FPC天线粘接失效原因分析及解决方案

李 翠，崔晓辉

（3M中国有限公司北方技术中心，北京 100176）

FPC天线粘接失效原因分析及解决方案

李 翠，崔晓辉

（3M中国有限公司北方技术中心，北京 100176）

通过对FPC柔性天线的结构以及应用的研究分析，找出天线起翘，即粘接失效的原因。主要从压敏胶带的粘接原理入手，对影响胶接质量的多方面因素进行技术分析并给出可行性建议。例如对被粘接材料的表面性能、纹理及表面处理等提出要求，FPC贴合过程中应采用适合的压力、时间和温度，还对FPC产品结构改善提出建议。

FPC天线；压敏胶带；起翘；胶接影响因素

FPC柔性天线在手机、平板电脑等电子产品中已有广泛的应用。这种通过用胶带将天线粘接到塑胶支架上的方式，不仅节约设计空间，而且也方便组装操作。但随着FPC天线的大量应用，其设计也越来越多样化，如粘接面为曲面，90°折弯，甚至180°折弯，导致其粘接失效（折弯处翘起）等问题也越来越多。3M公司就此问题从胶带粘接原理及性能方面进行了研究分析，提出了一些可行的解决方案。

1 FPC天线结构及粘接失效的原因

FPC天线的粘接失效主要是边缘折弯或拐角处出现天线翘起的现象。其根本原因是FPC天线在弯曲或折弯时存在较大的回弹应力，如果回弹应力足够大，且在FPC粘贴后无法消除掉，则FPC翘起的风险就会很大。这与FPC天线结构关系密切。

1.1 普通FPC天线结构

普通的单面板FPC由5层材料构成：背胶+基层+胶层AD+铜箔+油墨，总厚度在0.15 mm或以上，结构如图1所示。

图1 普通单面板FPC结构示意图Fig.1 Schematic of structure of common single sided FPC board

背胶一般选用无基材的胶膜产品，厚度多为0.05 mm，以减少胶带折弯时产生的应力。基层一般选择PI或PET材料，这种材料一致性好，不宜形变，但由于比较挺，韧性十足，所以在弯曲或弯折时必然会产生较大的回弹应力。

1.2 粘接失效的原因

天线在折弯时即产生回弹应力且不可避免。若此时胶带的初粘性T初小于回弹应力F弹或者胶带粘性的增长速度不足以抵抗持续的回弹应力，那么天线的翘起将不可避免发生。即：T初＜F弹，对于同一产品结构，其F弹是恒定不变的。T初受不同胶带、贴合压力、时间、温度及产品表面的不同而有所变化。因此，在不能改变FPC产品结构减少F弹的前提下，应该尽可能提高胶带的初粘性，如图2所示。

2 胶带粘接原理及性能的影响因素

在FPC粘接中，常用的3M胶带有467MP，9471LE，F9460PC等产品。这些胶带都属于压敏胶带，压敏胶在应用时需施以压力，使胶面与被粘表面充分接触，压敏胶通过自身分子运动，浸润被粘表面，产生相互作用力来实现粘接。粘接过程中，压敏胶的性能会受到粘接表面、压力、温度和时间等因素的影响。

2.1 粘接材料表面性能的影响

通常使用胶带前，被贴附材料表面应该洁净、干燥、平滑以及不能有灰尘、湿气和油污。推荐使用软布擦除表面灰尘、污垢、油脂和湿气。对于较重的油污，推荐采用异丙醇作为清洁溶液，用软布蘸取对粘接表面进行清洁。

图2 天线（FPC）翘起示意图Fig.2 Schematic of warping of antenna（FPC）

对于FPC天线所要粘接的塑胶件，在注塑生产时，建议尽量不要使用脱模剂，也尽量避免选用PC141R等本身带有脱模剂的塑胶原料。这是因为脱模剂会加快胶带老化，进而使粘接失效。塑胶件粘接区域建议采用表面抛光处理或较细的表面纹路。如果塑胶件表面有喷涂工艺，则粘接区域尽量远离喷涂面的边缘。因为无论油墨还是油漆要在塑胶件表面有很好的附着力，其表面能必须低于塑胶件。因此，对于溢墨、溢漆的表面，其表面能会大幅降低，对于胶带粘接来说是非常不利的。

一般情况下，具有高表面能的材料表面，有利于压敏胶的浸润，可以快速建立粘性，并有良好的粘接效果。而表面能较低的材料，相对比较难于粘接，处理不好时，容易出现粘接失效等问题。采用等离子处理，可以有效的提升塑料表面的表面能，并起到一定的清洁作用，进而就会提高胶带对该表面的粘接效果。对于有条件的工厂，在塑胶件贴合FPC天线前，建议对表面进行等离子处理。

