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FPC柔性電路板的設(shè)計和介紹

2024-08-20 08:44

一、FPC概念

FPC:英文全拼Flexible Printed Circuit ,其中文意思是柔性印制線路板,簡稱軟板。它是通過在一種可曲饒的基材表面利用光成像圖形轉(zhuǎn)移和蝕刻工藝方法而制成導(dǎo)體電路圖形,雙面和多層電路板的表層與內(nèi)層通過金屬化孔實現(xiàn)內(nèi)外層電氣聯(lián)通 ,線路圖形表面以PI與膠層保護與絕緣。

 

具有配線密度高、重量輕、厚度薄的特色;主要使用在手機、筆記本電腦、PDA、數(shù)碼相機、LCM等很多產(chǎn)品。

 

二、FPC主要原材

其主要原材料右:1、基材,2、覆蓋膜, 3、補強, 4、其它輔助材料。

1、基材

1.1 有膠基材

有膠基材主要有三部分組成:銅箔、膠、和PI,有單面基材和雙面基材兩種類別,只有一面銅箔的材料為單面基材,有兩面銅箔的材料為雙面基材。

1.2 無膠基材

無膠基材即是為沒有膠層的基材,其是相對于普通有膠基材而言,少了中間的膠層,只有銅箔和PI兩部分組成,比有膠基材具有更薄、更好的尺寸穩(wěn)定性、更高的耐熱性、更高的耐彎折性,更好的耐化學(xué)性等優(yōu)點,現(xiàn)在已被廣泛使用。 

銅箔:目前常用銅箔厚度有如下規(guī)格,1OZ 、1/2OZ 、1/3OZ ,現(xiàn)在推出1/4OZ厚度的更薄的銅箔,但目前國內(nèi)已在使用此種材料,在做超細路(線寬線距為0.05MM及以下)產(chǎn)品。隨著客戶要求的越來越高,此種規(guī)格的材料在將來將會被廣泛使用。

2、覆蓋膜

主要有三部分組成:離型紙、膠、和PI,最終保留在產(chǎn)品上只有膠、和PI兩部分,離型紙在生產(chǎn)過程中將被撕掉后不再使用(其作用保護膠上有異物)。

3、補強

為FPC特定使用材料,在產(chǎn)品某特定部位使用,以增加支撐強度,彌補FPC較“軟”的特點。

目前常用補強材料有以下幾種:

1)FR4補強:主要成分為玻璃纖維布和環(huán)氧樹脂膠組成,同PCB所用FR4材料相同;

2)鋼片補強:組成成分為鋼材,具有較強的硬度及 支撐強度;

3)PI補強:同覆蓋膜相同,有PI和膠離型紙三部分組成,只是其PI 層更厚,從2MIL到9MIL均可配比生產(chǎn)。

4、其他輔材

1)純膠:此粘合膠膜是一種熱固化型丙烯酸酯類粘合膠膜有保護紙/離型膜和一層膠組成,主要用于分層板、軟硬結(jié)合板、及FR-4/鋼片補強板,起到粘合作用。

2)電磁保護膜:粘貼于板面起屏蔽作用。

3)純銅箔:只有銅箔組成,主要用于鏤空板生產(chǎn)。

 

三、基本結(jié)構(gòu)

銅箔基板(Copper Film)

銅箔:基本分成電解銅與壓延銅兩種. 厚度上常見的為1oz 1/2oz 和 1/3 oz

基板膠片:常見的厚度有1mil與1/2mil兩種.

膠(接著劑):厚度依客戶要求而決定.

覆蓋膜保護膠片(Cover Film)

覆蓋膜保護膠片:表面絕緣用. 常見的厚度有1mil與1/2mil.

膠(接著劑):厚度依客戶要求而決定.

離型紙:避免接著劑在壓著前沾附異物;便于作業(yè).

