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教程分类豆:结构设计  来源链接富推: 无维论坛(www.5dcad.cn/bbs)   作者啥铝漆:handset   日期绞:2007-10-21   浏览淌:  

手机设计资料之片:FPC知识培训

1FPC简介缚廖哥:

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

FPC柔性印刷电路板Flexible Printed Circuit Board)檬块靡,是用柔性的绝缘基材(聚脂薄膜或聚酰亚胺)制成的印刷电路角,具有许多硬性印刷电路板不具备的优点晾赐嚼。它可以自由弯曲殴惫、卷绕柏确、折叠葡店槐,可依照空间布局要求任意安排茄,并在三维空间任意移动和伸缩岛单,从而达到元器件装配和导线连接的一体化钉头举。该种电路不但可随意弯曲段怀,而且重量轻匪钢碾,体积心怠,散热性好瓣舶躺,安装方便坚,冲破了传统的互连技术概念抢。

FPC还具有良好的散热性和可焊性以及易于装连辞、综合成本较低等优点辨,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无。

FPC可大大缩小电子产品的体积少,适用电子产品向高密度暑妊颁、小型化刺惯、高可靠方向发展的需要虹拢谋。因此阂峭侧,FPC在航天菩农、军事琳、移动通讯畦、手提电脑拧、计算机外设竭、PDA琶紊诲、数码相机等领域或产品上得到了广泛的应用宫。

当然嘘乾镭,FPC也具有很多缺点谱吮傅,例如机械强度行写荨,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;容易产生折论、打递欧锌、伤痕;产品的成本较高等等俩卤。但是这些缺点远远不及它的优点给我们带来的好处释恒,因此禽锋,它在电子及通讯行业得到日趋重视和广泛的应用趴。

2FPC的材料忻:

FPC主要由4部分组成赣嗜沟:铜箔基板(Copper Film)噶己、保护胶片(Cover Film)发粮捻、补强胶片(PI Stiffener Film)杀嘿订、接着剂胶片(Adhesive Sheet)尘。涉及到的具体材料如下偿改浇:

铜箔(copper)柒描怠:基本分成电解铜与压延铜两种(手机FPC一般常用压延铜箔)馆堑幌。厚度上常见的为1oz1/2oz1/2oz铜厚度=0.7 mil=0.018mm泪魔时。)席啪难。

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

接着剂膏:厚度依客户要求而决定汉里,一般为0.5mil环氧树脂热固胶蛊迷芦。

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

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

离形纸顷滔:避免接着剂在压着前沾附异物纪,便于穴作业妮。

补强材料芍编:常用是PI(屏蔽层内补强)段首,FR4(屏蔽层内补强)靖踞,钢片卸惮渺。

层与层之间的胶渤吉危:1mil环氧树脂热固胶躺。

 

注蓉:1mil=1/1000in=0.025mm赦临舵。mil也称为毫英寸慈,密耳(千分之一英寸)弗烘端。1mm=40mil犀。

所有捎,每层单面板的厚度大概为开沙狭: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汲。

3FPC的结构线:

FPC有单面氯点什、双面和多层板之分岸。双面盯、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峭抚。一般我们所指的单面板是只有一层铜箔烦顿,但其实它一共有5层(包括胶带糙癸箱,不算补强板)陕辅,双面板9层(常规)等谭随。而一般的双面板是中间一层base film邢,两边有两层copper笑肯称。

以下两图分别为FPC单面板断面图和双面板断面图涤担:





从图中我们也可以看出瞧部弊,单面板有5层腹,双面板有9层剩。

4FPC制作流程及工艺乱坦焕:

FPC的基本制作流程如下图肉:




单面FPC工艺流程如下膝:

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汲羔另:




5FPC的连接方式及测试别:

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

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

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

6FPC的结构设计肥:

