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FPC知識培訓教程

教程分類:結構設計  來源鏈接: 無維論壇(www.lhxubu.icu/bbs)   作者:handset   日期:2007-10-21   瀏覽:  

手機設計資料之:FPC知識培訓

1FPC簡介:

大家都知道,FPC在手機中得到廣泛應用,占有重要地位,它具有普通PCB所不具備的優勢,可用來連接LCD與主板;側鍵與主板的連接等。

FPC柔性印刷電路板Flexible Printed Circuit Board),是用柔性的絕緣基材(聚脂薄膜或聚酰亞胺)制成的印刷電路,具有許多硬性印刷電路板不具備的優點。它可以自由彎曲、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線連接的一體化。該種電路不但可隨意彎曲,而且重量輕,體積小,散熱性好,安裝方便,沖破了傳統的互連技術概念。

FPC還具有良好的散熱性和可焊性以及易于裝連、綜合成本較低等優點,軟硬結合的設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。

FPC可大大縮小電子產品的體積,適用電子產品向高密度、小型化、高可靠方向發展的需要。因此,FPC在航天、軍事、移動通訊、手提電腦、計算機外設、PDA、數碼相機等領域或產品上得到了廣泛的應用。

當然,FPC也具有很多缺點,例如機械強度小,易龜裂;制程設計困難;重加工的可能性低;檢查困難;無法單一承載較重的部品;容易產生折、打、傷痕;產品的成本較高等等。但是這些缺點遠遠不及它的優點給我們帶來的好處,因此,它在電子及通訊行業得到日趨重視和廣泛的應用。

2FPC的材料:

FPC主要由4部分組成:銅箔基板(Copper Film)、保護膠片(Cover Film)、補強膠片(PI Stiffener Film)、接著劑膠片(Adhesive Sheet)。涉及到的具體材料如下:

銅箔(copper):基本分成電解銅與壓延銅兩種(手機FPC一般常用壓延銅箔)。厚度上常見的為1oz1/2oz1/2oz銅厚度=0.7 mil=0.018mm。)

基板膠片(base film):常用材料為PI聚酰亞胺)。常見的厚度有1mil1/2mil兩種。

接著劑:厚度依客戶要求而決定,一般為0.5mil環氧樹脂熱固膠

保護膠片:表面絕緣用。常用材料為PI聚酰亞胺)。常見的厚度有1mil1/2mil

補強膠片:補強FPC的機械強度,方便表面實裝作業。常見的厚度有5mil9mil

離形紙:避免接著劑在壓著前沾附異物,便于穴作業。

補強材料:常用是PI(屏蔽層內補強),FR4(屏蔽層內補強),鋼片。

層與層之間的膠:1mil環氧樹脂熱固膠。

 

注:1mil=1/1000in=0.025mmmil也稱為毫英寸,密耳(千分之一英寸)1mm=40mil

所有,每層單面板的厚度大概為:0.5mil保護膠片+0.5mil熱固膠+1/2oz銅箔+0.5mil熱固膠+0.5mil=2.7mil=0.0675mm

3FPC的結構:

FPC有單面、雙面和多層板之分。雙面、多層印制線路板的表層和內層導體通過金屬化實現內外層電路的電氣連接。一般我們所指的單面板是只有一層銅箔,但其實它一共有5層(包括膠帶,不算補強板),雙面板9層(常規)。而一般的雙面板是中間一層base film,兩邊有兩層copper

以下兩圖分別為FPC單面板斷面圖和雙面板斷面圖:





從圖中我們也可以看出,單面板有5層,雙面板有9層。

4FPC制作流程及工藝:

FPC的基本制作流程如下圖:




單面FPC工藝流程如下:

備料→化學清洗→貼膜→曝光→顯影→蝕刻→脫模→化學清洗→定位→層壓→烘烤→熱風整平→加強板→外型

下圖為FPC制作流程中的表面處理工藝:




5FPC的連接方式及測試:

FPC的連接方式主要有插接焊接兩種。插接即把FPC插入connector里,此時FPC插入端以及金手指的設計根據connectorspec來設計。焊接可以把FPC焊接到PCB板上,也可以與B2B connector相焊接。

至于FPC的測試,本身的一些性能測試都是由廠家來做的,也都能滿足手機的要求,在此不再贅述。我們最關心的就是壽命問題。FPC使用壽命除了考慮結構設計的因素以外,最主要的就是考慮FPC的材質。而在銅箔的選用上最好是選用好的壓延銅箔。

關于壽命測試,最好的辦法就是通過實驗,通過專用的翻折機實驗,有自動計數功能,可以測試出FPC正常工作范圍內最多可以翻折的次數。目前還沒有發現有什么軟件可以模擬分析。至于測試結果達到多少萬次,不同的手機廠家及市場有不同的標準。

6FPC的結構設計:

FPC是比較脆弱的零件,如果設計不得當很容易發生斷裂,例如在折疊手機中用來連接LCD與主板的FPC就會經常發生此問題。下面我們就一般普通的折疊手機的連接主板與LCDFPC來說明一下:

