FPC柔性電路板是在柔性截至表面上制作的一種電路形式,它可以有也可以沒有覆蓋層(通常用于保護FPC電路)。由于FPC可以以多種方式彎曲、折疊或重復運動,與普通剛性板(PCB)相比,它具有輕、薄、柔韌等優點,因此其應用越來越廣泛。
FPC的基材一般采用聚酰亞胺(簡稱PI),也有使用聚酯(Polyester,簡稱PET)。材料的厚度有12.5/25/50/75/125um,常用的有12.5和25um。如果FPC需要高溫焊接,通常選擇PI作為材料,通常選擇FR4作為PCB的基材。
FPC的覆蓋層材質為介質薄膜和膠的壓合體,或是柔性介質的涂層,具有避免沾染、潮濕、刮痕等保護作用。主要材料與基材層用料相同,即聚酰亞胺(Polyimide)和聚酯(Polyester),常用材料厚度為12.5um。
在設計 FPC 時需要將各層粘合在一起。這時候就需要用到FPC膠(Adhesive)了。柔性線路板常用的膠粘劑有丙烯酸、改良環氧樹脂、酚丁縮醛、增強膠、壓敏膠等,而單層FPC不需要用膠粘合。
在器件焊接等很多應用中,柔性板需要使用補強板來獲得外部支撐。使用的主要材料有PI或聚酯薄膜、玻璃纖維、聚合物材料、鋼片、鋁板等。
PI或Polyester薄膜是柔性板補強常用的材料,厚度一般為125um。玻璃纖維(FR4)補強板的硬度比PI或Polyester要高,用在要求更硬的地方時加工比較困難。
與PCB焊盤的加工方法相比,FPC焊盤的加工方法也有很多。常見的有以下幾種:
①化學鎳金又稱化學浸金或沉金。一般PCB銅金屬表面使用的化學鍍鎳層厚度為2.5um-5.0um,浸金(99.9%純金)層厚度為0.05um-0.1um。技術優勢:表面平整,存放時間長,易焊接;適用于細間距元件和更薄的
PCB。對于FPC來說,因為它的厚度更薄,所以更適合使用。缺點:不環保。
②錫鉛電鍍優點:可以直接在焊盤上添加平整的鉛錫,具有良好的可焊性和均勻性。對于HOTBAR等一些加工工藝,FPC上必須采用這種方式。缺點:鉛易易氧化,儲存時間短;需要拉電鍍導線;不環保。
③
選擇性電鍍金(SEG)
指在PCB局部區域使用電鍍金,其他區域采用另一種表面處理方法。電鍍金是指先在PCB的銅表面鍍上鎳層,再電鍍金層。鎳層厚度為2.5um-5.0um,金層厚度一般為0.05um-0.1um。優點:鍍金層較厚,抗氧化性和耐磨性強。
“金手指”一般采用這種加工方式。缺點:不環保,氰化物污染。
④ 有機可焊性保護層(OSP) 該工藝是指用特定的有機物質覆蓋裸露的PCB銅表面。優點:可以提供非常平整的PCB表面,符合環保要求。適用于具有細間距元件的 PCB。缺點:需要采用常規波峰焊和選擇性波峰焊工藝的PCBA,不允許采用OSP表面處理工藝。
⑤熱風整平(HASL)
該工藝是指在PCB最終暴露的金屬表面覆蓋63/37鉛錫合金。鉛錫合金鍍層的熱風整平厚度要求為1um-25um。熱風整平工藝難以控制涂層的厚度和焊盤圖案。不建議用在有細間距元件的PCB上,因為細間距元件對焊盤的平整度要求很高;熱風整平工藝適用于薄
FPC。影響很大,不推薦這種表面處理。
在設計中,FPC往往需要與PCB結合使用。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、手工焊的方式進行連接。針對不同的應用環境,設計者可以采用相應的連接方式。
在實際應用中,根據應用需要確定是否需要ESD屏蔽。當FPC柔性要求不高時可以用實心銅皮和厚介質來實現。當柔性要求較高時,可采用銅皮網格和導電銀漿來實現。由于 FPC 的柔韌性,在承受應力時很容易斷裂,因此需要采取一些特殊措施對 FPC 進行保護。
常用的方法有:
1、柔性輪廓上內角的最小半徑為1.6mm。半徑越大可靠性越高,防撕裂能力越強。在外形的轉角處可以加一條靠近板邊走線,防止FPC被撕裂。
2. FPC 上的裂縫或槽口必須以直徑不小于 1.5mm 的圓孔結束。當 FPC 的兩個相鄰部分需要單獨移動時,也需要此要求。
3、為了獲得更好的柔韌性,彎曲區域需要選擇在寬度均勻的區域,并盡量避免彎曲區域內的FPC寬度變化和布線密度不均勻。
4、補強板又稱加強板,主要用于獲得外部支撐。所用材料有PI、Polyester、玻璃纖維、聚合物材料、鋁片、鋼片等。合理設計補強板位置、區域、材料對避免FPC撕裂有很大的作用。
5、在多層FPC設計中,產品在使用過程中需要經常彎曲的區域需要進行氣隙分層設計。盡量使用較薄的PI材料,增加FPC的柔軟度,防止FPC在反復彎折時斷裂。
6、在空間允許的情況下,應在金手指與連接器的連接處設計雙面膠固定區域,以防止金手指與連接器在折彎過程中脫落。
7、FPC與連接器的連接處應設計FPC定位絲印線,防止組裝時FPC歪斜、插入不到位等缺陷。有利于生產檢驗。
由于FPC的特殊性,其走線時需要注意以下幾點:
布線規則:優先保證信號布線順暢,遵循短、直、少打過孔的原則,盡量避免長、細、繞圈的布線,以橫線、豎線和45度線為主,避免走任意角度線和彎折部分走弧度線。
以上情況詳細說明如下:
1.線寬:考慮到數據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:最外線的線距與FPC輪廓的距離設計為0.30mm,空間允許時間距越大越好
4.內圓角:FPC輪廓上內圓角的最小設計為半徑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域
7. 彎曲區域的面積導線盡量布滿
8.在彎曲區域不能有額外的電鍍金屬(彎曲區域的導線不電鍍)
9.保持線寬一致
10.雙面板的走線不能重疊形成“I”狀
11.盡量減少折彎區域的層數
12.彎曲區域不應有過孔和金屬化孔
13.彎曲中心軸應設在導線的中心。導線兩側的材料系數和厚度盡量一致。這點在動態彎曲應用中非常重要。
14.水平面扭轉遵循以下原則——減小彎曲截面以增加柔韌性,或部分增加銅箔面積以增加柔韌性。
15.對于垂直面彎折采取增加彎折半徑,減少彎曲中心區域的層數。
16.對于有EMI要求的產品,如果FPC上有USB、MIPI等高頻輻射信號線,應根據EMI測量情況在FPC板上加上導電銀箔層并且使導電銀箔接地。