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

文章來(lái)源：電子產(chǎn)品世界作者：龔愛清查看手機(jī)網(wǎng)址

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人氣：7608發(fā)布日期：2017-03-01 05:33【大中小】

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PI)，也有用聚酯(Polyester,簡(jiǎn)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(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焊盤的處理方式，F(xiàn)PC的焊盤處理也有多種方法，常見有如下幾種：

①化學(xué)鎳金又稱化學(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。

②電鍍鉛錫(Tin-Lead Plating)優(yōu)點(diǎn)：可以直接給焊盤加上平整的鉛錫，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;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(diǎn)：金鍍層較厚，抗氧化和耐磨性強(qiáng)。“金手指”一般采用此種處理方式。缺點(diǎn)：不環(huán)保，氰化物污染。

④有機(jī)可焊性保護(hù)層(OSP) 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。

⑤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，防止FPC被撕裂。

2、FPC上的裂縫或開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、走線密度不均勻。

4、補(bǔ)強(qiáng)板(Stiffener)又稱加強(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，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(chǎn)檢查。

由于FPC的特殊性，其走線時(shí)需要注意以下幾點(diǎn)：

走線規(guī)則：優(yōu)先保證信號(hào)走線順暢，以短、直、少打過孔為原則，盡量避免長(zhǎng)、細(xì)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(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)線與彎曲方向垂直

6.導(dǎo)線應(yīng)均勻的穿過彎曲區(qū)域

7.導(dǎo)線盡量布滿彎曲區(qū)域面積