面、雙面或多層電路。即使軟板局部貼有補強板，仍屬於軟性電路板，因為補強板只是局部黏合的非電氣支撐材料。軟硬結合板則是將硬式層壓板與軟性區域整合，並透過電鍍孔連接銅層的電路板。

應用情境決定可靠性要求：

• 穿戴式及可折疊裝置：需要反覆動態彎折，因此疊層設計須以彎折壽命為主要考量。
• 醫療感測器：需要薄型且能貼合外形的電路，並須具備材料可追溯性。
• 航太電子設備：須承受溫度循環及振動，通常採用 Class 3 等級。
• 工業互連：以靜態安裝為主，並在彎折及連接器位置配置補強板。

聚醯亞胺軟性 PCB 材料與疊層選擇

聚醯亞胺軟性 PCB 的大部分性能，在製造前便由材料選擇決定。主要有四項選擇：層壓結構、薄膜厚度、銅箔厚度，以及保護與支撐材料。 軟性 PCB 疊層設計指南深入介紹各種層結構。

無膠型與有膠型軟性覆銅板比較

無膠型 FCCL 是將銅箔直接結合至聚醯亞胺；有膠型 FCCL 則在兩者之間加入壓克力或環氧樹脂黏著劑。黏著劑的厚度及材料特性，與 PI 的熱學及機械特性不同。層壓結構會以「2-layer FCCL」或「3-layer FCCL」描述，分別代表銅箔與 PI，或銅箔、黏著劑與 PI 的組合；這些名稱並不是指成品 PCB 的銅層數。

圖：聚醯亞胺 FCCL 剖面比較，展示無膠型銅箔直接結合 PI 與有膠型結構

聚醯亞胺薄膜厚度、銅箔重量與介電特性

在指定彎曲半徑下，較薄的 PI 與銅箔可降低銅箔所承受的應變，進而延長彎折壽命。銅箔越厚，可承載的電流越大，但成品厚度、所需彎曲半徑，以及最小線寬與線距也會隨之增加。

JLCPCB 提供 25 µm 及 50 µm 厚度的芯材，並在雙層及四層板上提供 12 µm、18 µm 及 35 µm 銅箔。層壓材料供應商提供的選擇更多；Pyralux AP 的介電層厚度範圍為 12 µm 至 150 µm。芯材越薄，走線與平面之間的電容也越高，因此若要維持相同阻抗，便需要採用較細的走線。外層銅箔距離軟板中性軸越遠，其可承受的彎折程度便越低。

聚醯亞胺軟性 PCB 的壓延退火銅與電解銅比較

圖：壓延退火銅與電解銅的晶粒結構

壓延退火銅（RA）經過壓延及退火處理，形成平行於銅箔表面的長條狀晶粒。電解銅（ED）則沉積於滾筒表面，形成柱狀晶粒結構。正是這種晶粒結構，使 RA 銅箔更能抵抗反覆彎折所造成的疲勞。

電鍍銅的晶粒結構與 ED 銅箔相似，並會透過通孔電鍍方式添加於表面。因此，IPC-2223 討論了整板電鍍、圖形電鍍及按鈕式電鍍之間的取捨：按鈕式電鍍只在孔位焊盤周圍進行電鍍，並避開彎折區域。

聚醯亞胺覆蓋膜、補強板與表面處理

覆蓋膜（Coverlay）是一種帶有黏著層的 PI 薄膜，透過加熱及加壓方式壓合至電路表面，用以取代硬式電路板的液態感光防焊層（Liquid Photoimageable Solder Mask）。覆蓋膜開窗通常比防焊層開窗大，並須在壓合前完成切割，同時預留足夠間隙，讓黏著劑能夠流動。

補強板可在電路板需要保持平整的位置增加剛性：

• PI 補強板：用於調整 ZIF 連接器軟板尾端的接觸厚度，使其符合連接器規格。
• FR4 補強板：用於支撐連接器及需要堅固安裝表面的元件區域。
• 不鏽鋼補強板可在薄型區域提供高剛性，但具有輕微磁性。

ENIG 與 ENEPIG 都是聚醯亞胺 FPC 常用的表面處理方式；ENEPIG 另外加入鈀層，以支援金線打線。避免將完成表面處理的焊盤放在彎折區域，因為鎳的延展性低於銅。JLCPCB 的軟性電路板採用 ENIG。更多資訊請參閱 JLCPCB 覆蓋膜文章 以及 PCB 補強板指南。

