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FPC軟板的設計

2017-03-11 03:50

根據(jù)應用需要,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。而在部分產品中,比如翻蓋手機中通過轉軸的柔性板,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,需要更長時間往復彎曲運動。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)

•碟機驅動頭應用場合(disk driver application) 

柔性要求不一樣,選擇不同的設計方案、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需要貼補強板;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?。坏墙鹗种讣庸ぞ纫筝^高。而HOTBAR 盡管需要特殊的組裝設備,它應用得也越來越普遍了。

 

2.2 疊層、阻抗、屏蔽要求

2.2.1疊層設計   

在設計中常用到單面板、雙面板、雙面板+銀漿層等等。在需要進行阻抗控制時,雙面板或雙面板+銀漿層可以根據(jù)設計需要自行組合構成微帶線和帶狀線。下面表中列舉了用Dupont公司“Pyralux® FR”系列的基材和介質+膠來構成的柔性板。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)設計需求來選擇。

表一單面FPC軟板層疊結構及材料厚度

表二雙面FPC軟板層疊結構及材料厚度

 表三雙面FPC軟板+雙面銀漿層疊結構及材料厚度

2.2.2阻抗設計

柔性板的層壓結構比較靈活。可以用雙面板、三層板或它們表面再覆銀漿的方式來構成微帶線和帶狀線;具體結構可以參考前面表6~表9。確定層壓結構以后,可以使用Polar軟件來計算走線阻抗。

當Coverlayer采用覆蓋膜形式而不用綠油時,微帶線模型應該采用“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”的雙面板結構來構成微帶線的話,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 所示的層壓結構,假設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),一是增加介質厚度或膠厚,二是采用網格形狀的參考平面。前者會影響FPC的柔軟性。采用網格參考平面,即可實現(xiàn)相應的阻抗要求,柔性也得到改善,但是阻抗的計算就會很復雜。網格對阻抗的影響是在厚度一定的情況下網格孔越大(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)經驗或專利來控制。

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、銅皮網格和銀漿網格等。

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。當使用銅皮網格時,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。


網格屏蔽層示意圖

銀漿或銀漿網格:當頻率高于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、信號質量,串擾要求

當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動、匹配或均衡、隔離等技術來保證信號質量要求。

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。

關鍵網絡的串擾,可通過搭建模型進行仿真,得出滿足器件串擾要求的最小信號線間距。在設計時可設網絡的間距規(guī)則,或設Max Parallelism(信號線平行多長的則間距應多大的列表),作為規(guī)則輸入到軟件中。

控制串擾的主要手段:加大線間距,包地隔離等。

 

2.4 導電能力要求

設計FPC時,需要對信號的電流大小進行充分的評估。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,需要適當安排連接器管腳個數(shù)和走線根數(shù)、寬度等。當FPC上導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:

FPC載流能力的計算方法與硬板的一樣。只是從柔性考慮FPC軟板用的銅箔比較??;而且在柔性要求高的場合,F(xiàn)PC軟板表層銅箔采用局部電鍍方式。當采用局部電鍍方式時FPC軟板表層銅箔厚度就不用補償了。

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