第5章 FPA柔性电路板介绍及设计标准

第5章FPA柔性电路板介绍及设计标准主要内容:FPA介绍及发展FPA的结构FPA接口类型FPA常用材料及性能FPA生产流程及表面处理FPA的设计标准FPADRChecksheetFPA供应商生产工艺能力FPA常见不良连接器介绍FPA的品质标准FPA的信赖性要求常用单位换算5.1FPA介绍及发展1.FPA介绍目前市场,使用线路板一般主要有以下三大类:PCB：PrintedCircuitBoard，即硬性电路板。如手机主板，电视主板，电脑控制主板等。FPC：FlexiblePrintedCircuitBoard，即柔性电路板。如滑盖手机排线，电脑显示屏排线，测试线路板等。软硬结合板：即硬性电路板PCB与柔性线路板PFC的结合体。既有硬性电路板的优势，又有柔性电路板的特点，满足产品特殊结构所需。由于PCB的结构和FPC的结构基本完全一致，本书以讲解FPC为主。FPA即FPC光板SMD元件后的统称。单层FPA双层FPA双层FPASMT面四层PCB四层弯折FPA软硬结合板中间单层多次弯折FPA七层分层式FPA2.FPA的特点及应用A．FPA的特点FPA柔性电路板是用柔性的绝缘基材（常用PI聚酰亚胺），在铜箔上蚀刻出设计需要的线路。它可以按设计要求弯曲，卷曲，折叠，利用表面封装技术SMT，把元件装配在FPC上，形成带元器件的电路板。可按要求弯折，且弯折次数为十万级体积小，重量轻线路宽度和间距小，满足高精密要求SMT技术成熟，集成度高散热好，安装方便价格相对较高当然，FPA也有一些不足之处，比如机械强度低，某些转角处易应力集中发生龟裂,线路过小加工困难,线路很难返工,容易产生压痕,折痕等不良。B．FPA的应用FPA因体积小，可自由弯折，几乎在所有的电子产品中，都能使用到PCB或FPA线路板；在工业及电子消费品中，占有重要地位。适用于航天，军事，移动通信，电脑，计算机，电子消费品，工业控制设备等众多领域。3.PCB发展历程PCB线路板的发展大致经历了以下4个历程。A．加成法这是PCB发展的初期，在绝缘板表面添加导电性材料形成导电图形，称为“加成法工艺”。使用这类生产专利的线路板曾在1936年应用于无线电接收机中。B．减成法使用覆铜基材板，用化学药剂（如三氯化铁）溶解去除不需要的铜箔，流线的铜箔就形成电路，称为“减成法工艺”，这是PCB发展的飞跃过程。此类线路板应用在Sony的手提式晶体管收音机上。C．多层板MLB这个时期的PCB从4层向6层，8层，20层，40层……更多层发展，同时实行高密度化（细线，小孔，薄板化等），线宽也从0.5mm向0.35，0.2，0.1mm发展，PCB单位面积上布线密度大幅提高。另外，随着SMT技术的进步，原来插入式的安装技术TMT逐步被表面封装技术SMT所取代，实现了半自动化和全自动化装配。D．高精密板目前使用的PCB或FPA是在多层板MLB的基础上发展而来，利用自动化表面封装技术SMT，线宽可以做到0.1mm以下，机械钻孔可以做到0.15，Laser钻孔还能做到0.1mm，并且双面封装元件，使得PCB的精密度得到提高，体积得到减小，产品超薄化，小型化，产品广泛应用于各行业。4.FPA相关名词解释Artwork：FPA线路板的布线图。Blindvia：盲孔，FPA线路板的外层与内层之间的导通连接孔。Buriedvia：埋孔，FPA多层线路板内层的导通连接孔。BondingAdhesive：粘合剂，用于粘合各层的胶。Cladding：覆盖层，一般指金属铜箔形成的导电布线。CTE：Coefficientofthethermalexpansion温度膨胀系数。材料表面在受热时发生的膨胀率。CopperFoli：铜箔。Coverlayer：覆盖膜，用来盖住整个产品不需要露出铜箔的材料。常用PI。Stiffener：加强板，用来增加强度的物料。常用PI，PET，SUS等。Delamination：分层，一般指板层之间的分离。