硬件設計實戰(zhàn)FPC柔性線路板設計全攻略

硬件設計實戰(zhàn)FPC柔性線路板設計全攻略

　　柔性印刷電路板導電銀箔(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有(通常用來對FPC電路的保護)。由于FPC柔性線路板能以多種方式進行彎曲、折疊或重復運動，相對于普通硬板(pcb)而言，具有輕、薄、柔性等優(yōu)點，因此其應用越來越廣泛。

　　FPC的基層(BaseFilm)材料一般采用聚酰亞胺(Polyimide,簡稱PI)，也有用聚酯(Polyester,簡稱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，其材質通常常選用PI，而PCB的基材通常選用FR4。

　　FPC柔性線路板的覆蓋層(Cover  Layer)材質為介質薄膜和膠的壓合體，或者是柔性介質的涂層，具有避免沾染、潮濕、刮痕等保護作用，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設計時需要將各層粘結起來，這個時候需要使用FPC膠(Adhesive)。柔性板常用膠有丙烯酸(Acrylic)，改良環(huán)氧樹脂(Modified  Epoxy),酚丁縮醛(Phenolic Butyrals),增強膠，壓敏膠等，而單層的FPC柔性線路板就不用使用膠進行粘合了。

　　在有器件焊接等很多應用場合中，柔性板需要用補強板(Stiffener)來獲得外部支撐。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薄膜是柔性板補強常用材料，厚度一般為125um。玻璃纖維(FR4)補強板的硬度比PI或Polyester的高，用于要求更硬一些的地方，相對加工困難。

　　相對于PCB焊盤的處理方式，FPC的焊盤處理也有多種方法，常見有如下幾種：

　?、倩瘜W鎳金又稱化學浸金或者沉金。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(之前有新聞說一家PCB廠工人采用置換法來置換pcb池子里的金子)。該技術優(yōu)點：表面平整，保存時間較長，易于焊接;適合細間距元件和厚度較薄的PCB。對于FPC，因為厚度較薄所以比較適合采用。缺點：不環(huán)保。

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

　　③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：金鍍層較厚，抗氧化和耐磨性強?！敖鹗种浮币话悴捎么朔N處理方式。缺點：不環(huán)保，氰化物污染。

　?、苡袡C可焊性保護層(OSP)此工藝是指在裸露的PCB銅表面用特定的有機物進行表層覆蓋。優(yōu)點：能提供非常平整的PCB表面，符合環(huán)保要求。適合于細間距元件的PCB。

　　缺點：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。

　?、轃犸L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。熱風整平鉛錫合金鍍層厚度要求為1um-25um。熱風整平工藝對于控制鍍層的厚度和焊盤圖形較為困難，不推薦使用于有細間距元件的PCB，原因是細間距元件對焊盤平整度要求高;熱風整平工藝對于厚度很薄的FPC影響較大，不推薦使用此種表面處理方式。

　　在設計中，FPC經常需要和PCB配合使用，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、軟硬結合板、人工焊接的方式進行連接，針對不同的應用環(huán)境，設計者可以采用相應的連接方式。

　　在實際的應用中，根據(jù)應用需要確定是否需要進行ESD屏蔽，當FPC柔性要求不高時可用實心銅皮、厚介質實現(xiàn)。柔性要求較高時可采用銅皮網格、導電銀漿實現(xiàn)。

　　由于FPC柔性線路板的柔軟性，在承受應力時容易斷裂，因此需要一些特殊的手段進行FPC保護，

　　常用的方法有：

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

　　2、FPC上的裂縫或開槽的必須終止于一個不小于1.5mm直徑的圓孔，在相鄰兩部分的FPC需要單獨移動的情況下也有此要求。

　　3、為了達到更好的柔性，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、走線密度不均勻。

　　4、補強板(Stiffener)又稱加強板，主要用來獲得外部支撐，使用的材料有PI,Polyester,玻璃纖維，聚合物材料，鋁片，鋼片等。合理設計補強板的位置，區(qū)域，材料對避免FPC撕裂有極大作用。

　　5、在多層FPC設計時，對于產品使用過程中需要經常彎折的區(qū)域需要進行氣隙分層設計，盡量使用薄材質PI材料增加FPC柔軟度，防止FPC在反復彎折過程中折斷。

　　6、空間允許的情況下應該在金手指與連接器連接處設計雙面膠固定區(qū)域，防止彎折過程中金手指與連接器脫落。

　　7、在FPC與連接器連接處應設計FPC定位絲印線，防止FPC在組裝過程中發(fā)生偏斜、插入不到位等不良。有利于生產檢查。

　　由于FPC的特殊性，其走線時需要注意以下幾點：

　　走線規(guī)則：優(yōu)先保證信號走線順暢，以短、直、少打過孔為原則，盡量避免長、細和繞圈子的走線，以橫線、豎線和45度線為主，避免走任意角度線，彎折部分走弧度線，以上情況詳細說明如下：

　　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)廠家的生產能力，設計線距(Pitch)為0.10mm

　　3.線邊距：最外線的線距離FPC輪廓的距離設計為0.30mm，空間允許時越大越好

　　4.內圓角：FPC輪廓上內圓角最小值設計為半徑R=1.5mm

　　5.導線與彎曲方向垂直

　　6.導線應均勻的穿過彎曲區(qū)域

　　7.導線盡量布滿彎曲區(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)域導線不電鍍)

　　9.線寬保持一致

　　10.雙面板的走線不能重疊一起構成“I”狀

　　11.在彎曲區(qū)域的層數(shù)盡量減少

　　12.彎曲區(qū)域不能有過孔和金屬化孔

　　13.彎曲中心軸應當設置在導線的中心。導線兩邊的材料系數(shù)和厚度盡量一致。這一點在動態(tài)彎曲的應用下非常重要。

　　14.水平面扭轉遵循以下原則----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.對于有EMI要求的產品，若有如USB、MIPI等高頻輻射信號線處于FPC上，則應根據(jù)EMI測情況在FPC上增加導電銀箔層并且使導電銀箔接地，防止EMI。

　　隨著FPC應用環(huán)境的擴大，以上內容會不斷得到充實或者不適用，但是只要在工作中用心設計，多思考多總結，相信設計起FPC也不是什么難事，也能輕易上手。