FPC介绍与应用.ppt

主题 FPC在未来5G通讯的应用 FPC的定义以及结构 工艺 前言 FPC是手机及其他通讯产品中常见的一个物料 而且也成为了PCB发展的一个趋势 然而 对于我们而言 真正了解FPC的并不多 接下来就简单介绍下FPC的一些基本知识 FPC的概念 FPC的定义 FPC是英文FlexiblePrintedCircuit的简称 是一种铜质线路 Cu 印制在PI聚酰亚胺 Polyimide 或PE聚脂 Polyester 薄膜基材上 粘合胶压合而成 具有优秀的弯折性及可靠性 纤薄轻巧 精密度高 可以有多层线路 并可以在板上贴芯片或SMT芯片 台湾称其为 软性印刷电路板 简称为 软板 其它名称如 可挠性线路板 软膜 柔板 等 FPC的产品结构组成 FPClayout示意图 FPC的产品结构组成 层次结构图 双层板为例 FPC的产品结构组成 层次结构图 双层板为例 FPC的产品结构组成 以普通FPC天线结构为例 FPC的材料组成 a 基材 Basefilm 12 5 25 50 75 125 m PI PE 基材指铜箔基板所用以支撑的底材 亦指保护胶片的材料 在材料上区分为PI Polyamide Film及PET Polyester Film两种 PI的价格较高 但其耐燃性较佳 PET价格较低 但不耐热 因此若有焊接需求时 大部分均选用PI材质 厚度上一般有1 2mil 1mil 2mil 12 7 m 25 4 m 50 8 m FPC的材料组成 PI基材 耐高温 可焊接 能制作双面板或多面板的FPC 可用于须制作双面板或多面板的FPC天线项目中 也可以用于FPC金手指需要焊接的项目中 PET基材 不耐高温 所以不能进行焊接 也不能制作双面板或是多面板的FPC 但PET基材FPC弹性较弱 容易贴服 粘贴上支架后不容易起翘 可用于一般结构且无特别要求的项目中 FPC的材料组成 b 铜箔CopperFoil 为铜原材 非压合完成的材料 铜箔依铜性可概分 电解铜 ED铜 Electro depositedCopper 压延铜 RA铜 RolledAnnealedCopper 高延展性电解铜 HighDensityElectro depositedCopper 料厚有 18 m 35 m 70 m FPC的材料组成 压延铜 RD 和电解铜 EA 区別在于电解铜不耐弯折 弯折寿命不到1000次 压延铜弯折性能较好 折叠手机常用此規格 另外铜可分为无胶铜与有胶铜 其中无胶铜柔软性较好 但单价比有胶铜贵约1 3 铜箔特性以及应用 应用及比较如下 FPC的材料组成 c 粘合剂 胶 Adhesive粘合剂一般有Acrylic 压克力胶 及Epoxy 环氧树脂胶 两种 最常使用的是Epoxy胶 厚度上0 4 2mil 10 16 50 8 m 均有 一般使用18 m厚的胶 注 1mil 0 0254mm 25 4 m FPC的材料组成 FPC的背胶主要有两大系列 Tesa 德莎 系列和3M系列 这两种系列中每种系列都有几十种以上的不同型号背胶 例如 Tesa4965 Tesa4972 Tesa68532 Tesa68732等等 3M966 3M467MPF 3M9888T 3M9471 3M9495 3M9460等等Tesa68532和3M9471 300LSE这两种型号的背胶粘性强 耐久性好 适用于结构复杂 要求较高的项目中 但是3M9471 300LSE有溢胶现象 FPC的材料组成 d 覆盖膜Coverlay覆盖膜由基材 胶组合而成 其基材分为PI与PET两种 厚度则由0 5 1 4mil 12 7 35 56 m FPC的材料组成 e 补强材料Stiffener材质 PI PET FR4 SUS 厚度0 1 0 3mm FPC的常用材料 FPC的常用类型 FPC的类型1 单面板 Singelside 2 双面板 Doubleside 3 单加单复合板4 浮雕板 Sculptural 5 多层板 Multilayer 6 软硬结合板 Flex rigid FPC的工艺流程 以FPC天线为例 