聚醯亞胺軟性 PCB 製造流程：逐步說明

聚醯亞胺軟性 PCB 的製造流程包含七個步驟：準備層壓 PCB 拼板、影像轉移、孔洞加工、電鍍、覆蓋膜貼合、表面處理、外形加工及測試。實際順序會依電路板結構而有所不同，如下所示：

圖：聚醯亞胺軟性 PCB 的單面、雙面及多層結構

• 單面板：進行影像轉移及蝕刻，再貼合覆蓋膜；不需要電鍍孔。
• 雙面板：通常先鑽孔及金屬化，再進行外層影像轉移。
• 多層板：先對內層進行影像轉移及蝕刻，再將各層壓合，之後進行鑽孔及電鍍。

請參閱 JLCPCB 軟性 PCB 製造流程概覽 ，了解各種軟性材料的通用製造流程。

步驟 1：設計審查、材料準備及預處理

製造前會進行可製造性設計（DFM）檢查，確認 Gerber、鑽孔、外形、補強板及覆蓋膜資料符合線寬、線距、孔環及覆蓋膜間隙等製程限制。接著檢查層壓材料、裁切成拼板，並加工工具孔。如果層壓材料供應商或製程有要求，亦可在影像轉移前對拼板進行烘烤，以控制濕氣含量。

步驟 2：光學成像、電路圖形轉移及銅箔蝕刻

先清潔銅箔並進行微蝕刻，再貼合乾膜光阻，經過曝光及顯影後，蝕除不需要的銅箔，最後剝除光阻。

銅箔越厚，側蝕現象便越明顯，因為蝕刻不只會向下移除銅箔，也會從側面侵蝕。正如前文所述，CAM 會加寬圖稿中的走線以補償側蝕，因此銅箔重量越高，所需的最小線寬與線距也會增加。薄型拼板亦需要使用載具或框架，才能在輸送式生產線上保持平整。

步驟 3：機械鑽孔、UV 雷射鑽孔及除膠渣

貫穿整塊拼板的通孔，通常會在堆疊好的板材上使用機械鑽孔，並配置入料板及墊板。如果鑽頭已磨損，或鑽頭堆疊數量不足，便可能產生毛邊，並使孔內銅箔沾附黏著劑殘渣。雷射鑽孔是可選方案，並非必要製程。銅與聚醯亞胺都能以 UV 雷射進行燒蝕，因此適用於小孔及盲微孔加工。接著通常使用電漿進行除膠渣；部分無膠型層壓材料（包括 Pyralux AP）亦由製造商指定可進行除膠渣處理。

步驟 4：化學沉銅與電鍍

化學沉銅亦稱為直接金屬化，是在孔洞的非導電孔壁上形成薄層導電材料的製程。之後再透過電鍍，將孔銅加厚至所需厚度。孔銅能否承受組裝期間的熱應力，取決於電鍍層的均勻度及附著力。微蝕刻等程序並不是孔洞金屬化，而是用來處理分離的銅箔表面。

步驟 5：多層對位與壓合

多層板由已完成圖形轉移的內層板堆疊而成，先透過定位銷或光學方式對位，再以受控的溫度、壓力及真空條件將各層結合。空洞及分層通常由對位偏差、濕氣殘留或壓合條件不當造成。單面及雙面板不會進行這個多層壓合步驟；其主要壓合程序是覆蓋膜貼合。

步驟 6：聚醯亞胺覆蓋膜對位與貼合

安裝前，會先以鑽孔、沖切或雷射切割方式製作覆蓋膜開窗。接著將覆蓋膜定位、預固定、壓合，並在真空輔助覆蓋膜壓合機中固化，使開窗與焊盤對齊。常見失效情況包括：

• 氣泡或空洞：覆蓋膜與電路之間殘留空氣及／或濕氣。
• 對位偏差：開窗偏移，導致走線或部分焊盤裸露。
• 黏著劑溢出：黏著劑流到焊盤上，縮小可焊接面積。

步驟 7：補強板貼合、表面處理及外形加工

裸露銅箔會進行 ENIG 表面處理；補強板則採用 PI、FR4 或不鏽鋼，並以熱固性黏著劑或感壓膠帶貼合。板件外形可透過雷射切割或模具沖切加工。雷射切割不需要硬式模具，適合原型製作；模具沖切則適合大量生產。兩種方式都會影響邊緣品質，因此必須同時調整外形加工公差，以及銅箔與板邊之間的距離。

