CN112685931B - 基于铜箔厚度和弯折角度的覆铜板弯折疲劳应力预测方法 - Google Patents

基于铜箔厚度和弯折角度的覆铜板弯折疲劳应力预测方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于铜箔厚度和弯折角度的覆铜板弯折疲劳应力预测方法，覆铜板包括依次层叠的基材层和铜箔层，方法包括：根据预设的铜箔厚度集合、基材厚度和长度，构建分别与各铜箔厚度一一对应的几何模型；分别将各几何模型导入仿真软件，并根据弯折角度集合进行仿真，得到几何模型弯折各弯折角度时，铜箔层所受到的最大应力值；通过预设的多项式回归方程，拟合得到铜箔层最大应力值的回归模型；根据铜箔层最大应力值的回归模型以及待测覆铜板中的铜箔层厚度和弯折角度，对所述待测覆铜板中的铜箔层所受到的应力值进行预测。本发明可提高折弯寿命测试的效率，降低测试成本。

Description

基于铜箔厚度和弯折角度的覆铜板弯折疲劳应力预测方法
技术领域
本发明涉及CCL测试技术领域，尤其涉及一种基于铜箔厚度和弯折角度的覆铜板弯折疲劳应力预测方法。
背景技术
覆铜板(CCL)是指在绝缘基膜上覆盖以铜箔而形成的一种可以弯曲的薄片状复合材料，是仅次于刚性覆铜板的一个覆铜板大类品种。CCL除了具有刚性覆铜板的电气链接、绝缘、机械支撑等三大功能外，它的突出表现为可以弯曲，既可以静态弯曲，也可以动态反复弯曲，具有高挠曲性是CCL最突出的产品特征。挠性覆铜板与刚性覆铜板在产品特性上相比具有薄、轻和可挠性的特点。用CCL为基板材料的FPC被广泛应用于手机、数码相机、笔记本电脑等电子产品中。
近年来，随着柔性印刷线路板(FPC)凭借良好的耐弯折性在折叠屏手机中的运用十分广泛，然而，折叠屏手机在折叠和打开过程中，手机内部软板容易在折弯过程受到损伤或折断，折弯角度和铜箔厚度作为影响弯折寿命重要因素之一。因此，如何探究弯折角度、覆铜板铜箔厚度与CCL折弯应力的关系是材料科学以及软板厂亟待解决的一个科学问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种基于铜箔厚度和弯折角度的覆铜板弯折疲劳应力预测方法，可提高折弯寿命测试的效率，降低测试成本。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种基于铜箔厚度和弯折角度的覆铜板弯折疲劳应力预测方法，所述覆铜板包括依次层叠的基材层和铜箔层，所述预测方法包括：
预设铜箔厚度集合和弯折角度集合，所述铜箔厚度集合中包含预设的第一个数的铜箔厚度，所述弯折角度集合包含预设的第二个数的弯折角度；
根据所述铜箔厚度集合以及预设的基材厚度和预设的长度，构建分别与各铜箔厚度一一对应的几何模型；
分别将各几何模型导入仿真软件，并根据所述弯折角度集合进行仿真，得到所述几何模型弯折各弯折角度时，铜箔层所受到的最大应力值；
根据各几何模型对应的铜箔厚度、弯折角度及其仿真得到的铜箔层所受到的最大应力值，通过预设的多项式回归方程，拟合得到铜箔层最大应力值的回归模型；
根据所述铜箔层最大应力值的回归模型以及待测覆铜板中的铜箔层厚度和弯折角度，对所述待测覆铜板中的铜箔层所受到的应力值进行预测。
本发明的有益效果在于：通过构建对应不同铜箔厚度和弯折角度的几何模型，并利用仿真软件仿真得到不同铜箔厚度和弯折角度组合下的铜箔层所受到的应力值，可极大地缩短通过试验设备获取数值的周期，极大地提高了效率且降低了成本；通过利用多项式回归模型进行拟合，得到铜箔层最大应力值的回归模型，后续可根据该回归模型来对待测CCL中的铜箔层所受应力进行预测，可以预测铜箔折弯寿命。本发明的方法操作简单，可操作性强，适用于不同铜箔厚度、不同弯折角度组合的CCL叠构应力值预估。
附图说明
图1为本发明的基于铜箔厚度和弯折角度的覆铜板弯折疲劳应力预测方法的流程图；
图2为本发明实施例一的CCL的结构示意图；
图3为本发明实施例一的方法流程图；