DFM：DesignForManufacture，设计时考虑时间，成本和效率，以最佳的方式生产产品的方法。Schematic：原理图，使用符号代表电路布置的图，包括电气连接，元件和功能。Soldermask：阻焊，一般PCB硬板都会使用绿色或蓝色或红色阻焊油墨。Lminate：基材，用来制造线路板的基材板，也叫覆铜板CCL（CopperperCladedLaminates）。ScreenPrinting：网版丝印，在产品上印刷需要的标识或文字。SMD：SurfaceMountDevice：表面装配零件。不管是否有引脚，或封装是否完整的零件，能够利用锡膏作为焊料，在板面上完成焊接组装的都叫SMD。SMT：SurfaceMountTechnology，表面装配技术。ComponentArea：元件区域。5.2FPA的结构1.单层FPA结构2.双层FPA结构3.多层FPA结构多层板指有多少层铜层。多层板就是单层板的叠加。1-LayerFPC2-LayerFPC5.3FPA接口类型电路板的主要是起连接作用，另外在电路板上可以承载一些IC或其他部件的外围电路，也可以焊接相应接口和设备。FPA与其他设备或主板之间的连接方式，一般有以下三种：A．焊接连接方式焊接又分手工焊接，Hotbar热压焊接，单层windowtype手工焊接。一般以手工焊接为主。B．B2B连接方式采用B2BConnector连接方式。1212040ELCO:145805040000829+Multi-LayerFPCC．ZIF连接方式采用ZIFConnector连接方式。几种连接方式对比：连接类型优点缺点焊接方式手工焊接焊接简单，成本低，最常用易假焊虚焊Hotbar焊接一致性好，可单层设计需要设备，效率低WindowType可单层设计金手指易断，不易返工B2B方式生产效率高，连接性好价格高ZIF方式生产效率高，连接最牢固价格高5.4FPA常用材料及性能1.基材基材BaseFilm的作用就是连接各铜层，在铜层之间起绝缘作用及支撑作用。目前柔性电路板最常用的基材为聚酰亚胺PI。以下是各基材的比较：PIPETGE常用厚度um12.5，25，125等25，50，100等100，200等耐热性可焊接按条件焊接可焊接难燃性UL94V-0可燃UL94HB可燃UL94V-0可燃机械强度容易龟裂常温时良好优秀弯曲性可180度弯曲可180度弯曲可180度弯曲耐切性优秀优秀良好耐湿性吸湿性高吸湿性低吸湿性低成本高低中注：PCB硬板一般使用FR4做基板。2.铜箔主要是利用铜箔的导电性，经蚀刻后，用来制作设计所需的各种线路。目前常用两种铜箔：压延铜（Roll-annealedCopperfoil）和电解铜（Electro-depositedcopperfoil）。两者对比如下：RA压延铜ED电解铜优点缺点优点缺点弯曲性能好成本较高基材附着力强成本低弯折性能稍差3.覆盖膜常用黄色PI覆盖膜。如果元件之间的间隙过小，覆盖膜开窗无法加工而不能达到要求时，可使用绿色或黄色绝缘油替代覆盖膜，但绝缘油墨对pad的保护性就很低，受外力时，容易造成pad铜皮开裂或折断，从而使元件发生假焊，虚焊或脱离。在结构设计和Layout线路图时，应当充分考虑元件之间的间距，尽可能使用覆盖膜。4.胶Adhesive的主要作用就是连接各层膜，常用热固性胶水，在受压热压时，胶水热硬化。5.补强板补强板Stiffener的主要作用是解决FPA本身缺乏足够的机械强度，提高部分部位的机械强度。尤其是在受力处，比如金手指背面，Connector连接器背面等地方。补强板常用PI，PET，SUS不锈钢，PEN等材料。PI补强板：一般为棕黄色，耐温性好，常用于热压金手指背面或ZIF，B2B连接器背面。PET补强板：一般为白色透明，可以满足较厚设计，价格便宜，常用于耐温性不高的产品上，也常用于B2B连接器背面。SUS补强板：强度好，不吸湿，耐温性好，价格较贵，常用于要求较高的产品上。