FPC是比较脆弱的零件脑悲蚊,如果设计不得当很容易发生断裂潞晴簿,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帆另。下面我们就一般普通的折叠手机的连接主板与LCDFPC来说明一下绰假:

对于结构来说朵脖硷,我们最关心的是FPC的外型醒沁。在保证功能实现的前提下草筒,尽量窄零、鼻病,不然在手机B/CFPC过孔的地方很容易与壳子刮擦而断裂芦廷氖。

FPC设计时的宽度与pin线宽透、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)福壁割,pin数多了自然就要做宽操,或者用双面板取代单面板来减少宽度牟,当然厚度势必会有所增加传。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本涂蠕,目前一般厂家最小都可以做到0.1mm盎伞。由于受手机整机厚度吨伸南、转轴陆、B/CFPC过孔的限制浆良,FPC宽度一般会设计成33.5mm(如果按3.5mm算曹础烹,两边边缘的走线距FPC边缘分别0.4mm深及,按线宽和线间距都是0.1mm来算避,这样下来酿疗,每层板可以布13根线左右)粹技,厚度为0.20.3mmFPC2+23+2结构)纠慈。至于FPC的长度问题杜镁,因为FPC有较好的挠性途帆泄,很好的弯折性些,长度可以留有余量甸酪糕,没有必要完全精密计算堂筛。如果设计过长了倒梧淖,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灭簇卡。如果一开始就设计短了角抹翰,在手机翻盖开合的时候脆佃秆,很容易造成把FPCconnector里拽出来腊、与PCBB2B connector脱焊甚至把FPC扯断等乏。

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




另外书,很重要的一点实,我们在设计FPC外型的时候薄,注意与B/C件以及过孔的间隙仇咖。在B/C件壁厚酮赐、强度都已满足的情况下芒裂,尽量留多些空间给FPC凌,由于FPC要在这些地方通过巳矮,并随着手机翻盖开合做摆动运动笛城,加上FPC本身比较脆弱齿湘璃,这个地方也是FPC最容易出问题的地方街犊多,很容易使FPC与壳体刮擦鼎兴够,不但翻盖旋转时会有声响欠检葱,而且时间久了会使FPC断裂而影响寿命淮保。这个地方的设计是我们设计的重中之重拾达苹。

最后闺拓,希望大家在用Pro/E设计FPC的时候护,用钣金模块而不是用part-solid模块须,因为在钣金模块里县,FPC可以做出与实际情况最为接近的FPC外型鳞吉,折弯与展平都很容易狡挞,而且便于修改千衰,能真实的模拟出FPC在过孔里的理论真实位置颧。

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

7FPC常见问题情蹭墩:

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




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

1.  FPC与壳体有刮擦精。

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

2)最古老的一个方法邢按姆,就是在还没有FPC样品的时候圣澎帽,我们可以把FPC 2D图纸用纸1咯唾:1打印出来(纸要尽量硬一些)崎青,剪出外型杉,小心装到手机里吓,代替FPC发现并分析解决问题钱歧但。或者让厂家做一些没有走线樊奥特、只有外形的FPC毛坯样品草拨嚼,装到手机里分析累桂。

3)可以在FPC上与孔径接触的地方贴一层泡棉想假皇,这样转动的时候壳体不会直接

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

4)为避免FPC与壳体有刮擦屠按,国外常有做法是把壳内装一根铁轴社,FPC固定到

铁轴上苹,避免开合翻盖时FPC与壳体碰撞巴,磨擦雷。

5)现在很多翻盖+旋转的手机睹,在选用FPC时首先考虑将FPC绕在轴上(上述

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

2.在翻折过程中FPC有异响船庆。

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

2FPC本身是多层外,而且与孔的内壁在合盖时就已经干涉鲍膝,所以在翻盖时啪刊,始终能听到异响澄岗卡。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拐扩,但在绕折部分最好不要粘在一起牢孙,保留多层结构偶你垢。同时也可以减小FPC长度炭嫩。

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

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

 

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



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