图4为本发明实施例一的弯折示意图。
标号说明：
1、基材层；2、铜箔层。
具体实施方式
为详细说明本发明的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图详予说明。
请参阅图1，一种基于铜箔厚度和弯折角度的覆铜板弯折疲劳应力预测方法，所述覆铜板包括依次层叠的基材层和铜箔层，所述预测方法包括：
预设铜箔厚度集合和弯折角度集合，所述铜箔厚度集合中包含预设的第一个数的铜箔厚度，所述弯折角度集合包含预设的第二个数的弯折角度；
根据所述铜箔厚度集合以及预设的基材厚度和预设的长度，构建分别与各铜箔厚度一一对应的几何模型；
分别将各几何模型导入仿真软件，并根据所述弯折角度集合进行仿真，得到所述几何模型弯折各弯折角度时，铜箔层所受到的最大应力值；
根据各几何模型对应的铜箔厚度、弯折角度及其仿真得到的铜箔层所受到的最大应力值，通过预设的多项式回归方程，拟合得到铜箔层最大应力值的回归模型；
根据所述铜箔层最大应力值的回归模型以及待测覆铜板中的铜箔层厚度和弯折角度，对所述待测覆铜板中的铜箔层所受到的应力值进行预测。
从上述描述可知，本发明的有益效果在于：操作简单，可操作性强，适用于不同铜箔厚度、不同弯折角度组合的CCL叠构应力值预估，极大地提高了测试效率且降低了测试成本。
进一步地，所述根据所述铜箔厚度集合以及预设的基材厚度和预设的长度，构建分别与各铜箔厚度一一对应的几何模型之后，进一步包括：
分别将各几何模型导入仿真软件，并根据所述弯折角度集合进行仿真，得到所述几何模型弯折各弯折角度时，基材层所受到的最大应力值；
根据各几何模型对应的铜箔厚度、弯折角度及其仿真得到的基材层所受到的最大应力值，通过预设的多项式回归方程，拟合得到基材层最大应力值的回归模型；
根据所述基材层最大应力值的回归模型以及待测覆铜板中的铜箔层厚度和弯折角度，对所述待测覆铜板中的铜箔层所受到的应力值进行预测。
由上述描述可知，不仅可以预测铜箔折弯寿命，还可以预测基材折弯寿命。
进一步地，所述多项式回归方程为P＝β0+β1x+β2y+β3x2+β4xy+β5y2，所述P为最大应力值，x表示铜箔厚度，y表示弯折角度，β0,β1,β2,β3,β4,β5为回归方程的系数。
进一步地，所述根据各几何模型对应的铜箔厚度、弯折角度及其仿真得到的铜箔层所受到的最大应力值，通过预设的多项式回归方程，拟合得到铜箔层最大应力值的回归模型之后，进一步包括：
对所述回归模型进行方差分析。
由上述描述可知，通过对回归模型进行方差分析，以评估回归模型的准确度。
进一步地，所述铜箔厚度集合中包含3个铜箔厚度，分别为12μm、25μm和38μm。
进一步地，所述弯折角度集合中包含8个弯折角度，分别为30°、45°、60°、75°、90°、105°、120°和135°。
进一步地，所述预设的基材厚度为25μm，所述预设的长度为6mm。
实施例一
请参照图2-4，本发明的实施例一为：一种基于铜箔厚度和弯折角度的覆铜板(CCL)弯折疲劳应力的预测方法，可应用于CCL的测试场景中，在CCL结构基材厚度不变的条件下，分别选取不同铜箔厚度，在不同折弯角度时，通过仿真加数据拟合的方式来预测CCL叠构中不同层的应力的方法，从而来定性分析CCL的折弯寿命和趋势。
如图2所示，所述覆铜板包括依次层叠的基材层1和铜箔层2。如图3所示，本实施例的方法包括如下步骤：
S1：预设铜箔厚度集合和弯折角度集合，所述铜箔厚度集合中包含预设的第一个数的铜箔厚度，所述弯折角度集合包含预设的第二个数的弯折角度。
将覆铜板的铜箔厚度x、弯折角度y作为影响CCL各层应力大小的两个因素。本实施例中，CCL中铜箔厚度分别选取12μm、25μm和38μm，弯折角度分别选取30°、45°、60°、75°、90°、105°、120°和135°。具体如表1所示。
表1：因素及其取值
序号 铜箔厚度x(μm) 弯折角度y(°)
1 12 30
2 25 45
3 38 60
4 75
5 90
