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教程分類吐︰結構設計  來源鏈接梢︰ 無維論壇(www.5dcad.cn/bbs)   作者襄力︰handset   日期鬼︰2007-10-21   瀏覽扯角穗︰  

手機設計資料之靶︰FPC知識培訓

1FPC簡介垂羅透︰

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

FPC柔性印刷電路板Flexible Printed Circuit Board)似狗,是用柔性的絕緣基材(聚脂薄膜或聚 亞胺)制成的印刷電路蒼瞎,具有許多硬性印刷電路板不具備的優點茅使盡。它可以自由彎曲郝甭、卷繞汲槐、折疊負垃客,可依照空間布局要求任意安排秦,並在三維空間任意移動和伸縮涉頰,從而達到元器件裝配和導線連接的一體化墾綱泡。該種電路不但可隨意彎曲台,而且重量輕薄仍,體積寫 J丁,散熱性好桂及噬,安裝方便秀逛叢,沖破了傳統的互連技術概念懼討。

FPC還具有良好的散熱性和可焊性以及易于裝連卡負提、綜合成本較低等優點蒜,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橙芯逃。

FPC可大大縮小電子產品的體積律唬,適用電子產品向高密度喪彼、小型化倍、高可靠方向發展的需要蝕。因此參棠涕,FPC在航天唾、軍事曹徑懾、移動通訊等、手提電腦輪槍喘、計算機外設淪茸、PDA陸、數碼相機等領域或產品上得到了廣泛的應用酬。

當然崇駛赫,FPC也具有很多缺點疵,例如機械強度新 匏搖,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;容易產生折如恥、打賦、傷痕;產品的成本較高等等莎閨。但是這些缺點遠遠不及它的優點給我們帶來的好處瀝刷赤,因此簾,它在電子及通訊行業得到日趨重視和廣泛的應用科。

2FPC的材料奠視埃︰

FPC主要由4部分組成浮碧驕︰銅箔基板(Copper Film)品、保護膠片(Cover Film)涎、補強膠片(PI Stiffener Film)奸澀、接著劑膠片(Adhesive Sheet)虎悍豹。涉及到的具體材料如下艾擰攀︰

銅箔(copper)伴耙囊︰基本分成電解銅與壓延銅兩種(手機FPC一般常用壓延銅箔)侯科軟。厚度上常見的為1oz1/2oz1/2oz銅厚度=0.7 mil=0.018mm幫酬拾。)畝修晌。

基板膠片(base film)激啦︰常用材料為PI聚 亞胺)受慈詭。常見的厚度有1mil1/2mil兩種捍沖攣。

接著劑咆粗︰厚度依客戶要求而決定雞緘,一般為0.5mil環氧樹脂熱固膠臨類。

保護膠片痞螞︰表面絕緣用豆茫。常用材料為PI聚 亞胺)邵。常見的厚度有1mil1/2mil室廬表。

補強膠片珊︰補強FPC的機械強度摩斑,方便表面實裝作業捶那皖。常見的厚度有5mil9mil裁。

離形紙廉︰避免接著劑在壓著前沾附異物豆邵,便于穴作業爍匯唇。

補強材料秦︰常用是PI(屏蔽層內補強)熾翟率,FR4(屏蔽層內補強)拿層孔,鋼片抨。

層與層之間的膠慌房︰1mil環氧樹脂熱固膠你豢冒。

 

注撼藹叢︰1mil=1/1000in=0.025mm隆。mil也稱為毫英寸肆,密耳(千分之一英寸)悸。1mm=40mil兩芳杉。

所有份魏,每層單面板的厚度大概為猜︰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廠凱。

3FPC的結構波︰

FPC有單面痕鬼、雙面和多層板之分揮陌。雙面捕功姓、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撐。一般我們所指的單面板是只有一層銅箔擺誕,但其實它一共有5層(包括膠帶糧,不算補強板)朽筋橡,雙面板9層(常規)沁。而一般的雙面板是中間一層base film抨夾,兩邊有兩層copper沛鞋迸。

以下兩圖分別為FPC單面板斷面圖和雙面板斷面圖叉蔫頃︰





從圖中我們也可以看出琶腺,單面板有5層托,雙面板有9層孟烘施。

4FPC制作流程及工藝發藩︰

FPC的基本制作流程如下圖奶碘︰




單面FPC工藝流程如下際討︰

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凡檢︰




5FPC的連接方式及測試誰繃滬︰

FPC的連接方式主要有插接焊接兩種陌顴。插接即把FPC插入connector里擄成,此時FPC插入端以及金手指的設計根據connectorspec來設計揮悸。焊接可以把FPC焊接到PCB板上秘揮郝,也可以與B2B connector相焊接行手舍。

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

關于壽命測試將謝訂,最好的辦法就是通過實驗舜眠,通過專用的翻折機實驗率勁,有自動計數功能覓鉛,可以測試出FPC正常工作範圍內最多可以翻折的次數耍聳慰。目前還沒有發現有什麼軟件可以模擬分析稜擦廢。至于測試結果達到多少萬次亢其,不同的手機廠家及市場有不同的標準平具。

6FPC的結構設計替鞘琴︰

FPC是比較脆弱的零件紹籌,如果設計不得當很容易發生斷裂等窮,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燦。下面我們就一般普通的折疊手機的連接主板與LCDFPC來說明一下吹︰

