硬件設計實(shí)戰第一篇 FPC設計全攻略

　　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FPC電路的保護)。由于FPC能以多種方式進(jìn)行彎曲、折疊或重復運動(dòng)，相對于普通硬 板(PCB)而言，具有輕、薄、柔性等優(yōu)點(diǎn)，因此其應用越來(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(shí)需要將各層粘結起來(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用場(chǎng)合中，柔性板需要用補強板(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(pán)的處理方式，FPC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(shuō)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(cháng)，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(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。對于某些加工工藝如 HOTBAR，FPC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局部區域用電鍍金，其他區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?！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(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。適合于細間距元件的PCB。

　　缺點(diǎn)：需要采用常規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 用于有細間距元件的PCB，原因是細間距元件對焊盤(pán)平整度要求高;熱風(fēng)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(jīng)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(jìn)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(shí)際的應用中，根據應用需要確定是否需要進(jìn)行ESD屏蔽，當FPC柔性要求不高時(shí)可用實(shí)心銅皮、厚介質(zhì) 實(shí)現。柔性要求較高時(shí)可采用銅皮網(wǎng)格、導電銀漿實(shí)現。

　　由于FPC的柔軟性，在承受應力時(shí)容易斷裂，因此需要一些特殊的手段進(jìn)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(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 要單獨移動(dòng)的情況下也有此要求。

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

　　4、補強板(Stiffener)又稱(chēng)加強板，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。合理設計補強板的位置，區域，材 料對避免FPC撕裂有極大作用。

　　5、在多層FPC設計時(shí)，對于產(chǎn)品使用過(guò)程中需要經(jīng)常彎折的區域需要進(jìn)行氣隙分層設計， 盡量使用薄材質(zhì)PI材料增加FPC柔軟度，防止FPC在反復彎折過(guò)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與連接器連接處應設計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)規則：優(yōu)先保證信號走線(xiàn)順暢，以短、直、少打過(guò)孔為原則，盡量避免長(cháng)、細和繞 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) ，以上情況詳細說(shuō)明如下：

　　1.線(xiàn)寬： 考慮到數據線(xiàn)和電源線(xiàn)的線(xiàn)寬要求不一致，預留走線(xiàn)空間按照平均0.15mm

　　2.線(xiàn)距：按照目前大多數廠(chǎng)家的生產(chǎn)能力，設計線(xiàn)距(Pitch)為0.10mm

　　3.線(xiàn)邊距：最外線(xiàn)的線(xiàn)距離FPC輪廓的距離設計為0.30mm，空間允許時(shí)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(xiàn)與彎曲方向垂直

　　6.導線(xiàn)應均勻的穿過(guò)彎曲區域

　　7.導線(xiàn)盡量布滿(mǎn)彎曲區域面積

　　8.在彎曲區域不能有額外的電鍍金屬(彎曲區域導線(xiàn)不電鍍)

　　9.線(xiàn)寬保持一致

　　10. 雙面板的走線(xiàn)不能重疊一起構成“I”狀

　　11.在彎曲區域的層數盡量減少

　　12 .彎曲區域不能有過(guò)孔和金屬化孔

　　13.彎曲中心軸應當設置在導線(xiàn)的中心。導線(xiàn)兩邊的材料系數和厚度盡量一致。這一點(diǎn) 在動(dòng)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，彎折中心區域減少層數等辦法

　　16.對于有EMI要求的產(chǎn)品，若有如USB、MIPI等高頻輻射信號線(xiàn)處于FPC上，則應根據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(zhù)FPC應用環(huán)境的擴大，以上內容會(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。