柔性電路板，又稱(chēng)撓性板，是由在柔性介質(zhì)表面制作有導(dǎo)體線路來(lái)組成，可以包含或不包含覆蓋層。一般導(dǎo)體與柔性介質(zhì)之間是用膠粘接的，盡管目前也有無(wú)膠銅箔材料。柔性板介質(zhì)的介電常數(shù)比較低，可以給導(dǎo)體提供良好的絕緣和阻抗性能。同時(shí)柔性介質(zhì)很薄并具有柔性，它同樣具有良好的抗拉力、多功能性和散熱性能。

不像普通PCB（硬板），FPC 能夠以很多種方式進(jìn)行彎曲、折疊或重復(fù)運(yùn)動(dòng)。為了挖掘FPC的全部潛能，設(shè)計(jì)者可以使用多種結(jié)構(gòu)來(lái)滿足各種需求，如單面板、雙面板，多層板和軟硬結(jié)合板等。

目前市場(chǎng)上存在兩種類(lèi)型的柔性板：印制（蝕刻）的和絲印的。絲印的柔性板又稱(chēng)聚合物厚膜（Polymer Thick Film，簡(jiǎn)稱(chēng)PTF）柔性板。與普通的印制蝕刻技術(shù)不一樣，PTF 技術(shù)是采用其它工序直接在介質(zhì)薄膜上絲印導(dǎo)電油墨作為導(dǎo)體。雖然PTF 柔性板的應(yīng)用場(chǎng)合不斷擴(kuò)大（如很流行的薄膜開(kāi)關(guān)），但是印制的柔性板還是這兩種中使用廣的。本設(shè)計(jì)規(guī)范中主要關(guān)注印制的柔性電路板（Flexible Printed Circuit，簡(jiǎn)稱(chēng)FPC）的結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)方法。本文中提到的柔性板也就是指柔性印制電路板。

 

   柔性板材料介紹

         在柔性板設(shè)計(jì)中，材料的類(lèi)型和結(jié)構(gòu)非常重要。它主要決定著柔性板的柔軟性、電氣特性和其它機(jī)械特性等；對(duì)柔性板的價(jià)格起著重要的作用。我們必須在設(shè)計(jì)圖紙中規(guī)定好所有的材料。為了起到更好的說(shuō)明作用，建議用橫截面示意圖來(lái)表示柔性板的層壓結(jié)構(gòu)。

 

 

      FPC 加工廠家可選的柔性覆銅介質(zhì)和帶膠的介質(zhì)薄膜應(yīng)該符合IPC-MF-150，IPC-FC-231 和IPC-FC-232 ，或者符合IPC-FC-241 和IPC-FC-232 規(guī)定。這些IPC 規(guī)范把各種材料按照自然特性分類(lèi)出來(lái)。從眾多材料中選擇適合的材料必須考慮下列幾點(diǎn)：

 

 

 

     

1.潮敏特性 2. 阻燃特性  3.電氣特性 

4.機(jī)械特性 5. 熱沖擊特性

 

 

 

設(shè)計(jì)者和FPC 加工廠家必須依據(jù)成本、性能和可制造性來(lái)選擇材料。

 

1.1 介質(zhì)(Dielectrics)

 

      根據(jù)需求的不同，柔性電路板使用的板材也不一樣?？梢詮膽?yīng)用的場(chǎng)合及成本等方面加以綜合考慮。常用的有Polyimide（聚酰亞胺，分有膠和無(wú)膠）和Polyester（聚酯）。這幾種材料的特性比較如下表所示：

 

	Polyester（有膠）	Polyimide（有膠）	Polyimide（無(wú)膠）
機(jī)械特性
柔軟性（ 半徑約2.0mm）	一般	好	優(yōu)
熱成型	可以	不行	不行
MODULUS	2800MPa～5500 MPa	2500MPa	4000MPa
撕裂力度	800g	500g	500g
剝離強(qiáng)度（空氣中）	1050N/M	1750N/M	1225N/M
化學(xué)/環(huán)境特性
蝕刻（>20%）	優(yōu)	差	好
UV	PET：差 PEN ：一般	好	優(yōu)
UL認(rèn)證/大工作溫度	85?～165?	85?～165?	105?～200?
阻燃	VTM-0（用FR膠）	VTM-0（用FR膠）	VTM-0
電氣特性
介電常數(shù)（1MHz）	3.4	3.5	3.3
絕緣強(qiáng)度	4-5KV/25μm	3-5KV/25μm	5KV/25μm
絕緣阻抗	103Ω－cm	103Ω－cm	103Ω－cm
熱特性
焊接	5秒@246?～260?	5秒@288?（需要預(yù)烘烤）	5秒@288?（不需要預(yù)烘烤）
加工、裝配特性
通孔成型	有限制	優(yōu)	優(yōu)
表面安裝（IR回流焊）	PEN-可以 PET-不可以	好～優(yōu)	優(yōu)
Wire   bonding	不行	某些膠可以	優(yōu)
Chip(   直接粘附)	差	一般～優(yōu)	優(yōu)

