FPC柔性電路板是在柔性截至表面上制作的一種電路形式,它可以有也可以沒有覆蓋層(通常用于保護(hù)FPC電路)。由于FPC可以以多種方式彎曲、折疊或重復(fù)運(yùn)動(dòng),與普通剛性板(PCB)相比,它具有輕、薄、柔韌等優(yōu)點(diǎn),因此其應(yīng)用越來越廣泛。
FPC的基材一般采用聚酰亞胺(簡稱PI),也有使用聚酯(Polyester,簡稱PET)。材料的厚度有12.5/25/50/75/125um,常用的有12.5和25um。如果FPC需要高溫焊接,通常選擇PI作為材料,通常選擇FR4作為PCB的基材。
FPC的覆蓋層材質(zhì)為介質(zhì)薄膜和膠的壓合體,或是柔性介質(zhì)的涂層,具有避免沾染、潮濕、刮痕等保護(hù)作用。主要材料與基材層用料相同,即聚酰亞胺(Polyimide)和聚酯(Polyester),常用材料厚度為12.5um。
在設(shè)計(jì) FPC 時(shí)需要將各層粘合在一起。這時(shí)候就需要用到FPC膠(Adhesive)了。柔性線路板常用的膠粘劑有丙烯酸、改良環(huán)氧樹脂、酚丁縮醛、增強(qiáng)膠、壓敏膠等,而單層FPC不需要用膠粘合。
在器件焊接等很多應(yīng)用中,柔性板需要使用補(bǔ)強(qiáng)板來獲得外部支撐。使用的主要材料有PI或聚酯薄膜、玻璃纖維、聚合物材料、鋼片、鋁板等。
PI或Polyester薄膜是柔性板補(bǔ)強(qiáng)常用的材料,厚度一般為125um。玻璃纖維(FR4)補(bǔ)強(qiáng)板的硬度比PI或Polyester要高,用在要求更硬的地方時(shí)加工比較困難。
與PCB焊盤的加工方法相比,F(xiàn)PC焊盤的加工方法也有很多。常見的有以下幾種:
①化學(xué)鎳金又稱化學(xué)浸金或沉金。一般PCB銅金屬表面使用的化學(xué)鍍鎳層厚度為2.5um-5.0um,浸金(99.9%純金)層厚度為0.05um-0.1um。技術(shù)優(yōu)勢:表面平整,存放時(shí)間長,易焊接;適用于細(xì)間距元件和更薄的
PCB。對于FPC來說,因?yàn)樗暮穸雀。愿m合使用。缺點(diǎn):不環(huán)保。
②錫鉛電鍍優(yōu)點(diǎn):可以直接在焊盤上添加平整的鉛錫,具有良好的可焊性和均勻性。對于HOTBAR等一些加工工藝,F(xiàn)PC上必須采用這種方式。缺點(diǎn):鉛易易氧化,儲(chǔ)存時(shí)間短;需要拉電鍍導(dǎo)線;不環(huán)保。
③
選擇性電鍍金(SEG)
指在PCB局部區(qū)域使用電鍍金,其他區(qū)域采用另一種表面處理方法。電鍍金是指先在PCB的銅表面鍍上鎳層,再電鍍金層。鎳層厚度為2.5um-5.0um,金層厚度一般為0.05um-0.1um。優(yōu)點(diǎn):鍍金層較厚,抗氧化性和耐磨性強(qiáng)。
“金手指”一般采用這種加工方式。缺點(diǎn):不環(huán)保,氰化物污染。
④ 有機(jī)可焊性保護(hù)層(OSP) 該工藝是指用特定的有機(jī)物質(zhì)覆蓋裸露的PCB銅表面。優(yōu)點(diǎn):可以提供非常平整的PCB表面,符合環(huán)保要求。適用于具有細(xì)間距元件的 PCB。缺點(diǎn):需要采用常規(guī)波峰焊和選擇性波峰焊工藝的PCBA,不允許采用OSP表面處理工藝。
⑤熱風(fēng)整平(HASL)
該工藝是指在PCB最終暴露的金屬表面覆蓋63/37鉛錫合金。鉛錫合金鍍層的熱風(fēng)整平厚度要求為1um-25um。熱風(fēng)整平工藝難以控制涂層的厚度和焊盤圖案。不建議用在有細(xì)間距元件的PCB上,因?yàn)榧?xì)間距元件對焊盤的平整度要求很高;熱風(fēng)整平工藝適用于薄
FPC。影響很大,不推薦這種表面處理。
在設(shè)計(jì)中,F(xiàn)PC往往需要與PCB結(jié)合使用。在兩者的連接中通常采用板對板連接器、連接器加金手指、HOTBAR、軟硬結(jié)合板、手工焊的方式進(jìn)行連接。針對不同的應(yīng)用環(huán)境,設(shè)計(jì)者可以采用相應(yīng)的連接方式。