對于結構來說,我們最關心的是FPC的外型。在保證功能實現的前提下,盡量窄、薄,不然在手機B/CFPC過孔的地方很容易與殼子刮擦而斷裂。

FPC設計時的寬度與pin線寬、線間距及pin數有關(pin數又是根據實現的功能及選用的connector pin數由HW來定的),pin數多了自然就要做寬,或者用雙面板取代單面板來減少寬度,當然厚度勢必會有所增加。而pin線寬與pin間距則根據廠家的實力不同做的也有所不同,目前一般廠家最小都可以做到0.1mm由于受手機整機厚度、轉軸、B/CFPC過孔的限制,FPC寬度一般會設計成33.5mm(如果按3.5mm算,兩邊邊緣的走線距FPC邊緣分別0.4mm,按線寬和線間距都是0.1mm來算,這樣下來,每層板可以布13根線左右),厚度為0.20.3mmFPC2+23+2結構)。至于FPC的長度問題,因為FPC有較好的撓性,很好的彎折性,長度可以留有余量,沒有必要完全精密計算。如果設計過長了,待樣品做出來做完翻折實驗后再根據分析結果可以適量逐漸減短。如果一開始就設計短了,在手機翻蓋開合的時候,很容易造成把FPCconnector里拽出來、與PCBB2B connector脫焊甚至把FPC扯斷等。

在設計FPC外型的時候,還要注意拐角的半徑,一般內拐角的半徑最小為R1(如果太小,在刀具加工FPC外型以及內部走線的時候會有問題,且走線應盡量遠離內拐角),外拐角半徑為R3R4。下圖為我們的Dragon FPC圖紙,大家可參閱:




另外,很重要的一點,我們在設計FPC外型的時候,注意與B/C件以及過孔的間隙。在B/C件壁厚、強度都已滿足的情況下,盡量留多些空間給FPC,由于FPC要在這些地方通過,并隨著手機翻蓋開合做擺動運動,加上FPC本身比較脆弱,這個地方也是FPC最容易出問題的地方,很容易使FPC與殼體刮擦,不但翻蓋旋轉時會有聲響,而且時間久了會使FPC斷裂而影響壽命。這個地方的設計是我們設計的重中之重。

最后,希望大家在用Pro/E設計FPC的時候,用鈑金模塊而不是用part-solid模塊,因為在鈑金模塊里,FPC可以做出與實際情況最為接近的FPC外型,折彎與展平都很容易,而且便于修改,能真實的模擬出FPC在過孔里的理論真實位置。

注意:以上設計所涉及內容僅僅是針對結構設計而言,一些與硬件相關的指標在這里沒有提及,在做設計的時候,也要配合硬件一起與廠家溝通以做出最完美的設計。

7FPC常見問題:

在我們所關心的FPC壽命問題中,除了FPC兩端與PCB板或connector的連接產生問題外,對于FPC的最終嚴重的后果就是——斷裂。如下圖所示:




而為了防止FPC在使用一段時間后斷裂,就要盡量去排除FPC在翻折過程中碰到的問題。下面所述的就是我們常見問題及常用解決辦法:

1.  FPC與殼體有刮擦。

1)可以讓模廠做一些透明的殼子,裝好整機后觀察FPC在過孔里的運動狀態,找到FPC與殼體的干涉位置,通過改變FPC長度等以解決該問題。

2)最古老的一個方法,就是在還沒有FPC樣品的時候,我們可以把FPC 2D圖紙用紙11打印出來(紙要盡量硬一些),剪出外型,小心裝到手機里,代替FPC發現并分析解決問題。或者讓廠家做一些沒有走線、只有外形的FPC毛坯樣品,裝到手機里分析。

3)可以在FPC上與孔徑接觸的地方貼一層泡棉,這樣轉動的時候殼體不會直接

FPC接觸,從而減小對FPC的損害以增加其壽命。但此方法有種治標不治本的感覺,最好還是從設計本身找原因以做到真正解決。

4)為避免FPC與殼體有刮擦,國外常有做法是把殼內裝一根鐵軸,FPC固定到

鐵軸上,避免開合翻蓋時FPC與殼體碰撞,磨擦。

5)現在很多翻蓋+旋轉的手機,在選用FPC時首先考慮將FPC繞在軸上(上述

方法4),或者干脆采用coaxial cable同軸電纜線代替FPC,以避免FPC易扭曲,斷裂等問題的發生。

2.在翻折過程中FPC有異響。

1FPC在軸孔中長度超過了孔徑(合蓋時,并無干涉),但是在翻開到一定角度時,FPC會有一個扭動的過程,它會碰上孔的內壁,我們就能聽到異響。常用解決辦法為減小FPC長度,以確保翻折時不與內壁刮擦且能正常工作;

2FPC本身是多層,而且與孔的內壁在合蓋時就已經干涉,所以在翻蓋時,始終能聽到異響。我們可以讓廠商用膠帶把多層綁緊或用膠粘在一起看似一層,但在繞折部分最好不要粘在一起,保留多層結構。同時也可以減小FPC長度。

以上針對FPC與殼體有刮擦和FPC有異響的討論,有很多時候是同時存在的,解決方法也是并存的。

以上分析僅僅為最常見的問題分析及解決辦法,在將來的工作中可能會碰到更多的問題及解決辦法,再逐步完善該資料。

 

注:以上討論僅為結構上問題,不包括FPC對天線、RF性能以及屏蔽等硬件問題。



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