表1 幾種常用基材特性比較

 

1.1.1 聚酰亞胺(Polyimide)

        聚酰亞胺（簡(jiǎn)稱(chēng)PI）是柔性電路加工中常用的熱固化絕緣材料。材料的厚度范圍一般是12.5μm(0.5mil) 和125μm(5mil) 。部分廠家可以提供7 mil厚度的，常用的規(guī)格是25μm(1mil) 和12.5μm(0.5mil) ，Polyimide 薄膜，比如DuPont（杜邦）公司的“Kapton®”薄膜，具有優(yōu)異的柔軟性能，良好的尺寸穩(wěn)定性，可以工作在很寬的溫度范圍。而且，它還是阻燃材料，具有突出的抵抗焊接溫度性能，在焊接條件下電性能絲毫無(wú)損。

 

1.1.2聚酯(Polyester)

      Polyester 是由polyethylene terephthalate（簡(jiǎn)寫(xiě)PET，聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯）來(lái)制成的，比如DuPont（杜邦）公司的“Mylar®”薄膜。它應(yīng)用于柔性板的厚度范圍一般是25μm（1mil）～125μm（5mil）。它和Polyimide 一樣具有極好的柔軟性和電氣性能。但是它在制程過(guò)程的尺寸穩(wěn)定性比Polyimide 的稍微差些。另外，它的抗撕裂能力也較差，對(duì)焊接溫度也比較敏感。

 

1.2 導(dǎo)體

     柔性板導(dǎo)體材料的選擇主要取決于特定應(yīng)用條件下的材料性能。特別是在動(dòng)態(tài)使用情況下，柔性板不停地折疊或伸展，就需要具備有長(zhǎng)疲勞壽命的薄的材料。柔性板導(dǎo)體一般有銅箔、銅鎳合金和導(dǎo)電涂料等。

 

1.2.1 銅箔(Copper foil) 

        在柔性板中常用、經(jīng)濟(jì)的導(dǎo)體材料是銅箔。銅箔主要分為電解銅箔（ED，Electrodeposited copper）和壓延銅箔（RA，Rolled－Annealed copper）。電解銅箔，是采用電鍍方式形成。其銅微粒結(jié)晶狀態(tài)為垂直柱狀，易在蝕刻時(shí)形成垂直的線條邊緣，有利于精細(xì)線路的制作；但因?yàn)?span style="margin:0px;padding:0px;max-width:100%;color:#FF0000;box-sizing:border-box !important;word-wrap:break-word !important;">柱狀結(jié)構(gòu)易發(fā)生斷裂，所以在經(jīng)常彎曲時(shí)容易斷裂

         壓延銅箔，是柔性板制造中使用多的銅箔。其銅微粒結(jié)晶呈水平軸狀結(jié)構(gòu)，它比電解銅更能適應(yīng)多次重復(fù)撓曲。但是因?yàn)閴貉鱼~表面比較光滑，在粘膠的那一面需要特殊處理。

 

圖2 電解銅和壓延銅微粒結(jié)晶結(jié)構(gòu)示意圖

 

1.2.2 其它導(dǎo)體

        除了銅箔以外，柔性板的其它導(dǎo)體材料還有銅鎳合金（比如Constantan）和導(dǎo)電涂料。導(dǎo)電涂料是導(dǎo)電材料（如銀，碳等）混合聚合物粘接劑（如樹(shù)脂）構(gòu)成的漿狀物。導(dǎo)電涂料印刷在介質(zhì)表面，然后再覆蓋起來(lái)。例如銀漿，如果覆蓋絕緣好的話，它的導(dǎo)電性能也是非常不錯(cuò)的。導(dǎo)電涂料與銅箔相比電氣性能稍遜，阻抗系數(shù)也比較高，在某些應(yīng)用柔性場(chǎng)合不適合用它做導(dǎo)體。下表列出各種金屬薄膜的特性比較。

Metal   Foils	Resistance   cm*106	Temperature   Coefficient Of Resistance	Thermal   Conductivity W/m*K	Tensile   Strength (psi)	Elongation   (annealed) %
壓延銅	1.67	0.00393	393	32000	20
電解銅	1.77	0.00382	393	25000	12
鋁	4.33	0.0039	255	16000	30
不銹鋼	75	-	6	90000	40
鈹銅(Beryllium Copper)	1.72	-	83	60000*   200000**	35-60*   1-4**