在實(shí)際應(yīng)用中,根據(jù)應(yīng)用需要確定是否需要ESD屏蔽。當(dāng)FPC柔性要求不高時(shí)可以用實(shí)心銅皮和厚介質(zhì)來實(shí)現(xiàn)。當(dāng)柔性要求較高時(shí),可采用銅皮網(wǎng)格和導(dǎo)電銀漿來實(shí)現(xiàn)。由于 FPC 的柔韌性,在承受應(yīng)力時(shí)很容易斷裂,因此需要采取一些特殊措施對 FPC 進(jìn)行保護(hù)。
常用的方法有:
1、柔性輪廓上內(nèi)角的最小半徑為1.6mm。半徑越大可靠性越高,防撕裂能力越強(qiáng)。在外形的轉(zhuǎn)角處可以加一條靠近板邊走線,防止FPC被撕裂。
2. FPC 上的裂縫或槽口必須以直徑不小于 1.5mm 的圓孔結(jié)束。當(dāng) FPC 的兩個(gè)相鄰部分需要單獨(dú)移動(dòng)時(shí),也需要此要求。
3、為了獲得更好的柔韌性,彎曲區(qū)域需要選擇在寬度均勻的區(qū)域,并盡量避免彎曲區(qū)域內(nèi)的FPC寬度變化和布線密度不均勻。
4、補(bǔ)強(qiáng)板又稱加強(qiáng)板,主要用于獲得外部支撐。所用材料有PI、Polyester、玻璃纖維、聚合物材料、鋁片、鋼片等。合理設(shè)計(jì)補(bǔ)強(qiáng)板位置、區(qū)域、材料對避免FPC撕裂有很大的作用。
5、在多層FPC設(shè)計(jì)中,產(chǎn)品在使用過程中需要經(jīng)常彎曲的區(qū)域需要進(jìn)行氣隙分層設(shè)計(jì)。盡量使用較薄的PI材料,增加FPC的柔軟度,防止FPC在反復(fù)彎折時(shí)斷裂。
6、在空間允許的情況下,應(yīng)在金手指與連接器的連接處設(shè)計(jì)雙面膠固定區(qū)域,以防止金手指與連接器在折彎過程中脫落。
7、FPC與連接器的連接處應(yīng)設(shè)計(jì)FPC定位絲印線,防止組裝時(shí)FPC歪斜、插入不到位等缺陷。有利于生產(chǎn)檢驗(yàn)。
由于FPC的特殊性,其走線時(shí)需要注意以下幾點(diǎn):
布線規(guī)則:優(yōu)先保證信號布線順暢,遵循短、直、少打過孔的原則,盡量避免長、細(xì)、繞圈的布線,以橫線、豎線和45度線為主,避免走任意角度線和彎折部分走弧度線。
以上情況詳細(xì)說明如下:
1.線寬:考慮到數(shù)據(jù)線和電源線的線寬要求不一致,預(yù)留走線空間按照平均0.15mm
2.線距:按照目前大多數(shù)廠家的生產(chǎn)能力,設(shè)計(jì)線距(Pitch)為0.10mm
3.線邊距:最外線的線距與FPC輪廓的距離設(shè)計(jì)為0.30mm,空間允許時(shí)間距越大越好
4.內(nèi)圓角:FPC輪廓上內(nèi)圓角的最小設(shè)計(jì)為半徑R=1.5mm
5.導(dǎo)線與彎曲方向垂直
6.導(dǎo)線應(yīng)均勻的穿過彎曲區(qū)域
7. 彎曲區(qū)域的面積導(dǎo)線盡量布滿
8.在彎曲區(qū)域不能有額外的電鍍金屬(彎曲區(qū)域的導(dǎo)線不電鍍)
9.保持線寬一致
10.雙面板的走線不能重疊形成“I”狀
11.盡量減少折彎區(qū)域的層數(shù)
12.彎曲區(qū)域不應(yīng)有過孔和金屬化孔
13.彎曲中心軸應(yīng)設(shè)在導(dǎo)線的中心。導(dǎo)線兩側(cè)的材料系數(shù)和厚度盡量一致。這點(diǎn)在動(dòng)態(tài)彎曲應(yīng)用中非常重要。
14.水平面扭轉(zhuǎn)遵循以下原則——減小彎曲截面以增加柔韌性,或部分增加銅箔面積以增加柔韌性。
15.對于垂直面彎折采取增加彎折半徑,減少彎曲中心區(qū)域的層數(shù)。
16.對于有EMI要求的產(chǎn)品,如果FPC上有USB、MIPI等高頻輻射信號線,應(yīng)根據(jù)EMI測量情況在FPC板上加上導(dǎo)電銀箔層并且使導(dǎo)電銀箔接地。