6 105
7 120
8 135
S2：根据所述铜箔厚度集合以及预设的基材厚度和预设的长度，构建分别与各铜箔厚度一一对应的几何模型。
优选地，本实施例中，基材厚度为25μm；基材层和铜箔层的长度均为6mm。即每个几何模型中的基材层的厚度均为25μm，每个几何模型的长度均为6mm。
S3：分别将各几何模型导入仿真软件，并根据所述弯折角度集合进行仿真，得到所述几何模型弯折各弯折角度时，铜箔层和基材层所受到的最大应力值。
为保证实验的有效性以及准确性，选取实验次数较多的正交表进行实验设计。具体地，将几何模型导入有限元软件中，根据不同的弯折角度情况进行仿真(弯折时的示意图如图4所示，其中R为弯折角度)，获取各层最大应力值，正交表以及仿真结果如下表2所示。其中，最大应力值是判断各层受到破坏的最大程度，也是评价各层收到破坏大小的依据，在材料力学中是最常用的参考值。
表2：正交表及仿真数据
Figure BDA0002855412090000051
Figure BDA0002855412090000061
S4：根据各几何模型对应的铜箔厚度、弯折角度及其仿真得到的铜箔层和基材层所受到的最大应力值，通过预设的多项式回归方程，拟合得到铜箔层最大应力值的回归模型和基材层最大应力值的回归模型。
具体地，建立基于多项式法的应力值与铜箔厚度和弯折角度的回归模型，多项式回归模型采用二次回归方程，通过最小二乘法求取回归方程系数，进而构造出响应量和自变量之间的函数。
CCL各层最大应力值与CCL铜箔厚度及弯折角度的关系复杂，因此，采用二元二次多项式回归方程来表达CCL各层最大应力值与CCL铜箔厚度及弯折角度之间的关系，具体表达式如第一公式所示。
第一公式：P＝β0+β1x+β2y+β3x2+β4xy+β5y2
其中，P表示最大应力值，x表示铜箔厚度，y表示弯折角度，β0,β1,β2,β3,β4,β5为回归方程的系数。
然后分别将各层最大应力值以及铜箔厚度和弯折角度代入上述第一公式进行拟合，得到各层最大应力值的回归模型。
具体地，根据各几何模型对应的铜箔厚度、弯折角度及其仿真得到的铜箔层所受到的最大应力值，通过上述回归方程，拟合得到铜箔层最大应力值的回归模型；根据各几何模型对应的铜箔厚度、弯折角度及其仿真得到的基材层所受到的最大应力值，通过上述回归方程，拟合得到基材层最大应力值的回归模型。
本实施例采用Matlab软件对实验所得到的数据进行拟合，得到的CCL铜箔层和基材层最大应力值的二阶回归模型如下所示：
PCu＝-503.2-13.54x+46.35y+0.08872x2+0.13xy-0.1184y2
PLCP＝-32.55+0.37x+2.164y-0.008224x2-0.0008784xy+0.004359y2
其中，PCu表示铜箔层的最大应力值，PLCP表示基材层的最大应力值，x表示铜箔厚度，y表示弯折角度。
S5：根据所述铜箔层最大应力值的回归模型和基材层最大应力值的回归模型以及待测覆铜板中的铜箔层厚度和弯折角度，对所述待测覆铜板中的铜箔层和基材层所受到的应力值进行预测。
即当存在相同折弯条件且已知CCL中的铜箔层厚度及弯折角度时，可以根据步骤S4中拟合得到的回归模型来对各层所受应力值进行预测，从而缩短研发测试周期，大大缩短研发周期，降低研发成本。
进一步地，在步骤S4中，采用软件进行拟合时，还会得到方差大小(方差大小为软件拟合公式的曲线跟实际曲线之间的偏差)。因此，在步骤S4之后，对拟合得到的回归模型进行方差分析，如表3所示。
表3：最大应力值函数方差分析
SSE R-Sq R-Sq(adj) F比
7.4837e+5 97.21％ 96.43％ F<sub>0.05</sub>＝3.31
其中，R-Sq为97.21％，取值越大说明回归模型与数据拟合的越好，R-Sq(adj)取值96.43％，越接近R-Sq说明回归模型越可靠。同时，回归模型中各因素项的F比值均大于F0.05，说明这些项对最大应力值的影响是显著的。故而分析结果表明最大应力值回归模型拟合程度良好，能有效预测该实验条件下的最大应力值大小。