PEN补强板：气体阻隔性好，不受潮湿环境影响，化学稳定性良好，耐热性良好，价格较贵，常用于要求较高的产品上。6.辅料FPA上常有一些其他辅料，比如双面胶，绝缘胶，导电布，泡棉等。很多辅料只能在FPA成品后进行附贴，否则会受到高温作用引起变形，变质或失效。FPA上的双面胶带，如果是在过SMT前附贴的，那么双面胶必须是耐高温双面胶，比如3M公司的#9077或9079。5.5FPA生产流程及表面处理1.FPA双面板生产流程a．开料：使用切模机将宽幅250mm或500mm的铜箔卷料切割成设计尺寸的板材。b．钻孔：使用机械数控钻孔机或Laser机钻取设计尺寸的各种孔。c．清洗：把钻孔时留在基板表面及孔周围的异物清洗干净。d．沉铜或黑孔：使用沉铜方式在孔的四周涂满铜，或用黑孔方式，即用碳导通。e．电镀铜：把钻孔处上下层铜导通。f．Filming制作：把设计的线路图形转移到filming板上。g．D.E.S：显影蚀刻。把filming板上的线路显影在铜箔上，并蚀刻掉多余的线路。h．清洗：清洁已经蚀刻好的铜箔线路表面。i．S/S：压贴覆盖膜PI。目前一般都是采用手工对位，有±0.2mm的公差。压合覆盖膜后，需要使用高温机加热固化粘胶层，试各层之间没有水汽，空气，表面平整光滑。j．表面处理：使用电镀金或化金等方式对金手指进行表面处理。k．冲孔：冲切所需要的孔。l．丝印：在FPC表面印刷所需的问题及图案。m．贴辅料：贴各种胶带，泡棉或补强板等。n．ET测试：对线路板进行电气特性测试。o．成型：冲切出FPC产品。p．SMD：手工焊接或设备SMD各元件。q．ET测试：对SMD后的FPA进行电气特性测试。r．包装入库。2.表面处理介绍目前FPA软板常用的2种表面处理方式：电镀金和化金。金作为金属抗腐蚀层，它能耐受所有一般的蚀刻液；金的导电率很高，其电阻率为2.4uΩ/cm。众所周知，金的成本高。A．电镀金电镀金是以电镀的方式析出镍金在电路板上，根据电路板的面积，设定电流值和时间来控制镍金的厚度。电镀金又分为硬金和软金两种。硬金的纯度可达到99.9%，且耐磨，一般的内存卡，插拔金手指都使用硬金方式。B．化金化金又分为浸金和化学金两种。浸金是指以置换的方式将金析出于镍表面，因为是置换方式，其厚度相当薄且无法继续成长。化学金是采用氧化还原的方式将金还原在镍表面上，厚度可以成长较厚，但整体的稳定性较难控制。一般这种方式是用于无法拉出导线的电路板。C．其他表面处理镀锡：一般要求Sn厚度0.6um。OSP：抗氧化处理。5.6FPA的设计标准1.材料选用根据FPA或FPCB的用途，来确定各材料的类型。这在项目评估初期就已经大致确定了使用单层板，两层板或多层板。中小尺寸普通柔性电路板，一般使用单层或双层，特殊情况使用4~6层。PCB硬板常用2层和4层；4层板使用0.5Oz铜，总厚度0.4max。软硬结合板：如果FPA是需要弯折的，则FPA每层之间不需要Adhesive连接，采用分层式设计，上下层最外面一层为Coverlayer保护层；如果有电子屏蔽等要求，可在上下外层上涂布白色绝缘油。铜箔：单层产品可使用1Oz厚度，双层或多层使用1/2Oz或1/3Oz厚度。有弯折或弯曲要求，必须使用压延铜；要求不高的产品可使用电解铜。表面处理：金手指通常使用电镀镍金，黑白显示模组可使用浸镍；插拔类产品可使用强度较高的化学金。覆盖膜：通常使用0.5mil厚度的黄色PI。胶带类：通常FPC需要过高温回流焊，需要使用耐高温胶带。补强板：常用PI，要求高的地方可使用不锈钢SUS。2.外形及细部结构设计外形：根据产品的结构，与客户端的配合以及显示模组各物料之间的配合来确定FPA或PCB的外形尺寸。这在产品研发初期即显示模组成品图纸时已经大致确认好。定位孔：焊接，装配或定位用的空，主要是依据客户端的结构要求设计。如显示模组自身需要装配或定位，在不影响结构的前提下，也可以设计相应的定位孔。一般定位孔设计为R0.5mm，孔距离线路板边缘不小