對于結構來說恃醛,我們最關心的是FPC的外型魏獵秘。在保證功能實現的前提下蠍膩蒙,盡量窄規、被啊,不然在手機B/CFPC過孔的地方很容易與殼子刮擦而斷裂需托。

FPC設計時的寬度與pin線寬希嫉、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)入接稀,pin數多了自然就要做寬趁赤,或者用雙面板取代單面板來減少寬度道,當然厚度勢必會有所增加拼校啡。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法扁,目前一般廠家最小都可以做到0.1mm免蕊。由于受手機整機厚度篡辣、轉軸赫悶滅、B/CFPC過孔的限制綠,FPC寬度一般會設計成33.5mm(如果按3.5mm算繳,兩邊邊緣的走線距FPC邊緣分別0.4mm困饑,按線寬和線間距都是0.1mm來算食嗓,這樣下來貢攫台,每層板可以布13根線左右)閨,厚度為0.20.3mmFPC2+23+2結構)爛。至于FPC的長度問題窟刀,因為FPC有較好的撓性巢粳,很好的彎折性碩火潛,長度可以留有余量朽牟拜,沒有必要完全精密計算撩單。如果設計過長了理,待樣品做出來做完翻折實驗後再根據分析結果可以適量逐漸減短陪溯。如果一開始就設計短了烷粕,在手機翻蓋開合的時候苗,很容易造成把FPCconnector里拽出來朗、與PCBB2B connector脫焊甚至把FPC扯斷等秤頻先。

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




另外聳勢詳,很重要的一點圖突了,我們在設計FPC外型的時候齡霓概,注意與B/C件以及過孔的間隙棘師耍。在B/C件壁厚填偶付、強度都已滿足的情況下澱磊肯,盡量留多些空間給FPC事,由于FPC要在這些地方通過塊連,並隨著手機翻蓋開合做擺動運動催藏,加上FPC本身比較脆弱解,這個地方也是FPC最容易出問題的地方汝輛楮,很容易使FPC與殼體刮擦隆粕,不但翻蓋旋轉時會有聲響輔闊按,而且時間久了會使FPC斷裂而影響壽命穢。這個地方的設計是我們設計的重中之重撲。

最後匣窗,希望大家在用Pro/E設計FPC的時候坡詭飽,用鈑金模塊而不是用part-solid模塊悍邊賃,因為在鈑金模塊里酚你,FPC可以做出與實際情況最為接近的FPC外型壩饑,折彎與展平都很容易究瓊焙,而且便于修改燦默珊,能真實的模擬出FPC在過孔里的理論真實位置髓融逢。

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

7FPC常見問題卿︰

在我們所關心的FPC壽命問題中徹波,除了FPC兩端與PCB板或connector的連接產生問題外漏,對于FPC的最終嚴重的後果就是——斷裂暑拳。如下圖所示稼︰




而為了防止FPC在使用一段時間後斷裂禿存,就要盡量去排除FPC在翻折過程中踫到的問題淚釘昧。下面所述的就是我們常見問題及常用解決辦法俺獸︰

1.  FPC與殼體有刮擦窩。

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

2)最古老的一個方法妻奉脾,就是在還沒有FPC樣品的時候儒醒讀,我們可以把FPC 2D圖紙用紙1判︰1打印出來(紙要盡量硬一些)獺凜,剪出外型綠塵赦,小心裝到手機里摧韭,代替FPC發現並分析解決問題盛。或者讓廠家做一些沒有走線澀贍、只有外形的FPC毛坯樣品奸北駱,裝到手機里分析通汕暮。

3)可以在FPC上與孔徑接觸的地方貼一層泡棉功,這樣轉動的時候殼體不會直接

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

4)為避免FPC與殼體有刮擦斑,國外常有做法是把殼內裝一根鐵軸撈沒說,FPC固定到

鐵軸上牆態沏,避免開合翻蓋時FPC與殼體踫撞狗,磨擦犯姐。

5)現在很多翻蓋+旋轉的手機殺塘,在選用FPC時首先考慮將FPC繞在軸上(上述

方法4)慕,或者干脆采用coaxial cable同軸電纜線代替FPC五,以避免FPC易扭曲丘旗,斷裂等問題的發生棋焙。

2.在翻折過程中FPC有異響哥幾。

1FPC在軸孔中長度超過了孔徑(合蓋時汾忙懼,並無干涉)巫頌迫,但是在翻開到一定角度時性涉,FPC會有一個扭動的過程惋,它會踫上孔的內壁反,我們就能听到異響鴕。常用解決辦法為減小FPC長度姓枚棘,以確保翻折時不與內壁刮擦且能正常工作;

2FPC本身是多層閑甘吉,而且與孔的內壁在合蓋時就已經干涉痹棉歉,所以在翻蓋時酷句煤,始終能听到異響馬虐瑞。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翹,但在繞折部分最好不要粘在一起及,保留多層結構修室。同時也可以減小FPC長度片盾母。

以上針對FPC與殼體有刮擦和FPC有異響的討論漆虐,有很多時候是同時存在的骨晤瞬,解決方法也是並存的動。

以上分析僅僅為最常見的問題分析及解決辦法誹碾塘,在將來的工作中可能會踫到更多的問題及解決辦法讕瓜,再逐步完善該資料行桃臉。

 

注句渭狗︰以上討論僅為結構上問題屑稱,不包括FPC對天線趣拘蠱、RF性能以及屏蔽等硬件問題恃惦。



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