表2 金屬薄膜的特性比較

 

1.3 膠(Adhesive)

     在柔性板設(shè)計(jì)時(shí)，選擇合適的膠來(lái)粘接導(dǎo)體和介質(zhì)也是非常重要的。它必須保證FPC 在加工時(shí)不脫膠或不過(guò)多地溢膠。柔性板常用的膠有丙烯酸（acrylic），改良環(huán)氧樹(shù)脂（modified epoxy）， 酚丁縮醛（Phenolic Butyrals），增強(qiáng)膠，壓敏膠等等。下表列舉了幾種膠的特性。

Adhesive   Type	Peel   Strength Post solder	Adhesive   Flow Mils/mil	Moisture   Absorption Max%	Surface   Resistivity Min	Dissipation   Factor @1MHz	Dielectric   Constant @1MHz
Polyester	N/A*	10mils   max	2.0	104	0.02	4.0max
Acrylic	7.01b/in   min	5mils   max	6.0	105	0.05	4.0max
Epoxy	8.01b/in   min	5mils   max	4.0	104	0.06	4.0max

Polyimide	5.01b/in	5mils	3.0	105	0.010	4.0max
	min	max
Butyral:   Phenolic	5.01b/in   min	5mils   max	2.0	104	0.025	3.0max

表3 常用粘膠的特性比較（一）

表4 常用粘膠的特性比較（二）

 

2.3.1丙烯酸膠(Acrylic) 、改良丙烯酸膠(Modified Acrylic)    

        丙烯酸膠(Acrylic adhesives) 及其改良膠(Modified Acrylic Adhesives) 是一種熱固化材料。材料厚度一般有12.5μm（0.5mil）至100μm（4mil），常用的是0.5mil 和1mil 。它廣泛應(yīng)用于高溫柔性場(chǎng)合（如需要鉛錫焊接操作），保證在這些應(yīng)用場(chǎng)合下不脫膠或起泡。它還具有優(yōu)良的抗化學(xué)作用特性，可以抵抗加工過(guò)程中化學(xué)物質(zhì)和溶劑的影響。與傳統(tǒng)的丙烯酸膠不一樣，改良丙烯酸膠具有部分類(lèi)似熱塑性材料的特性。它是用局部橫向耦合的方式來(lái)改良材料的。當(dāng)溫度大于它的玻璃轉(zhuǎn)化溫度時(shí)（Tg），膠就粘到銅或介質(zhì)上。因?yàn)椴牧?span style="margin:0px;padding:0px;max-width:100%;line-height:inherit;box-sizing:border-box !important;word-wrap:break-word !important;">的局部橫向耦合結(jié)構(gòu)，膠可以在需要時(shí)重復(fù)粘接。像Rogers 公司的“R/Flex® 2005 ”或Dupont 公司的“Pyralux® LF”材料中用的膠就用了改良丙烯酸膠。

 

2.3.2 改良環(huán)氧樹(shù)脂膠(Modified Epoxy Adhesives)

        改良環(huán)氧樹(shù)脂膠具有低的溫度膨脹系數(shù)，經(jīng)常應(yīng)用于多層柔性板或軟硬結(jié)合板。環(huán)氧樹(shù)脂是一種熱固化材料，在它里面加入其它聚合物來(lái)得到增加柔性的改良環(huán)氧樹(shù)脂膠。改良環(huán)氧樹(shù)脂膠具有極好的Z 軸膨脹系數(shù)特性，還具有高的粘合力，低的潮濕吸收率，以及抵制加工過(guò)程化學(xué)溶劑的抗化學(xué)作用特性。

 

2.3.3 酚丁縮醛膠(Phenolic Butyrals Adhesives) 

        酚丁縮醛，如Rogers 公司的“R/Flex® 10000”膠，與環(huán)氧樹(shù)脂一樣的也具有熱固化特性。除此之外，它的柔性特性增強(qiáng)了，更適合于動(dòng)態(tài)柔性應(yīng)用。但是它不能粘接聚酰亞胺介質(zhì)和環(huán)氧樹(shù)脂膠。

 

2.3.4 增強(qiáng)膠(Reinforce Adhesives)

        增強(qiáng)膠是在玻璃纖維中注入環(huán)氧樹(shù)脂或聚酰亞胺樹(shù)脂來(lái)構(gòu)成的。它常用于多層FPC 或軟硬板的層間粘合。