FPC的工艺流程 以FPC天线为例 开料 上载板 印线路 蚀刻 退膜 表面处理 烘干 丝印阻焊油墨 烘烤 丝印字符 烘烤固化 电镀 发电金厂电金 送板到FQC检板 后工序贴合补强 加胶纸 送冲切手撕位 送回贴合换离型纸 再转冲切部冲外形 FQC外观等检验 包装出货 FPC在电子产品中的应用 FPC早期广泛应用于手机终端 手机天线 FPC早期广泛应用于手机终端 手机天线 FPC早期广泛应用于手机终端 手机天线 FPC早期广泛应用于手机终端 手机天线 FPC应用于笔记本电脑 FPC应用于汽车电子领域 FPC的应用 其它领域 PDA 上网卡 摄像头 军事 航空工业 医疗等 FPC在手机中运用最多就是手机天线 FPC类天线主要的结构组装方式 一 FPC 支架FPC直接粘贴在支架表面 金手指一般设计到支架底面 在PCB板上SMT小弹片 小弹片的弹脚连接到天线金手指 天线 支架加FPC 固定在PCB上 或者PCB固定在下图右图的支架中间 FPC类天线主要的结构组装方式 二 FPC 机壳FPC直接粘贴在机壳表面 金手指部分穿过机壳预留的间隙 延伸到机壳另一面 PCB板上SMT小弹片 小弹片的弹脚连接到天线金手指 FPC类天线主要的结构组装方式 此类天线特殊要求 a所有的转角 倒角 都至少0 3 1 0mm b金手指所粘贴部位不能有顶针 模具顶针 c不能打脱模剂 做好不使用自带脱模剂的材料 d如果机壳表面有喷油工艺 则FPC的粘胶面尽量远离喷油面的边缘 喷油区常有飞油导致FPC粘帖不良 塑胶件需喷油的 不能喷到贴FPC区域 FPC在应用中的问题 FPC类天线最主要的问题 1 起翘问题2 成本问题3 生产操作问题4 断裂问题 解决以上问题可以从客户结构设计改善以及FPC生产商 模切供应商 原材料供应商 改善 FPC类天线最主要的问题 FPC类天线塑胶部件设计技术要求 客户结构设计 一 贴FPC的塑胶件表面要设计得尽量平缓 避免R值 倒角 1mm 4mm之间的小圆弧面 大于5mm的圆弧尽量改为斜平面组合模拟大圆弧 其中每个斜平面的宽度尽量大于等于4mm FPC类天线最主要的问题 二 在塑胶件表面的合适位置设计加一些定位柱或热熔柱 以帮忙FPC粘贴时的定位和预防FPC的起翘 每个平面上的定位柱不得超过2个 柱子为直径0 8mm高0 25mm 如设计为热熔柱 则柱子为直径0 8mm 高0 8mm FPC类天线最主要的问题 三 塑胶件开模时要求在贴FPC的表面顶针印痕和其他印痕 断差应控制在0 02mm以内 以免表面起台阶和披峰导致 起翘起皱 同时表面抛光处理或DVI 27或花纹 以便FPC跟塑胶件粘贴更牢固 FPC类天线最主要的问题 四 金手指部位所贴的面为一个平面 并且不准在此平面设置顶针 模具顶针 尽量为光面或细火花纹 必须实心 不准为中空的结构 FPC类天线最主要的问题 五 FPC所要贴到的面都要求有圆角 一般0 5mm以上 不超过1 0mm 特殊部位0 3mm以上 不超过1 0mm 不能为尖角 如下图紫色位置是准备贴FPC的部位 红色位置是要求倒圆角的位置 FPC类天线最主要的问题 六 机壳上的缝隙设计要求其长度和宽度要能穿过相应FPC金手指的长度和宽度 根据金手指尺寸而定 两者相差单边0 2mm以上 FPC类天线最主要的问题 七 塑胶件在注塑生产时 要求不能打脱模剂 同时在图纸中注明 脱模剂对结构件 塑胶件 表面有一定的污染 其中乳化机油 会影响FPC粘贴 因此应慎用 FPC类天线最主要的问题 八 塑胶件 支架和机壳 生产可选用ABS和普通PC或是PC ABS等原材料 但避免选用PC141R和PC241R等型号原材料 因为此类带 R 型号的原材料本身带脱模剂 FPC类天线最主要的问题 解决FPC在实际应用中问题点 还可以从原材料中改善 在FPC天线中不干胶是重要固定材料 优良的永久性粘胶剂 合适的粘贴工艺是该天线质量的重要保证 然而 天线厂对于选用良好不干胶 不干胶的成分合成 不干胶的使用方法等了解甚少 或者可说是束手无策 形成完全依赖FPC线路板厂 失去质量控制 这种状态必须改变 