本实施例提出一种适用于不同铜箔厚度及弯折角度组合的CCL叠构各层应力值预估方法，利用有限元仿真来获取不同铜箔厚度及弯折角度组合下CCL弯折时所受的应力值，极大地缩短了通过试验设备获取数值的周期，极大地提高了效率和降低了成本；不仅可以预测铜箔折弯寿命，还可以预测基材折弯寿命；本实施例的方法操作简易，可操作性强。
综上所述，本发明提供的一种基于铜箔厚度和弯折角度的覆铜板弯折疲劳应力预测方法，利用有限元仿真来获取不同铜箔厚度及弯折角度组合下CCL弯折时所受的应力值，极大地缩短了通过试验设备获取数值的周期，极大地提高了效率和降低了成本；不仅可以预测铜箔折弯寿命，还可以预测基材折弯寿命。本发明的方法操作简单，可操作性强，适用于不同铜箔厚度、不同弯折角度组合的CCL叠构应力值预估。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (7)

1.一种基于铜箔厚度和弯折角度的覆铜板弯折疲劳应力预测方法，其特征在于，所述覆铜板包括依次层叠的基材层和铜箔层，所述预测方法包括：
预设铜箔厚度集合和弯折角度集合，所述铜箔厚度集合中包含预设的第一个数的铜箔厚度，所述弯折角度集合包含预设的第二个数的弯折角度；
根据所述铜箔厚度集合以及预设的基材厚度和预设的长度，构建分别与各铜箔厚度一一对应的几何模型；
分别将各几何模型导入仿真软件，并根据所述弯折角度集合进行仿真，得到所述几何模型弯折各弯折角度时，铜箔层所受到的最大应力值；
根据各几何模型对应的铜箔厚度、弯折角度及其仿真得到的铜箔层所受到的最大应力值，通过预设的多项式回归方程，拟合得到铜箔层最大应力值的回归模型；
根据所述铜箔层最大应力值的回归模型以及待测覆铜板中的铜箔层厚度和弯折角度，对所述待测覆铜板中的铜箔层所受到的应力值进行预测。
2.根据权利要求1所述的基于铜箔厚度和弯折角度的覆铜板弯折疲劳应力预测方法，其特征在于，所述根据所述铜箔厚度集合以及预设的基材厚度和预设的长度，构建分别与各铜箔厚度一一对应的几何模型之后，进一步包括：
分别将各几何模型导入仿真软件，并根据所述弯折角度集合进行仿真，得到所述几何模型弯折各弯折角度时，基材层所受到的最大应力值；
根据各几何模型对应的铜箔厚度、弯折角度及其仿真得到的基材层所受到的最大应力值，通过预设的多项式回归方程，拟合得到基材层最大应力值的回归模型；
根据所述基材层最大应力值的回归模型以及待测覆铜板中的铜箔层厚度和弯折角度，对所述待测覆铜板中的铜箔层所受到的应力值进行预测。
3.根据权利要求1或2所述的基于铜箔厚度和弯折角度的覆铜板弯折疲劳应力预测方法，其特征在于，所述多项式回归方程为P＝β0+β1x+β2y+β3x2+β4xy+β5y2，所述P为最大应力值，x表示铜箔厚度，y表示弯折角度，β0,β1,β2,β3,β4,β5为回归方程的系数。
4.根据权利要求1所述的基于铜箔厚度和弯折角度的覆铜板弯折疲劳应力预测方法，其特征在于，所述根据各几何模型对应的铜箔厚度、弯折角度及其仿真得到的铜箔层所受到的最大应力值，通过预设的多项式回归方程，拟合得到铜箔层最大应力值的回归模型之后，进一步包括：
对所述回归模型进行方差分析。
5.根据权利要求1所述的基于铜箔厚度和弯折角度的覆铜板弯折疲劳应力预测方法，其特征在于，所述铜箔厚度集合中包含3个铜箔厚度，分别为12μm、25μm和38μm。
6.根据权利要求1所述的基于铜箔厚度和弯折角度的覆铜板弯折疲劳应力预测方法，其特征在于，所述弯折角度集合中包含8个弯折角度，分别为30°、45°、60°、75°、90°、105°、120°和135°。
7.根据权利要求1所述的基于铜箔厚度和弯折角度的覆铜板弯折疲劳应力预测方法，其特征在于，所述预设的基材厚度为25μm，所述预设的长度为6mm。
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