步驟 8：電氣測試、檢驗及包裝

每塊電路板都會進行開路及短路測試，並透過光學檢查確認覆蓋膜及蝕刻缺陷，同時依照外形圖面量測尺寸。如果製造文件有要求，亦會增加彎折檢查。完成的 FPC 通常會使用防潮包裝，並視需要加入乾燥劑，以平整狀態保存及減少吸濕。

聚醯亞胺軟性 PCB 製造的工程挑戰

聚醯亞胺軟性 PCB 製造的主要工程問題包括吸濕、尺寸變化、彎折造成的應變，以及結構轉換位置的應力集中。這些問題同時受到製造商製程能力及 PCB 佈局影響。

吸濕、預烘烤與回焊可靠性

聚醯亞胺會從空氣中吸收濕氣。電路板吸收的水分在回焊時會汽化，可能造成起泡、覆蓋膜翹起或分層，尤其容易出現在有膠結構及大面積銅箔下方。

濕氣控制需要同時做好儲存及烘烤：

• 組裝前，將 FPC 密封存放於防潮包裝內。
• 若暴露時間或供應商指示有要求，應在回焊前進行烘烤。
• 應在烘烤後規定的時間範圍內完成組裝。

「並不存在適用於所有材料的通用烘烤配方。」烘烤條件取決於層壓材料、吸濕情況、表面處理、補強板黏著劑及供應商指示。IPC-1602 則訂定了印刷電路板的處理及儲存要求。

最小彎曲半徑、中性軸與靜態／動態彎折

最小彎曲半徑根據軟性區域的成品厚度計算：

R_min = k × t

圖：聚醯亞胺軟板的靜態及動態彎折示意，並標示中性軸

其中，t 代表軟性區域的成品厚度，包括覆蓋膜及黏著劑，但不包括補強板；k 則是依應用情境而定的倍數。彎曲半徑從彎折內側表面量測。

計算範例：假設一塊 JLCPCB 雙層板採用 25 µm PI，成品厚度為 0.12 mm，並在裝入外殼時彎折一次。多層板靜態彎折採用 k = 10，因此 R_min = 10 × 0.12 mm = 1.2 mm。如果相同區域需要以 k = 100 進行反覆彎折，則 R_min = 12 mm。

聚醯亞胺軟性 PCB 的品質驗證與 IPC 標準

品質驗證可確保聚醯亞胺軟性 PCB 符合製造文件中指定的性能等級。設計要求由 IPC-2223 規範；性能等級應在採購文件中註明；資格認證及性能要求則由 IPC-6013 規範。

IPC-6013 與 IPC-2223 的設計及性能要求

IPC-2223 是軟性及軟硬結合印刷電路板的分項設計標準，須與基礎標準 IPC-2221 一併使用。這類電路板的資格認證及性能規範則為 IPC-6013。兩項標準目前均為 F 版（IPC-2223F 及 IPC-6013F），因此應在製造圖面上註明所採用的版本。

IPC-6013 亦會依結構類型對電路板分類，範圍由 Type 1 單面軟板、Type 4 軟硬結合多層板，到 Type 5（具有兩層或以上導電層，但沒有電鍍通孔的電路板）。結構類型與性能等級是不同的分類。Class 2 適用於專用服務電子設備，Class 3 則適用於高可靠性產品。

切片檢查、剝離強度與彎折耐久性

以下三種測試可驗證肉眼無法直接觀察的特性：

• 切片檢查（微切片）IPC-TM-650 2.1.1：檢查電鍍厚度、孔壁裂紋、空洞、鑽污及層間對位。
• 剝離強度：IPC-TM-650 2.4.9：測試銅箔與介電材料之間的附著力，包括材料交付時及焊接後的狀態。
• 彎折耐久性（IPC-TM-650 2.4.3）：將導體圖形以指定半徑反覆彎折，並記錄至斷裂時的循環次數，以評估動態設計的疲勞性能。