FPC类天线最主要的问题 1 不同的被粘贴物表面对粘贴影响很大 粗糙的被粘贴物表面就需要粘度较强的粘胶剂 不然天线容易起翘即粘性不如人意 FPC类天线最主要的问题 2 被粘贴表面有平面和曲面之分 如果天线设计具有一定弧度则必须具有很强的粘合力 FPC类天线最主要的问题 3 FPC基材的柔性对于不干胶的粘合非常重要 特别是天线弧度较大时则必须有很好的柔性 否则 这款天线在短期内就会发生性能变化 较薄的基材有较好的柔性 FPC类天线最主要的问题 4 手机外壳 或天线支架 表面的清洁状况对粘合力影响很大 不干胶最适用于表面清洁 干燥 无油迹和无灰尘的被贴物基材 无论手机外壳还是天线支架厂必须保证产品绝对清洁无油迹和无灰尘 工人操作也必须保证不接触到粘结面 工人需要带手指套作业 FPC类天线最主要的问题 5 无论设计还是生产操作必须保证FPC准确定位在手机外壳 或支架 上 否则天线性能将有可能发生严重变化 FPC类天线最主要的问题 6 塑料中经常可见的增塑剂 在一定时间后会降低粘胶剂的粘性 为产品埋下隐患 FPC类天线最主要的问题 7 手机工作环境将对FPC的粘合产生一定影响 不是任何不干胶都可以长期在高温 潮湿 低温 干燥环境保持良好粘合力 综上所述 多种原因都可能造成FPC天线与外壳 或天线支架 粘合不良 而不良的粘合将导致FPC起翘 使天线性能发生可怕的变化 FPC在应用中的解决方案 FPC的起翘的防止和解决 起翘是FPC生产中最易发生的问题 因此要非常关注 1 FPC折弯处应力孔的设计和排布在FPC铺铜面较大的折弯处应设计加应力孔来减小FPC的折弯应力 避免天线批量时FPC起翘 应力孔的排列要均匀 间距适当 以免影响电性能 应力孔大小一般做0 8mm以上 也可为长圆形孔 条形孔 这些孔在设计面积图时就直接设计出来 FPC的起翘的防止和解决 2 大圆弧或球面的地方 容易起翘 此类起翘有个特点 只有少部分会起翘 但也要加应力孔解决FPC应力 FPC的起翘的防止和解决 3 FPC的铜箔 如果有大面积的铜箔折弯 应在折弯的地方打上排孔 长圆孔或条形孔 或者采用仅仅将铜箔上做孔 铜箔做孔基材 覆盖膜不开孔的方式 此种方式的铜箔孔可以做的比较小 可到直径0 6 0 8mm 另 尽可能在折弯处不要铜箔 或将铜箔做窄 将铜箔放在平面的地方走线 折弯应力在铜箔处增大 FPC的起翘的防止和解决 4 金手指旁边设计定位的柱子为定位用 在FPC适当位置设置定位柱 定位柱的高度0 6mm 在靠近边缘易于起翘的地方 定位柱可以变更成热熔柱 经过热熔后防止起翘 FPC的起翘的防止和解决 5 在FPC适当位置设置定位柱 兼定位作用 FPC的起翘的防止和解决 6 FPC贴在支架或机壳上时 不要短于4 0mm 如下图 FPC的起翘的防止和解决 7 塑胶件掏胶孔较大的天线要开排气孔 避免涨气引起起翘 如下图所示 FPC的起翘的防止和解决 8 天线设计防起翘方法通常为打孔 应力孔的位置一定要正对折弯角 并有效减少回弹应力 R角较小的折弯 可开长条孔 条形孔 在射频允许的情况下 两端开槽 可有效防止起翘 如下图所示 FPC的起翘的防止和解决 9 应力孔开在弧面上的 要开短条孔或圆孔 孔过长会造成二次起翘 如下图所示 FPC的起皱的防止和解决 平整的天线贴到冠面 球面 上 必然会起皱 轻微起皱可以通过按压使材料变形来克服 严重起皱要采取措施克服 防起皱的有效方式是开槽 开孔可以缓解起皱程度 因为射频走线限制通常槽不能开太深 所以常以两种方式配合解决起皱问题 如下图所示 FPC的起翘解决方案 从胶等方面考虑 型号 HKW3367胶黏剂概述 HKW3367胶黏剂专门根据手机行业背过胶的薄膜天线 FPC 容易从塑料机壳上起翘而研发的胶黏剂 具有干燥快 粘接力强 不发白 容易操作 耐环境性能好等优点 粘结适合表面 金属 玻璃 ABS PET PBT等大部分塑料材质 FPC的起翘解决方案 从胶等方面考虑 3MAdhesionPromoterN 2003MN 200底胶 胶带底涂剂 型号 3MN 200品牌 3M产地 日本颜色 透明黄色容量 1L12听 