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FPC知识培训教程

教程分类:结构设计  来源链接: 无维论坛(www.5dcad.cn/bbs)   作者:handset   日期:2007-10-21   浏览:  

手机设计资料之:FPC知识培训

1FPC简介:

大家都知道,FPC在手机中得到广泛应用,占有重要地位,它具有普通PCB所不具备的优势,可用来连接LCD与主板;侧键与主板的连接等。

FPC柔性印刷电路板Flexible Printed Circuit Board),是用柔性的绝缘基材(聚脂薄膜或聚酰亚胺)制成的印刷电路,具有许多硬性印刷电路板不具备的优点。它可以自由弯曲、卷绕、折叠,可依照空间布局要求任意安排,并在三维空间任意移动和伸缩,从而达到元器件装配和导线连接的一体化。该种电路不但可随意弯曲,而且重量轻,体积小,散热性好,安装方便,冲破了传统的互连技术概念。

FPC还具有良好的散热性和可焊性以及易于装连、综合成本较低等优点,软硬结合的设计也在一定程度上弥补了柔性基材在元件承载能力上的略微不足。

FPC可大大缩小电子产品的体积,适用电子产品向高密度、小型化、高可靠方向发展的需要。因此,FPC在航天、军事、移动通讯、手提电脑、计算机外设、PDA、数码相机等领域或产品上得到了广泛的应用。

当然,FPC也具有很多缺点,例如机械强度小,易龟裂;制程设计困难;重加工的可能性低;检查困难;无法单一承载较重的部品;容易产生折、打、伤痕;产品的成本较高等等。但是这些缺点远远不及它的优点给我们带来的好处,因此,它在电子及通讯行业得到日趋重视和广泛的应用。

2FPC的材料:

FPC主要由4部分组成:铜箔基板(Copper Film)、保护胶片(Cover Film)、补强胶片(PI Stiffener Film)、接着剂胶片(Adhesive Sheet)。涉及到的具体材料如下:

铜箔(copper):基本分成电解铜与压延铜两种(手机FPC一般常用压延铜箔)。厚度上常见的为1oz1/2oz1/2oz铜厚度=0.7 mil=0.018mm。)

基板胶片(base film):常用材料为PI聚酰亚胺)。常见的厚度有1mil1/2mil两种。

接着剂:厚度依客户要求而决定,一般为0.5mil环氧树脂热固胶

保护胶片:表面绝缘用。常用材料为PI聚酰亚胺)。常见的厚度有1mil1/2mil

补强胶片:补强FPC的机械强度,方便表面实装作业。常见的厚度有5mil9mil

离形纸:避免接着剂在压着前沾附异物,便于穴作业。

补强材料:常用是PI(屏蔽层内补强),FR4(屏蔽层内补强),钢片。

层与层之间的胶:1mil环氧树脂热固胶。

 

注:1mil=1/1000in=0.025mmmil也称为毫英寸,密耳(千分之一英寸)1mm=40mil

所有,每层单面板的厚度大概为:0.5mil保护胶片+0.5mil热固胶+1/2oz铜箔+0.5mil热固胶+0.5mil=2.7mil=0.0675mm

3FPC的结构:

FPC有单面、双面和多层板之分。双面、多层印制线路板的表层和内层导体通过金属化实现内外层电路的电气连接。一般我们所指的单面板是只有一层铜箔,但其实它一共有5层(包括胶带,不算补强板),双面板9层(常规)。而一般的双面板是中间一层base film,两边有两层copper

以下两图分别为FPC单面板断面图和双面板断面图:





从图中我们也可以看出,单面板有5层,双面板有9层。

4FPC制作流程及工艺:

FPC的基本制作流程如下图:




单面FPC工艺流程如下:

备料→化学清洗→贴膜→曝光→显影→蚀刻→脱模→化学清洗→定位→层压→烘烤→热风整平→加强板→外型

下图为FPC制作流程中的表面处理工艺:




5FPC的连接方式及测试:

FPC的连接方式主要有插接焊接两种。插接即把FPC插入connector里,此时FPC插入端以及金手指的设计根据connectorspec来设计。焊接可以把FPC焊接到PCB板上,也可以与B2B connector相焊接。

至于FPC的测试,本身的一些性能测试都是由厂家来做的,也都能满足手机的要求,在此不再赘述。我们最关心的就是寿命问题。FPC使用寿命除了考虑结构设计的因素以外,最主要的就是考虑FPC的材质。而在铜箔的选用上最好是选用好的压延铜箔。

关于寿命测试,最好的办法就是通过实验,通过专用的翻折机实验,有自动计数功能,可以测试出FPC正常工作范围内最多可以翻折的次数。目前还没有发现有什么软件可以模拟分析。至于测试结果达到多少万次,不同的手机厂家及市场有不同的标准。

6FPC的结构设计:

FPC是比较脆弱的零件,如果设计不得当很容易发生断裂,例如在折叠手机中用来连接LCD与主板的FPC就会经常发生此问题。下面我们就一般普通的折叠手机的连接主板与LCDFPC来说明一下:

