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2022-03-06 02:48

硬件设计实战第一篇 FPC设计全攻略!

    

柔性印刷电路板(FPC)是制作在柔性停止面上的电路形式,可以有也可以没有覆盖层(通常用于保护FPC电路)。由于FPC可以多种方式弯曲、折叠或重复,与普通PCB相比,具有轻、薄、柔性好的优点,因此应用越来越广泛。

FPC的基膜材料一般采用聚酰亚胺(PI),聚酯也有用。

(涤纶,简称PET),材质厚度为12.5/25/50/75/125um,常用12.5和25um。如果FPC需要高温焊接,其材质通常是PI,而PCB的基板通常是FR4。

FPC的覆盖层由介电膜和胶水的层压体或柔性介质的涂层制成,具有避免污染、潮湿、刮擦等的保护功能。主要材料与基材相同,即聚酰亚胺。

(聚酰亚胺)和聚酯(聚酯),常见材料厚度为12.5um。

在设计FPC时,需要将各层粘合在一起,这时候就需要FPC胶了。柔性板常用的胶粘剂有丙烯酸、改性环氧、酚醛缩丁醛、增强胶、压敏胶等。,而单层FPC不需要用粘合剂粘合。

在许多应用中,例如器件焊接,柔性板需要加强板来获得外部支撑。主要材料有PI或聚酯薄膜、玻璃纤维、高分子材料、钢板、铝板等。或PI聚酯膜是柔性板加固的常用材料,厚度一般为125um。玻璃纤维(FR4)增强板的硬度比PI或聚酯高,所以用在对硬度要求比较高的地方,加工起来相对比较困难。

与PCB焊盘加工相比,FPC焊盘加工也有多种方法,包括以下几种:

(1)化学镍金又称化学浸金或沉金。一般pcb铜金属表面使用的非电解镍层厚度为2.5um-5.0um,浸金层(99.9%纯金)厚度为0.05um-0.1um(曾有消息称某PCB厂工人用置换法置换PCB池中的金)。技术优点:表面光滑,存放时间长,易于焊接;适用于细间距元件和厚度较薄的PCB。对于FPC来说,它更适合,因为它的厚度很薄。缺点:不环保。

②镀锡铅的优点:平铅锡可以直接加在焊盘上,可焊性好,均匀性好。对于一些加工技术,如热棒,这种方法必须在FPC上采用。缺点:铅容易氧化,存放时间短;需要拉电镀线;不环保。

③选择性镀金(SEG)选择性镀金是指在PCB的某些区域镀金,而在其他区域采用另一种表面处理方法。电镀金是指先在PCB的铜表面镀上镍层,再电镀金层。镍层厚度为2.5 um至5.0 um,金层的厚度通常为0.05 um至0.1 um。优点:镀金层厚,抗氧化性和耐磨性强。“金手指”一般都是这样处理的。缺点:环保,氰化物污染。

④有机可焊性保护层(OSP)该工艺是指用特定的有机物对裸露的PCB铜表面进行表面覆盖。优点:可以提供非常平整的PCB表面,符合环保要求。适合小间距元件的PCB。

缺点:需要常规波峰焊和选择性波峰焊的PCBA,不允许OSP表面处理工艺。

⑤热风整平(HASL)该工艺是指在PCB最后露出的金属表面覆盖63/37的铅锡合金。热风整平铅锡合金涂层的厚度要求为1 μm-25 μm。热风整平工艺很难控制镀层厚度和焊盘图形,不建议用于有细间距元器件的PCB,因为细间距元器件对焊盘的平整度要求很高。热风整平工艺对厚度很薄的FPC影响很大,不推荐使用这种表面处理方法。

在设计中,FPC经常需要与PCB一起使用。在两者的连接中,通常采用板对板连接器,连接器加金手指,HOTBAR,软硬结合板和手工焊接。根据不同的应用环境,设计人员可以采用相应的连接方式。

在实际应用中,根据应用要求决定是否需要ESD屏蔽。当FPC柔性要求不高时,可以通过实心铜皮和厚电介质来实现。柔性要求高时,可以使用铜网和导电银浆。

由于FPC的柔韧性,在压力下很容易崩溃,所以需要一些特殊的手段来保护FPC。

常用的方法有:

1.柔性轮廓内角最小半径为1.6mm,半径越大,可靠性越高,抗撕裂能力越强。可以在拐角处添加靠近板边缘的迹线,以防止FPC被撕裂。

2.FPC上的裂缝或槽必须终止于一个直径不小于1.5毫米的圆孔中,当FPC相邻的两部分需要分开移动时,也需要这样做。

3.为了获得更好的灵活性,弯曲区域需要选择在宽度均匀的区域,以尽可能避免弯曲区域的FPC宽度变化和布线密度不均匀。

4.加强筋,也称为加强筋,主要用于获得外部支撑。使用的材料有PI、聚酯、玻璃纤维、高分子材料、铝板、钢板等。加强板位置、面积和材料的合理设计对避免FPC撕裂起着重要作用。

5.在多层FPC的设计中,对于产品使用过程中需要经常弯曲的区域,需要进行气隙分层设计。尽量使用薄的PI材料,增加FPC的柔韧性,防止FPC在反复弯曲过程中断裂。

6.如果空间允许,金手指和连接器的连接处要设计双面胶固定区,防止金手指和连接器在弯曲时脱落。

7.FPC定位丝印线应设计在FPC和连接器的连接处,以防止FPC在装配时歪斜和插错。有利于生产检验。

由于FPC的特殊性,布线时应注意以下几点:

走线规则:优先保证信号走线顺畅,以短、直、少打孔为原则,尽量避免长、细、圆形走线,主要是水平线、垂直线、45度线,避免任意角度线,弯曲部分走弧度线。上述详情如下:

1.线宽:考虑到数据线和电源线的线宽要求不一致,预留布线空间平均为0.15mm。

2.节距:根据目前大部分厂家的生产能力,设计节距为0.10mm

3.线边距:最外边线到FPC轮廓的距离设计为0.30mm,空间允许越大越好。

4.圆角:FPC轮廓上的圆角最小值设计为半径r = 1.5毫米

5.金属丝垂直于弯曲方向

6.导线应均匀地穿过弯曲区域。

7.导线应尽可能覆盖弯曲区域。

8.弯曲区域不应有额外的电镀金属(弯曲区域的电线不电镀)

9.线宽一致。

10.双面板的走线不能重叠形成“I”形。

11.尽量减少弯曲区域的层数。

12.弯曲区域不应有过孔或金属化孔。

13.弯曲中心轴应设置在导体的中心。导线两侧的材料系数和厚度尽量一致。这在动态弯曲的应用中是非常重要的。

14.水平扭转遵循以下原则——减少弯曲截面增加柔性,或者局部增加铜箔面积增加韧性。

15.对于垂直面弯曲,应增加弯曲半径,减少弯曲中心的层数。

16.对于有EMI要求的产品,如果USB、MIPI等高频辐射信号线位于FPC上,应在FPC上加一层导电银箔,并根据EMI测量接地,防止EMI。

随着FPC应用环境的扩大,以上内容会不断丰富或不适用,但只要你精心设计,多思考,多总结,相信设计FPC并不难,你也能轻松上手。


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