補強板(PI Stiffener Film)

補強板:補強FPC的機械強度,方便表面實裝作業(yè).常見的厚度有3mil到9mil.

膠(接著劑):厚度依客戶要求而決定.

離型紙:避免接著劑在壓著前沾附異物.

EMI:電磁屏蔽膜,保護線路板內(nèi)線路不受外界(強電磁區(qū)或易受干擾區(qū))干擾。

 

三、柔性電路板的特點及優(yōu)缺點

⒈ 短:組裝工時短

所有線路都配置完成,省去多余排線的連接工作;

⒉ ?。后w積比PCB(硬板)小

可以有效降低產(chǎn)品體積,增加攜帶上的便利性;

⒊ 輕:重量比 PCB (硬板)輕

可以減少最終產(chǎn)品的重量;

4. ?。汉穸缺萈CB(硬板)薄

可以提高柔軟度,加強再有限空間內(nèi)作三度空間的組裝。

柔性電路板的優(yōu)點

柔性印刷電路板是用柔性的絕緣基材制成的印刷電路,具有許多硬性印刷電路板不具備的優(yōu)點:

1. 可以自由彎曲、卷繞、折疊,可依照空間布局要求任意安排,并在三維空間任意移動和伸縮,從而達到元器件裝配和導(dǎo)線連接的一體化;

2. 利用FPC可大大縮小電子產(chǎn)品的體積和重量,適用電子產(chǎn)品向高密度、小型化、高可靠方向發(fā)展的需要。因此,F(xiàn)PC在航天、軍事、移動通訊、手提電腦、計算機外設(shè)、PDA、數(shù)字相機等領(lǐng)域或產(chǎn)品上得到了廣泛的應(yīng)用;

3. FPC還具有良好的散熱性和可焊性以及易于裝連、綜合成本較低等優(yōu)點,軟硬結(jié)合的設(shè)計也在一定程度上彌補了柔性基材在元件承載能力上的略微不足。

柔性電路板的缺點

1. 一次性初始成本高:由于柔性PCB是為特殊應(yīng)用而設(shè)計、制造的,所以開始的電路設(shè)計、布線和照相底版所需的費用較高。除非有特殊需要應(yīng)用軟性PCB外,通常少量應(yīng)用時,最好不采用;

2. 軟性PCB的更改和修補比較困難:柔性PCB一旦制成后,要更改必須從底圖或編制的光繪程序開始,因此不易更改。其表面覆蓋一層保護膜,修補前要去除,修補后又要復(fù)原,這是比較困難的工作;

3. 尺寸受限制:軟性PCB在尚不普的情況下,通常用間歇法工藝制造,因此受到生產(chǎn)設(shè)備尺寸的限制,不能做得很長,很寬;

4. 操作不當(dāng)易損壞:裝連人員操作不當(dāng)易引起軟性電路的損壞,其錫焊和返工需要經(jīng)過訓(xùn)練的人員操作。

 

四、FPC的類型

比較常見的

單面柔性(IPC-6013 類型 1)覆蓋層(聚酰亞胺 + 粘合劑)粘合到無粘合劑單面 FPC 芯上。帶或不帶加強筋。

雙面柔性(IPC-6013 類型 2)覆蓋層粘合到帶電鍍通孔的無粘合劑雙面 FPC 芯(兩個導(dǎo)電層)的兩側(cè)。帶或不帶加強筋。

多層柔性(IPC-6013 類型 3)覆蓋層粘合在無粘合劑結(jié)構(gòu)的兩側(cè),該結(jié)構(gòu)包含三個或更多個帶電鍍通孔的導(dǎo)電層。帶或不帶加強筋。

