才剛買半年游戲手柄FPC就斷裂了？丨柔性電路板失效分析

引言

某款游戲手柄里面其中一FPC件，在使用半年以后出現斷裂失效。失效FPC斷裂位置均為死折位置，不但銅箔斷裂，PI層亦出現斷裂。下文通過測試分析，找出失效原因。

測試分析

1 斷口分析

使用掃描電鏡對NG FPC斷口形貌進行觀察，NG FPC斷口形貌基本一致，均以疲勞斷裂為主，失效形式主要為彎曲外側PI層斷裂，如圖1所示。

圖1 NG FPC斷口截面形貌（切片制樣）

2 成分剖析

采用FTIR對FPC的PI主成分進行分析，分析NG FPC和OK FPC，主成分完全一致，均為芳香族聚酰亞胺，如表1所示。

表1 FTIR測試結果

為了評價FPC的耐熱性能差別，使用TGA對NG3FPC和OK1FPC進行分析，結果見表2可知，NG3FPC和OK1FPC耐熱性能一致，亦驗證了主成分一致。

表2 TGA測試結果

為了驗證FPC中微量添加劑成分的差異，使用PY-GCMS進行分析，測試揮發性成分，對比譜圖見圖2，譜圖完全一致，成分沒有差異。

圖2 OK FPC和NG FPC PY-GCMS對比譜圖

3 力學性能剖析

為了驗證FPC的抵抗變形能力，對NG FPC和OK FPC進行納米壓痕測試，結果見圖3-1、3-2納米壓痕曲線結果可知，NG FPC和OK FPC的硬度及彈性模量無明顯差異，抗變形能力無差別。

圖3-1 NG FPC納米壓痕曲線

圖3-2 OK FPC納米壓痕曲線

4 彎折損傷剖析

為了對FPC進彎折性能進行評價，使用FPC彎折試驗機和萬能試驗機（壓縮模式）進行測試，結果見表3。

表3 彎折損傷評價表

彎折試驗結果顯示，單次死折不會造成OK FPC PI層出現裂紋，但反復彎折會使OK FPC PI層疲勞斷裂，斷口形貌與NG FPC形貌一致。

綜合以上結果，PI層斷裂的原因非PI本身材料問題，為應力條件導致，應力模型見圖4：

圖4 簡單的受力模型

在死折過程中，折合線位-外弧面交點位置（即表面張力最大區域）會出現塑性變形，出現損傷線，但未出現裂紋。在彎折后該區域殘留有較大的應力，在后續使用過程中受熱沖擊時，由于有機材料熱膨脹系數較大，會產生變形，在外弧面形成循環應力沖擊；使用過程中的震動亦是會產生同樣應力沖擊，在表面張力和外加應力沖擊下而疲勞斷裂。

結論

FPC發生斷裂的主要原因為：FPC在死折過程外圓弧表面形成大應力區，在后續使用過程受應力沖擊導致疲勞開裂。

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