硬件設(shè)計(jì)實(shí)戰(zhàn)第一篇 FPC設(shè)計(jì)全攻略

　　柔性印刷電路板(FPC Flexible Printed Circuit)是在柔性截至表面制作的一種電路形式，可以有覆蓋層也可以沒(méi)有(通常用來(lái)對(duì)FPC電路的保護(hù))。由于FPC能以多種方式進(jìn)行彎曲、折疊或重復(fù)運(yùn)動(dòng)，相對(duì)于普通硬 板(PCB)而言，具有輕、薄、柔性等優(yōu)點(diǎn)，因此其應(yīng)用越來(lái)越廣泛。

　　FPC的基層(Base Film)材料一般采用聚酰亞胺(Polyimide,簡(jiǎn)稱(chēng)PI)，也有用聚酯

　　(Polyester,簡(jiǎn)稱(chēng)PET)，材料厚度有12.5/25/50/75/125um,常用12.5和25um。如果FPC需要在高溫焊接條件，其材質(zhì)通常常選用PI，而PCB的基材通常選用FR4。

　　FPC的覆蓋層(Cover Layer)材質(zhì)為介質(zhì)薄膜和膠的壓合體，或者是柔性介質(zhì)的涂層，具有 避免沾染、潮濕、刮痕等保護(hù)作用，主要材料跟基層用料一致，即聚酰亞胺

　　(Polyimide)和聚酯(Polyester),常用材料厚度為12.5um。

　　FPC設(shè)計(jì)時(shí)需要將各層粘結(jié)起來(lái)，這個(gè)時(shí)候需要使用FPC膠(Adhesive)。柔性板常用膠有丙烯酸(Acrylic)，改良 環(huán)氧樹(shù)脂(Modified Epoxy),酚丁縮醛(Phenolic Butyrals),增強(qiáng)膠，壓敏膠等，而單層的FPC就不用使用膠進(jìn)行粘合了。

　　在有器件焊接等很多應(yīng)用場(chǎng)合中，柔性板需要用補(bǔ)強(qiáng)板(Stiffener)來(lái)獲得外部支 撐。主要用料有PI或Polyester薄膜，玻璃纖維，聚合物材料，鋼片，鋁片等等。PI或 Polyester薄膜是柔性板補(bǔ)強(qiáng)常用材料，厚度一般為125um。玻璃纖維(FR4)補(bǔ)強(qiáng)板的 硬度比PI或Polyester的高，用于要求更硬一些的地方，相對(duì)加工困難。

　　相對(duì)于PCB焊盤(pán)的處理方式，F(xiàn)PC的焊盤(pán)處理也有多種方法，常見(jiàn)有如下幾種：

　?、?nbsp;化學(xué)鎳金又稱(chēng)化學(xué)浸金或者沉金。一般在PCB銅金屬面采用的非電解鎳層厚度為2.5um-5.0um，浸 金(99.9%的純金)層厚度為0.05um-0.1um(之前有新聞?wù)f一家PCB廠(chǎng)工人采用置換法來(lái)置換pcb池子里的金子)。 該技術(shù)優(yōu)點(diǎn)：表面平整，保存時(shí)間較長(zhǎng)，易于焊接;適合細(xì)間距元件和厚度較薄的PCB。對(duì)于 FPC，因?yàn)楹穸容^薄所以比較適合采用。缺點(diǎn)：不環(huán)保。

　?、陔婂冦U錫(Tin-Lead Plating) 優(yōu)點(diǎn)：可以直接給焊盤(pán)加上平整的鉛錫，可焊性好、均勻性好。對(duì)于某些加工工藝如 HOTBAR，F(xiàn)PC上一定采用該方式。 缺點(diǎn)：鉛容易氧化，保存時(shí)間較短;需要拉電鍍導(dǎo)線(xiàn);不環(huán)保。

　?、?nbsp;選擇性電鍍金(SEG) 選擇性電鍍金指PCB局部區(qū)域用電鍍金，其他區(qū)域用另外一種表面處理方式。電鍍金是 指在PCB銅表面先用涂敷鎳層，后電鍍金層。鎳層厚度為2.5um-5.0um，金層的厚度一般 為0.05um-0.1um。 優(yōu)點(diǎn)：金鍍層較厚，抗氧化和耐磨性強(qiáng)?！敖鹗种浮币话悴捎么朔N處理方式。 缺點(diǎn)：不環(huán)保，氰化物污染。

　?、?nbsp;有機(jī)可焊性保護(hù)層(OSP) 此工藝是指在裸露的PCB銅表面用特定的有機(jī)物進(jìn)行表層覆蓋。 優(yōu)點(diǎn)：能提供非常平整的PCB表面，符合環(huán)保要求。適合于細(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焊接工藝的PCBA，不允許使用OSP表面處理 工藝。

　?、?nbsp;熱風(fēng)整平(HASL) 該工藝是指在PCB最終裸露的金屬表面覆蓋63/37的鉛錫合金。熱風(fēng)整平鉛錫合金鍍層厚 度要求為1um-25um。熱風(fēng)整平工藝對(duì)于控制鍍層的厚度和焊盤(pán)圖形較為困難，不推薦使 用于有細(xì)間距元件的PCB，原因是細(xì)間距元件對(duì)焊盤(pán)平整度要求高;熱風(fēng)整平工藝對(duì)于 厚度很薄的FPC影響較大，不推薦使用此種表面處理方式。

