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FPC軟板的設(shè)計

2017-03-11 03:50

根據(jù)應(yīng)用需要，確定適合的柔性要求。部分FPC軟板只是滿足不共面連接等的需要，只需要在安裝時彎曲一次，安裝好以后就固定了。而在部分產(chǎn)品中，比如翻蓋手機(jī)中通過轉(zhuǎn)軸的柔性板，柔性板就要求一定的彎曲次數(shù)。而要求最高的是在硬盤磁頭等場合中使用的柔性板，需要更長時間往復(fù)彎曲運(yùn)動。綜合起來看，柔性要求可以概括成下列四種：

•彎曲一次(flex one time)

•彎曲安裝(flex to install application)

•動態(tài)柔性(dynamic flex application)

•碟機(jī)驅(qū)動頭應(yīng)用場合(disk driver application)

柔性要求不一樣，選擇不同的設(shè)計方案、加工板材和加工方式。

2.1安裝方式

FPC軟板與硬板之間的互連方式主要有下面幾種：

•板對板連接器

•連接器加金手指

•Hotbar

•軟硬結(jié)合板

考慮采用哪種方式時，需要綜合考慮互連高度、有效面積和連接器、加工和組裝等成本。還有不同的互連對加工精度的要求。

一般最常用的是板對板連接器，連接器可用表貼、插件和壓接型等等。但是該方式FPC需要貼補(bǔ)強(qiáng)板；組裝后比較高；而且連接器價格、組裝成本也不低。連接器加金手指方式可以提高互連密度，一般也比較??；但是金手指加工精度要求較高。而HOTBAR 盡管需要特殊的組裝設(shè)備，它應(yīng)用得也越來越普遍了。

2.2 疊層、阻抗、屏蔽要求

2.2.1疊層設(shè)計

在設(shè)計中常用到單面板、雙面板、雙面板＋銀漿層等等。在需要進(jìn)行阻抗控制時，雙面板或雙面板＋銀漿層可以根據(jù)設(shè)計需要自行組合構(gòu)成微帶線和帶狀線。下面表中列舉了用Dupont公司“Pyralux® FR”系列的基材和介質(zhì)＋膠來構(gòu)成的柔性板。表中所用基材的銅厚都是0.5oz，電鍍后的厚度是1.2mil。其它型號或其它公司的材料請根據(jù)設(shè)計需求來選擇。

表一單面FPC軟板層疊結(jié)構(gòu)及材料厚度

表二雙面FPC軟板層疊結(jié)構(gòu)及材料厚度

表三雙面FPC軟板+雙面銀漿層疊結(jié)構(gòu)及材料厚度

2.2.2阻抗設(shè)計

柔性板的層壓結(jié)構(gòu)比較靈活?？梢杂秒p面板、三層板或它們表面再覆銀漿的方式來構(gòu)成微帶線和帶狀線；具體結(jié)構(gòu)可以參考前面表6～表9。確定層壓結(jié)構(gòu)以后，可以使用Polar軟件來計算走線阻抗。

當(dāng)Coverlayer采用覆蓋膜形式而不用綠油時，微帶線模型應(yīng)該采用“Coated Microstrip”形式。否則，計算的阻抗值就會相差較大。

上圖采用“Coated Microstrip”微帶線模型計算阻抗FPC常用的介質(zhì)是Polyimide，它的介電常數(shù)是3.5（1MHz）。如采用上面“表7”的雙面板結(jié)構(gòu)來構(gòu)成微帶線的話，5mil 線寬阻抗可以控制在49 歐左右。與硬板相比，柔性板各層之間的介質(zhì)一般比較薄，使得走線更加靠近參考平面。這樣對阻抗的影響就是阻抗值偏低。如按照表9 所示的層壓結(jié)構(gòu)，假設(shè)銀漿和銅箔都是實心時，線寬6mil的帶狀線的阻抗計算是33 歐。如下表所示：表10帶狀線阻抗計算例子