箱特点 用C 100稀释 C 100 甲苯 1 100 类型 吸潮粘结表面 PVC PU PC ABS PA 玻璃等 FPC在未来5G通讯的应用 背景1 5G代指5th Generation 第5代移动通信网络 其突出特点为理论峰值传输速度可达每秒数十Gb 比4G网络的传输速度快数百倍 5G信号传输的载体是天线 天线就如同公路一样 提供的是信息交互的通道 传统软板由铜箔 绝缘基材 覆盖层等构成的多层结构组成 使用铜箔作为导体电路材料 PI膜作为电路绝缘基材 PI膜和环氧树脂粘合剂作为保护和隔离电路的覆盖层 经过一定的制程加工成PI软板 背景1 目前应用较多的软板基材主要是聚酰亚胺 PI 但是由于PI基材的介电常数和损耗因子较大 吸潮性较大 可靠性较差 因此PI软板的高频传输损耗严重 结构特性较差 已经无法适应当前的高频高速趋势 在这种大背景下FPC天线新的基材应运而生 LCP基材 LCP 液晶聚合物 是一种新型的热塑性有机材料 可以保证较高可靠性的前提下实现高频高速 背景2 手机进入全面屏时代 屏占比越来越大 留给天线的装载空间却越来越小了 从16 9的屏幕 到18 9甚至更大比例的屏幕 留给天线的空间大概只有3 5毫米或更窄 可摆放天线的位置更加受限 天线的净空区缩小 天线与金属结构件更近 这会使得天线的全向通信性能很差 也使得天线的设计难度提升 背景2 以手机为例 随着全面屏等兴起 产品形态改变 更多组件加入 更大的电池等等 这些都是导致手机内部空间进一步压缩的原因 天线可以用于设计的空间越来越小 天线阵列等小型化手段层出不穷 手机内部空间压缩 主要有三方面 1 全面屏设计 虽然手机长宽变大 但厚度继续下降 2 智能手机集成的功能组件越来越多 比如传感器和摄像头等 进一步把空间压榨 3 更大屏幕尺寸和更多功能组件对电量的消耗急剧增加 而电池密度通常每年只增加10 增加的电能需求使电池体积越来越大 背景2 要想改变天线在手机内部的 生存空间 除了优化天线性能 采用阵列结构等方式 更多需要从天线本质形态做一下努力 在这种情况下 将天线尺寸减小是首要任务 恰巧LCP满足了这种需求 因为LCP可以实现更高的小型化 LCP软板有更好的柔性性能 相比PI软板可以进一步提高空间利用率 用电阻变化大于10 来做判断 同等实验条件下 LCP软板相比传统的PI软板可以耐受更多的弯折次数和更小的弯折半径 因此LCP软板具有更好的柔性性能和产品可靠性 什么是LCP 液晶聚合物 LiquidCrystalPolyester 是80年代初期发展起来的一种新型高性能工程塑料 又称LCP 是一种由刚性分子链构成的各向异性的芳香族聚酯类产品 具有极高的物理强度和结晶性 在一定的物理条件下既有液体的流动性又呈现晶体的各项异性的物理状态 液晶态性能特殊 制品拉伸强度和弯曲模量可超过10年来发展起来的各种热塑性工程塑料 液晶聚合物有溶致性液晶聚合物 LLCP 热致性液晶聚合物 TLCP 和压致性液晶聚合物 PLCP 三大类 应用于柔性电路制作是热致液晶 热致性液晶聚合物 TLCP ThermotropicLiquidCrystalPolymer LCP有什么优点呢 1 LCP基材的损耗值仅为2 4 相比传统基材2 的电磁损耗要小10倍 可以有效降低损耗 2 LCP基材能够合理将天线辐射体进行弯折 是在空间上缩小天线尺寸的一种有效方法 3 LCP可取代同轴电缆 同轴电缆 由于电缆中的信号线组成 能够进行大容量数据传输 但缺点是它的厚度 采用LCP材料的软板电路厚度仅有0 2毫米 而且具有3层结构 可携带几根信号线 可取代同轴电缆 4 LCP软板具有与天线传输线同等的优良传输损耗表现 成本却更低 5 LCP软板替代天线传输线可实现更高的空间利用率 LCP的特性 它具有以下电学特性 1 在高达110GHz的全部射频范围几乎能保持恒定的介电常数 一致性好 2 正切损耗非常小 仅为0 002 即使在110GHz时也只增加到0 0045 非常适合毫米波应用 3 热膨胀特性非常小 可作为理想的高频封装材料 LCP的应用 LCP主要应用