我們目前的多層 Flex PCB 制造能力高達 12 層。

其他的

鏤空板:又稱窗口板(手指面開窗)。

分層板:兩面線路(分開)。

軟硬結(jié)合板:軟板與硬板相結(jié)合的產(chǎn)品。

五、FPC軟板的彎曲半徑如何計算

FPC柔性線路板在彎曲時,其中心線兩邊所受的應(yīng)力類型是不一樣的。彎曲曲面的內(nèi)側(cè)是壓力,外側(cè)是拉力。所受應(yīng)力的大小與FPC柔性線路板的厚度和彎曲半徑有關(guān)。過大的應(yīng)力會使得FPC柔性線路板分層、銅箔斷裂等等。因此在設(shè)計時應(yīng)合理安排FPC柔性線路板的層壓結(jié)構(gòu),使得彎曲面中心線兩端層壓盡量對稱。同時還要根據(jù)不同的應(yīng)用場合來計算最小彎曲半徑。

FPC軟板的彎曲半徑計算方法介紹:

情況1、對單面柔性電路板的最小彎曲如下圖所示:

 

 

它的最小彎曲半徑可以由下面公式計算:R=(c/2)[(100-Eb)/Eb]-D其中:R=最小彎曲半徑(單位µm)、c=銅皮厚度(單位µm)、D=覆蓋膜厚度(單位µm)、EB=銅皮允許變形量(以百分數(shù)衡量)不同類型銅,銅皮變形量不同。

A、壓碾銅的銅皮變形量最大值是≤16%

B、電解銅的銅皮變形量最大值是≤11%。

而且在不同的使用場合,同一材料的銅皮變形量取值也不一樣。對于一次性彎曲的的場合,使用折斷臨界狀態(tài)的極限值(對延碾銅,該值為16%)。對于彎曲安裝設(shè)計情況,使用IPC-MF-150規(guī)定的最小變形值(對延碾銅,該值為10%)。對于動態(tài)柔性應(yīng)用場合,銅皮變形量用0.3%。而對于磁頭應(yīng)用,銅皮變形量用0.1%。通過設(shè)置銅皮允許的變形量,就可以算出彎曲的最小半徑。

動態(tài)柔性:這種銅皮應(yīng)用的場景是通過變形實現(xiàn)功能的,打個比方:IC卡座內(nèi)的磷銅彈片,就是IC卡插入后與芯片接觸的部位,插的過程彈片不斷的形變,這種應(yīng)用場景就是柔性動態(tài)的。

情況2、雙面板

 

 

其中:R=最小彎曲半徑、單位µm、c=銅皮厚度、單位µm、D=覆蓋膜厚度、單位µm、EB=銅皮變形量,以百分數(shù)衡量。

EB的取值與上面的一樣。

d=層間介質(zhì)厚度,單位µm

據(jù)fpc廠小編了解到,軟板最小彎曲半徑及撓曲強度! [& w) ]# J7 U* T& J3 L

種類最小彎曲半徑:

1.單面板 導(dǎo)線厚度之 3~6倍4 [1 Z- C2 n9 g

2.雙面板 導(dǎo)線厚度之 6~10倍4 c) q* ~( e5 x

3.多層軟板 導(dǎo)線厚度之 10~15倍. p Y, E+ M9 Z/ H

4.動態(tài)單面板 導(dǎo)線厚度之 20~40倍

六、FPC生產(chǎn)工藝流程

FPC單雙面板的生產(chǎn)流程如下:

單面板:開料→烘烤→貼干膜 →曝光→ 顯影 →蝕刻 → 脫膜→ 前處理 → 貼覆蓋膜 → 壓合 → 固化→表面處理→ 電測 → 裝配 → 壓合 → 固化→ 文字 → 外形→ 終檢→包裝 出貨

雙面板:開料→ 烘烤→ 鉆孔→ 黑孔 → VCP→ 前處理→ 貼干膜 →曝光→ 顯影 → 蝕刻 → 脫膜 → 前處理→ 貼覆蓋膜 → 壓合 → 固化→ 表面處理→ 電測→ 裝配 → 壓合 → 固化→ 文字 →外形→ 終檢→包裝 出貨。

 

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