等离子处理是通过等离子发生器产生高压高频能量放电，产生低温等离子体，借助压缩空气将等离子喷向工件表面，在工件表面产生了物理变化和化学反应。首先，塑胶件表面得到了清洁，可以去除碳化氢类污物，如油脂，辅助添加剂等。同时，可引入含氧极性基团（羟基、羧基），这些基团有利于胶带地粘接。再次，等离子处理表面可以显著提高塑胶件的表面张力（即表面能）。普通塑料例如PC40，等离子处理后其表面能可达60达因以上。

2.2 贴合压力的影响

当FPC天线贴附到被粘面后，应对粘接部位施以一定压力（不小于0.1 MPa），使胶带与被粘表面充分接触，并避免气泡的产生，以便粘接强度的建立。

原则上，施加压力越大越利于胶带与被粘表面的接触与湿润。在不破坏产品结构的基础上，提高施加压力且保证粘接区域均匀受力，可有效避免产生气泡和提高胶带的初粘性。

2.3 贴合时间的影响

胶带完成粘接后，需要一定的养护时间以建立最终的粘接强度，养护时间一般为72 h。在此期间，不要让粘接部位过早承受载荷，以防影响强度的正常建立。

通过对客户的实地走访，发现FPC天线在实际粘接生产中，由于生产节奏的限制，对粘接强度建立的养护时间远远小于72 h。同时，天线粘接后，FPC弯折区域或弧面处便持续存在着回弹应力。因此，要适当增加贴合天线后的保压时间，使胶带更快湿润表面以提高胶带的初粘性。理论上保压时间越长越好，结合客户的实际经验，建议保压时间不小于10 s为宜。

2.4 贴合温度的影响

贴合温度包括贴合的环境温度及胶带的表面温度。低温条件下，胶粘剂分子运动变缓，难以快速湿润被粘表面，表现为初粘性较低，粘接强度建立缓慢，如图3所示。

FPC天线粘接需要较高的初粘性且快速建立粘接强度。实践中为获得较佳使用性能，建议在20 ℃以上环境中进行胶带的粘接施工。如果工艺条件允许，压合过程中可对天线及塑胶件进行加温操作，一般在40～60 ℃左右，可以达到事半功倍的效果。高温条件下，胶分子运动加快，可以加速湿润被粘表面，提高初粘性。同时，天线中铜箔等材料也在高温下更加柔软，折弯的回弹力也会减小。

图3 不同温度下的胶带强度建立曲线Fig.3 Strength generation curves of adhesive tape at different temperatures

3 FPC产品结构的设计改善

提高胶带的初粘性是解决天线翘起问题的方法之一，但根本方法是应减小天线折弯处的回弹应力。例如，①在折弯的地方加开应力孔；②在折弯的地方尽量少布线，即减少铜箔穿过折弯处的面积，降低厚度；③适当设计定位孔；④FPC所粘贴的面都以圆角过渡等等。这些结构设计的细节，可以将应力降到最低。

4 结语

通过对FPC柔性天线起翘的原因进行研究分析，提出了粘接失效的解决方案：①对被粘接材料表面进行处理，提高塑料表面的表面能；②贴合过程中应采用适合的贴合压力、时间和温度；③改善FPC产品的结构设计等。此方法对于解决天线翘起等粘接失效问题有良好的效果。

[1]邱瑾.极寒条件下压敏胶失效的原因及其解决方案[J].粘接,2010,31(2):70-72.

[2]邓湘华,李连春.超薄双面胶带在智能手机中的应用与挑战[J].中国胶粘剂,2016,25(2):62-64.

[3]龚永林.FPC市场与技术展望[J].印制电路信息,2005,13(1):13-16,61.

[4]柳彬彬,向如亭,吕红,等.FPC保护膜用耐高温PSA胶带的研制[J].中国胶粘剂,2012,21(2):50-55.

[5]李义生.比亚迪公司柔性线路板业务竞争战略研究[D].上海:复旦大学,2009.

[6]周容.苯并噁嗪改性柔性印制电路板用聚丙烯酸酯胶黏剂的制备与性能研究[J].武汉:中南民族大学,2011.

[7]赖婉婷,傅和青,蓝仁华.耐高温丙烯酸酯压敏胶的研制[J].中国胶粘剂,2010,19(8):28-31.

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，资深应用工程师。研究方向：压敏胶带在工业市场的应用。E-mail：cli8@mmm.com。

崔晓辉（1980-），男，资深应用工程师。研究方向：压敏胶带在电子及工业市场的应用。E-mail：mcui@mmm.com。