柔性电路板失效分析

才刚买半年游戏手柄FPC就断裂了？丨柔性电路板失效分析

引言

某款游戏手柄里面其中一FPC件，在使用半年以后出现断裂失效。失效FPC断裂位置均为死折位置，不但铜箔断裂，PI层亦出现断裂。下文通过测试分析，找出失效原因。

测试分析

1 断口分析

使用扫描电镜对NG FPC断口形貌进行观察，NG FPC断口形貌基本一致，均以疲劳断裂为主，失效形式主要为弯曲外侧PI层断裂，如图1所示。

图1 NG FPC断口截面形貌（切片制样）

2 成分剖析

采用FTIR对FPC的PI主成分进行分析，分析NG FPC和OK FPC，主成分完全一致，均为芳香族聚酰亚胺，如表1所示。

表1 FTIR测试结果

为了评价FPC的耐热性能差别，使用TGA对NG3FPC和OK1FPC进行分析，结果见表2可知，NG3FPC和OK1FPC耐热性能一致，亦验证了主成分一致。

表2 TGA测试结果

为了验证FPC中微量添加剂成分的差异，使用PY-GCMS进行分析，测试挥发性成分，对比谱图见图2，谱图完全一致，成分没有差异。

图2 OK FPC和NG FPC PY-GCMS对比谱图

3 力学性能剖析

为了验证FPC的抵抗变形能力，对NG FPC和OK FPC进行纳米压痕测试，结果见图3-1、3-2纳米压痕曲线结果可知，NG FPC和OK FPC的硬度及弹性模量无明显差异，抗变形能力无差别。

图3-1 NG FPC纳米压痕曲线

图3-2 OK FPC纳米压痕曲线

4 弯折损伤剖析

为了对FPC进弯折性能进行评价，使用FPC弯折试验机和万能试验机（压缩模式）进行测试，结果见表3。

表3 弯折损伤评价表

弯折试验结果显示，单次死折不会造成OK FPC PI层出现裂纹，但反复弯折会使OK FPC PI层疲劳断裂，断口形貌与NG FPC形貌一致。

综合以上结果，PI层断裂的原因非PI本身材料问题，为应力条件导致，应力模型见图4：

图4 简单的受力模型

在死折过程中，折合线位-外弧面交点位置（即表面张力最大区域）会出现塑性变形，出现损伤线，但未出现裂纹。在弯折后该区域残留有较大的应力，在后续使用过程中受热冲击时，由于有机材料热膨胀系数较大，会产生变形，在外弧面形成循环应力冲击；使用过程中的震动亦是会产生同样应力冲击，在表面张力和外加应力冲击下而疲劳断裂。

结论

FPC发生断裂的主要原因为：FPC在死折过程外圆弧表面形成大应力区，在后续使用过程受应力冲击导致疲劳开裂。

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