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(xiàn)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(xiàn)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(jìn)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(cè)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(jìn)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(jié)果

為了評價(jià)FPC的耐熱性能差別，使用TGA對NG3FPC和OK1FPC進(jìn)行分析，結(jié)果見表2可知，NG3FPC和OK1FPC耐熱性能一致，亦驗(yàn)證了主成分一致。

表2 TGA測試結(jié)果

為了驗(yàn)證FPC中微量添加劑成分的差異，使用PY-GCMS進(jìn)行分析，測試揮發(fā)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(xué)性能剖析

為了驗(yàn)證FPC的抵抗變形能力，對NG FPC和OK FPC進(jìn)行納米壓痕測試，結(jié)果見圖3-1、3-2納米壓痕曲線結(jié)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(jìn)彎折性能進(jìn)行評價(jià)，使用FPC彎折試驗(yàn)機(jī)和萬能試驗(yàn)機(jī)（壓縮模式）進(jìn)行測試，結(jié)果見表3。

表3 彎折損傷評價(jià)表

彎折試驗(yàn)結(jié)果顯示，單次死折不會(huì)造成OK FPC PI層出現(xiàn)裂紋，但反復(fù)彎折會(huì)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(jié)果，PI層斷裂的原因非PI本身材料問題，為應(yīng)力條件導(dǎo)致，應(yīng)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(diǎn)位置（即表面張力最大區(qū)域）會(huì)出現(xiàn)塑性變形，出現(xiàn)損傷線，但未出現(xiàn)裂紋。在彎折后該區(qū)域殘留有較大的應(yīng)力，在后續(xù)使用過程中受熱沖擊時(shí)，由于有機(jī)材料熱膨脹系數(shù)較大，會(huì)產(chǎn)生變形，在外弧面形成循環(huán)應(yīng)力沖擊；使用過程中的震動(dòng)亦是會(huì)產(chǎn)生同樣應(yīng)力沖擊，在表面張力和外加應(yīng)力沖擊下而疲勞斷裂。

結(jié)論

FPC發(fā)生斷裂的主要原因?yàn)椋篎PC在死折過程外圓弧表面形成大應(yīng)力區(qū)，在后續(xù)使用過程受應(yīng)力沖擊導(dǎo)致疲勞開裂。

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