更大的線寬需要達(dá)到同樣的阻抗要求時，可以采用兩種方式來實現(xiàn)，一是增加介質(zhì)厚度或膠厚，二是采用網(wǎng)格形狀的參考平面。前者會影響FPC的柔軟性。采用網(wǎng)格參考平面，即可實現(xiàn)相應(yīng)的阻抗要求，柔性也得到改善，但是阻抗的計算就會很復(fù)雜。網(wǎng)格對阻抗的影響是在厚度一定的情況下網(wǎng)格孔越大（含銅量越少）阻抗越大，而在實心參考平面時的阻抗最小。目前可以用HFSS 等軟件仿真得到阻抗值，或者提出要求請廠家根據(jù)經(jīng)驗或?qū)＠麃砜刂啤?/p>

一般可控制的單線阻抗為：25-100ohm差分阻抗為：75-125ohm

2.2.3屏蔽控制

當(dāng)柔性板有EMI控制要求時，可以增加屏蔽層來實現(xiàn)要求。屏蔽層可以是實心銅皮、銅皮網(wǎng)格和銀漿網(wǎng)格等。

實心銅皮：是最普通的屏蔽方式。銅皮可以在FPC軟板的一邊或者兩邊都有，也可以只覆蓋了需要屏蔽的那部分區(qū)域。當(dāng)以實心銅皮為參考層時阻抗控制比較簡單，可以直接用軟件計算。但是實心銅皮會增加FPC軟板的層數(shù)，使得FPC軟板加工難度變大；它還增加FPC的硬度，柔性變差；銅皮屏蔽層也會使得FPC軟板變厚，影響最小彎曲半徑。

銅皮網(wǎng)格：銅皮可以在FPC的一邊或者兩邊都有，也可以只覆蓋了需要屏蔽的那部分區(qū)域。當(dāng)使用銅皮網(wǎng)格時，因為銅量變少，比實心銅皮時的柔性提高了；但是銅皮網(wǎng)格一樣會增加FPC的層數(shù)，使得FPC加工難度變大；銅皮屏蔽層也會使得FPC變厚，影響最小彎曲半徑。當(dāng)以實心銅皮為參考層時阻抗控制比較簡單，可以直接用軟件計算。

網(wǎng)格屏蔽層示意圖

銀漿或銀漿網(wǎng)格：當(dāng)頻率高于1MHz 時，銀漿的屏蔽效果等效于銅箔的。銀漿采用絲印的方式印刷在單面板或多層板的表面（可以只單面印刷）。另外銀漿的表面需要有覆蓋膜來絕緣。采用銀漿的好處是電路的層數(shù)沒有增加，制造方便，成本低廉。但是銀漿比較脆，它不適合動態(tài)彎曲要求高或者彎曲半徑很小的場合。

2.3 時序分析、信號質(zhì)量，串?dāng)_要求

當(dāng)柔性板中走線長度足夠長時，就需要分析柔性板的走線延遲；或者因為信號傳輸過程引起的衰減、失真等問題。有些時候需要增加驅(qū)動、匹配或均衡、隔離等技術(shù)來保證信號質(zhì)量要求。

在安排連接器上管腳的信號排序時，需要考慮大電流信號、高速信號、高壓信號等對其它信號的影響。同時需要合理安排地管腳，使得回流路徑合理。

關(guān)鍵網(wǎng)絡(luò)的串?dāng)_，可通過搭建模型進(jìn)行仿真，得出滿足器件串?dāng)_要求的最小信號線間距。在設(shè)計時可設(shè)網(wǎng)絡(luò)的間距規(guī)則，或設(shè)Max Parallelism（信號線平行多長的則間距應(yīng)多大的列表），作為規(guī)則輸入到軟件中。

控制串?dāng)_的主要手段：加大線間距，包地隔離等。

2.4 導(dǎo)電能力要求

設(shè)計FPC時，需要對信號的電流大小進(jìn)行充分的評估。FPC走線寬度、銅皮厚度必須滿足載流能力及其裕量要求。特別是電源、地等大電流，需要適當(dāng)安排連接器管腳個數(shù)和走線根數(shù)、寬度等。當(dāng)FPC上導(dǎo)線或器件溫升較高時，可以考慮把FPC貼到鋁基板、鋼片等上面，使其充分散熱。

其它情況的載流能力可以參考下圖：