常見製造缺陷與驗收標準

驗收限制依指定等級的 IPC-6013 及採購文件訂定。以下缺陷通常與聚醯亞胺的材料特性有關：

JLCPCB 聚醯亞胺軟性 PCB 製造能力

JLCPCB 可製造 1 層、2 層及 4 層聚醯亞胺軟性 PCB，但目前不提供軟硬結合板。以下數值來自 JLCPCB 軟性 PCB 製程能力頁面；常規限制與極限限制有所不同，採用極限數值可能需要額外收費及／或事先確認。

JLCPCB 層數、疊層、線寬／線距及導通孔能力

上述導通孔數值指成品孔徑及焊盤直徑，並非雷射微孔的位置公差。

準備 Gerber 檔案、補強板圖面及 DFM 文件

JLCPCB 的Gerber 檔案準備指南指出，軟性 PCB 的 Gerber 檔案基本上與 FR4 檔案相同，但需要額外提供一個圖層，標示補強板的位置及厚度。覆蓋膜開窗則定義於防焊層圖層中。完整的軟板資料套件包括：

• 銅層、防焊層（覆蓋膜）及絲印層
• 鑽孔檔案及板件外形
• 標示補強板外形、材料及厚度的補強板圖層
• 在文件圖層中標示彎折區域及疊層備註

EasyEDA 設有專用補強板圖層。若使用其他 EDA 工具，請將不同類型及不同面的補強板分別放在對應圖層，並依照 JLCPCB 的前綴及厚度命名。例如，頂面 0.25 mm PI 補強板可命名為 pit_0.25；底面 0.2 mm 鋼片補強板則可命名為 gpb_0.2，如 FPC 補強板指南。。接著，請在訂單表單中選擇相應的補強板材料及厚度。

從原型到量產：線上報價與交期

將 Gerber 檔案上傳至 JLCPCB 的線上報價頁面後，系統便會產生報價及 DFM 頁面。交期會因層數、數量、補強板、極限製程特徵，以及審查期間提出的工程問題而有所不同。若備註清晰，並完整標示補強板、疊層及彎折區域資訊，便能減少來回確認的次數。價格亦受相同因素影響，包括層數、層壓材料類型及特徵複雜度。

結論

聚醯亞胺軟性 PCB 的成功製作，取決於合適的材料選擇、製程控制及佈局設計。請在製造文件中註明層壓結構、銅箔類型、層數、濕氣處理方式及 IPC 等級，並在實際結構中驗證彎曲半徑。如此才能確保從原型到量產階段，層間對位、回焊良率及彎折壽命都維持可預測。檔案準備完成後，請先確認製程能力，再上傳設計以取得軟性 PCB 報價。

聚醯亞胺軟性 PCB 製造常見問題

Q. 為什麼高密度軟性 PCB 優先選用無膠型聚醯亞胺？

答：無膠型聚醯亞胺省去黏著劑層，使層壓材料更薄，尺寸穩定性通常也較佳，因此能支援更細的走線、更精確的對位及更小的彎曲半徑。視整體結構而定，亦有助於提升電鍍孔在溫度循環下的可靠性。

Q. SMT 回焊期間，吸濕會如何影響聚醯亞胺 PCB 製造？

答：聚醯亞胺及黏著劑吸收的濕氣會在回焊溫度下汽化，蒸氣壓力可能造成起泡、覆蓋膜翹起或分層。依照層壓材料或電路板供應商的指示密封儲存及烘烤，可降低這類風險。

Q. 雙面聚醯亞胺軟性 PCB 的典型彎曲半徑是多少？

答：靜態彎折時，彎曲半徑至少應為軟板成品厚度的 10 倍，因此厚度為 0.12 mm 的雙面板至少需要 1.2 mm 彎曲半徑。動態彎折至少需要 10–15 倍；若彎折循環次數很高，則可能需要 100–150 倍。

Q. 聚醯亞胺軟性 PCB 能否直接承受 SMT 回焊焊接？

答：可以。只要層壓材料、覆蓋膜黏著劑及補強膠帶均符合耐熱要求，聚醯亞胺 FPC 通常可採用無鉛回焊曲線進行焊接。過程中必須控制濕氣，補強膠帶亦須具備耐熱能力；JLCPCB 將 3M468 膠帶列為不耐熱材料。