　　在設(shè)計(jì)中，F(xiàn)PC經(jīng)常需要和PCB配合使用，在兩者的連接中通常采用板對(duì)板連接器、連接器加金手指、HOTBAR、軟硬結(jié) 合板、人工焊接的方式進(jìn)行連接，針對(duì)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)際的應(yīng)用中，根據(jù)應(yīng)用需要確定是否需要進(jìn)行ESD屏蔽，當(dāng)FPC柔性要求不高時(shí)可用實(shí)心銅皮、厚介質(zhì) 實(shí)現(xiàn)。柔性要求較高時(shí)可采用銅皮網(wǎng)格、導(dǎo)電銀漿實(shí)現(xiàn)。

　　由于FPC的柔軟性，在承受應(yīng)力時(shí)容易斷裂，因此需要一些特殊的手段進(jìn)行FPC保護(hù)，

　　常用的方法有：

　　1、柔性輪廓外形上內(nèi)角的最小半徑是1.6mm。半徑越大可靠性越高，防撕裂能力也越強(qiáng)。 外形轉(zhuǎn)角的地方可增加一條靠近板邊的走線(xiàn)，防止FPC被撕裂。

　　2、FPC上的裂縫或開(kāi)槽的必須終止于一個(gè)不小于1.5mm直徑的圓孔，在相鄰兩部分的FPC需 要單獨(dú)移動(dòng)的情況下也有此要求。

　　3、為了達(dá)到更好的柔性，彎曲區(qū)域需要選在寬度均勻的區(qū)域，盡量避免彎曲區(qū)域中FPC寬 度變化、走線(xiàn)密度不均勻。

　　4、補(bǔ)強(qiáng)板(Stiffener)又稱(chēng)加強(qiáng)板，主要用來(lái)獲得外部支撐，使用的材料有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)板的位置，區(qū)域，材 料對(duì)避免FPC撕裂有極大作用。

　　5、在多層FPC設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)于產(chǎn)品使用過(guò)程中需要經(jīng)常彎折的區(qū)域需要進(jìn)行氣隙分層設(shè)計(jì)， 盡量使用薄材質(zhì)PI材料增加FPC柔軟度，防止FPC在反復(fù)彎折過(guò)程中折斷。

　　6、空間允許的情況下應(yīng)該在金手指與連接器連接處設(shè)計(jì)雙面膠固定區(qū)域，防止彎折過(guò)程中 金手指與連接器脫落。

　　7、在FPC與連接器連接處應(yīng)設(shè)計(jì)FPC定位絲印線(xiàn)，防止FPC在組裝過(guò)程中發(fā)生偏斜、插入不 到位等不良。有利于生產(chǎn)檢查。

　　由于FPC的特殊性，其走線(xiàn)時(shí)需要注意以下幾點(diǎn)：

　　走線(xiàn)規(guī)則：優(yōu)先保證信號(hào)走線(xiàn)順暢，以短、直、少打過(guò)孔為原則，盡量避免長(zhǎng)、細(xì)和繞 圈子的走線(xiàn)，以橫線(xiàn)、豎線(xiàn)和45度線(xiàn)為主，避免走任意角度線(xiàn)，彎折部分走弧度線(xiàn) ，以上情況詳細(xì)說(shuō)明如下：

　　1.線(xiàn)寬： 考慮到數(shù)據(jù)線(xiàn)和電源線(xiàn)的線(xiàn)寬要求不一致，預(yù)留走線(xiàn)空間按照平均0.15mm

　　2.線(xiàn)距：按照目前大多數(shù)廠(chǎng)家的生產(chǎn)能力，設(shè)計(jì)線(xiàn)距(Pitch)為0.10mm

　　3.線(xiàn)邊距：最外線(xiàn)的線(xiàn)距離FPC輪廓的距離設(shè)計(jì)為0.30mm，空間允許時(shí)越大越好

　　4.內(nèi)圓角：FPC輪廓上內(nèi)圓角最小值設(shè)計(jì)為半徑R=1.5mm

　　5. 導(dǎo)線(xiàn)與彎曲方向垂直

　　6.導(dǎo)線(xiàn)應(yīng)均勻的穿過(guò)彎曲區(qū)域

　　7.導(dǎo)線(xiàn)盡量布滿(mǎn)彎曲區(qū)域面積

　　8.在彎曲區(qū)域不能有額外的電鍍金屬(彎曲區(qū)域?qū)Ь€(xiàn)不電鍍)

　　9.線(xiàn)寬保持一致

　　10. 雙面板的走線(xiàn)不能重疊一起構(gòu)成“I”狀

　　11.在彎曲區(qū)域的層數(shù)盡量減少

　　12 .彎曲區(qū)域不能有過(guò)孔和金屬化孔

　　13.彎曲中心軸應(yīng)當(dāng)設(shè)置在導(dǎo)線(xiàn)的中心。導(dǎo)線(xiàn)兩邊的材料系數(shù)和厚度盡量一致。這一點(diǎn) 在動(dòng)態(tài)彎曲的應(yīng)用下非常重要。

　　14.水平面扭轉(zhuǎn)遵循以下原則----減小彎曲截面以增加柔性，或部分增大銅箔面積以增加韌 性。

　　15.垂直面彎折采取增大彎折半徑，彎折中心區(qū)域減少層數(shù)等辦法

　　16.對(duì)于有EMI要求的產(chǎn)品，若有如USB、MIPI等高頻輻射信號(hào)線(xiàn)處于FPC上，則應(yīng)根據(jù)EMI測(cè)情況在FPC上增加導(dǎo)電銀箔層并且使導(dǎo)電銀箔接地，防止EMI。

　　隨著FPC應(yīng)用環(huán)境的擴(kuò)大，以上內(nèi)容會(huì)不斷得到充實(shí)或者不適用，但是只要在工作中用心設(shè)計(jì)，多思考多總結(jié)，相信設(shè)計(jì)起FPC也不是什么難事，也能輕易上手。