对于结构来说,我们最关心的是FPC的外型。在保证功能实现的前提下,尽量窄、薄,不然在手机B/CFPC过孔的地方很容易与壳子刮擦而断裂。

FPC设计时的宽度与pin线宽、线间距及pin数有关(pin数又是根据实现的功能及选用的connector pin数由HW来定的),pin数多了自然就要做宽,或者用双面板取代单面板来减少宽度,当然厚度势必会有所增加。而pin线宽与pin间距则根据厂家的实力不同做的也有所不同,目前一般厂家最小都可以做到0.1mm由于受手机整机厚度、转轴、B/CFPC过孔的限制,FPC宽度一般会设计成33.5mm(如果按3.5mm算,两边边缘的走线距FPC边缘分别0.4mm,按线宽和线间距都是0.1mm来算,这样下来,每层板可以布13根线左右),厚度为0.20.3mmFPC2+23+2结构)。至于FPC的长度问题,因为FPC有较好的挠性,很好的弯折性,长度可以留有余量,没有必要完全精密计算。如果设计过长了,待样品做出来做完翻折实验后再根据分析结果可以适量逐渐减短。如果一开始就设计短了,在手机翻盖开合的时候,很容易造成把FPCconnector里拽出来、与PCBB2B connector脱焊甚至把FPC扯断等。

在设计FPC外型的时候,还要注意拐角的半径,一般内拐角的半径最小为R1(如果太小,在刀具加工FPC外型以及内部走线的时候会有问题,且走线应尽量远离内拐角),外拐角半径为R3R4。下图为我们的Dragon FPC图纸,大家可参阅:




另外,很重要的一点,我们在设计FPC外型的时候,注意与B/C件以及过孔的间隙。在B/C件壁厚、强度都已满足的情况下,尽量留多些空间给FPC,由于FPC要在这些地方通过,并随着手机翻盖开合做摆动运动,加上FPC本身比较脆弱,这个地方也是FPC最容易出问题的地方,很容易使FPC与壳体刮擦,不但翻盖旋转时会有声响,而且时间久了会使FPC断裂而影响寿命。这个地方的设计是我们设计的重中之重。

最后,希望大家在用Pro/E设计FPC的时候,用钣金模块而不是用part-solid模块,因为在钣金模块里,FPC可以做出与实际情况最为接近的FPC外型,折弯与展平都很容易,而且便于修改,能真实的模拟出FPC在过孔里的理论真实位置。

注意:以上设计所涉及内容仅仅是针对结构设计而言,一些与硬件相关的指标在这里没有提及,在做设计的时候,也要配合硬件一起与厂家沟通以做出最完美的设计。

7FPC常见问题:

在我们所关心的FPC寿命问题中,除了FPC两端与PCB板或connector的连接产生问题外,对于FPC的最终严重的后果就是——断裂。如下图所示:




而为了防止FPC在使用一段时间后断裂,就要尽量去排除FPC在翻折过程中碰到的问题。下面所述的就是我们常见问题及常用解决办法:

1.  FPC与壳体有刮擦。

1)可以让模厂做一些透明的壳子,装好整机后观察FPC在过孔里的运动状态,找到FPC与壳体的干涉位置,通过改变FPC长度等以解决该问题。

2)最古老的一个方法,就是在还没有FPC样品的时候,我们可以把FPC 2D图纸用纸11打印出来(纸要尽量硬一些),剪出外型,小心装到手机里,代替FPC发现并分析解决问题。或者让厂家做一些没有走线、只有外形的FPC毛坯样品,装到手机里分析。

3)可以在FPC上与孔径接触的地方贴一层泡棉,这样转动的时候壳体不会直接

FPC接触,从而减小对FPC的损害以增加其寿命。但此方法有种治标不治本的感觉,最好还是从设计本身找原因以做到真正解决。

4)为避免FPC与壳体有刮擦,国外常有做法是把壳内装一根铁轴,FPC固定到

铁轴上,避免开合翻盖时FPC与壳体碰撞,磨擦。

5)现在很多翻盖+旋转的手机,在选用FPC时首先考虑将FPC绕在轴上(上述

方法4),或者干脆采用coaxial cable同轴电缆线代替FPC,以避免FPC易扭曲,断裂等问题的发生。

2.在翻折过程中FPC有异响。

1FPC在轴孔中长度超过了孔径(合盖时,并无干涉),但是在翻开到一定角度时,FPC会有一个扭动的过程,它会碰上孔的内壁,我们就能听到异响。常用解决办法为减小FPC长度,以确保翻折时不与内壁刮擦且能正常工作;

2FPC本身是多层,而且与孔的内壁在合盖时就已经干涉,所以在翻盖时,始终能听到异响。我们可以让厂商用胶带把多层绑紧或用胶粘在一起看似一层,但在绕折部分最好不要粘在一起,保留多层结构。同时也可以减小FPC长度。

以上针对FPC与壳体有刮擦和FPC有异响的讨论,有很多时候是同时存在的,解决方法也是并存的。

以上分析仅仅为最常见的问题分析及解决办法,在将来的工作中可能会碰到更多的问题及解决办法,再逐步完善该资料。

 

注:以上讨论仅为结构上问题,不包括FPC对天线、RF性能以及屏蔽等硬件问题。



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