注入環(huán)氧樹(shù)脂的玻璃纖維，又稱(chēng)半固化片，在軟硬結(jié)合板中可以用作膠或用作基材薄膜。它與改良丙烯酸膠不同的是因?yàn)樗牡蜔崤蛎浵禂?shù)（thermal expansion coefficient，簡(jiǎn)寫(xiě)CTE）和高玻璃轉(zhuǎn)化溫度（Tg），顯著改善了多層FPC 中的Z 軸穩(wěn)定性。

       注入聚酰亞胺樹(shù)脂的玻璃纖維，更加增加了軟硬結(jié)合板金屬化孔的Z 軸穩(wěn)定性。它的CTE 和Tg 比注入環(huán)氧樹(shù)脂的還要好。但是它價(jià)錢(qián)更貴，生命周期也較短。

 

2.3.5 壓敏膠(Pressure Sensitive Adhesive) 

       壓敏膠（Pressure sensitive adhesives，簡(jiǎn)稱(chēng)PSA），可能是FPC 加工中簡(jiǎn)單和的膠。正如名字代表的一樣，壓敏膠不需要特殊的壓合過(guò)程，可以手工粘貼到介質(zhì)表面。因?yàn)樗鼘?duì)溫度和多種化學(xué)物質(zhì)敏感，所以它不能用來(lái)膠合介質(zhì)和銅箔。因此壓敏膠的主要用途是粘接補(bǔ)強(qiáng)板或把硬板粘到軟板上。

 

1.4 無(wú)膠壓合材料(Adhesiveless Laminates)

     隨著高密度FPC 的發(fā)展，對(duì)可靠性和尺寸穩(wěn)定性要求也越來(lái)越高。一些主要的材料供應(yīng)商如Dupont，Nippon Steel 等提供了一種稱(chēng)為無(wú)膠壓合的材料。無(wú)膠壓合材料解決了生產(chǎn)過(guò)程中與膠相關(guān)的問(wèn)題（如壓合時(shí)容易出現(xiàn)膠厚度不均勻、溢膠等），而且厚度減薄了。

 

1.5 覆蓋層(Cover Layer)

     覆蓋層一般是介質(zhì)薄膜和膠的壓合體，或者是柔性介質(zhì)的涂層。非導(dǎo)體薄膜或涂層可以選擇地覆蓋到FPC 表面，起到避免玷污、潮濕、刮痕等保護(hù)作用。常見(jiàn)的保護(hù)層有覆蓋膜（cover film） 和阻焊(Solder mask) 。

 

1.5.1 覆蓋膜(Cover Film)

        覆蓋膜是介質(zhì)薄膜和膠的壓合體。它所用的膠與前面介紹的一樣，厚度一般是25μm。當(dāng)然也有無(wú)膠覆蓋膜材料。而介質(zhì)薄膜和基材介質(zhì)的一樣，主要有下面兩種:

 

      1.聚酰亞胺（Polyimide）

         介質(zhì)厚度范圍一般有25μm，50μm～125μm。它的         特性與基材介質(zhì)中介紹的一樣，主要是柔軟性好，耐         高溫

 

      2.聚脂（Polyester）

      介質(zhì)厚度范圍一般有（25μm/5        0μm/75μm）。它的特性與基材介質(zhì)中介紹的一樣，        主要是相對(duì)便宜，柔曲度好，但不耐高溫。

 

1.5.2 阻焊油墨(Solder Mask)

        在某些特定的應(yīng)用場(chǎng)合，柔性板可以和普通硬板一樣使用阻焊油墨來(lái)做導(dǎo)體的保護(hù)、絕緣層。油墨的顏色多種多樣，適合多種使用環(huán)境。如攝像頭連接的柔性板用黑色油墨避免反光。另外油墨價(jià)格便宜，可以采用印刷方式加工，總成本很低。但是它柔性沒(méi)有覆蓋膜的高。

 

1.5.3 覆蓋膜與油墨的區(qū)別

      1.覆蓋膜優(yōu)點(diǎn)：彎曲性能好；厚度較厚，保護(hù)、絕緣強(qiáng)        度較高。缺點(diǎn)：含有膠的覆蓋膜壓合時(shí)會(huì)溢膠，不適         合于小焊盤(pán)。焊盤(pán)阻焊開(kāi)窗一般都是鉆孔方式；對(duì)于實(shí)        現(xiàn)直角、方形等開(kāi)窗需要額外開(kāi)?；蛴描D射切割等方          式，難度較大?？偝杀颈容^貴。

 

     2，油墨優(yōu)點(diǎn)：厚度薄，適合于要求薄而且柔性要求不           是很高的場(chǎng)合。顏色多種多樣。采用印刷方式加工，         簡(jiǎn)單。不存在溢膠的問(wèn)題，適合細(xì)間距焊盤(pán)?？偝杀?        便宜（是PI 覆蓋膜1/4 或更少）。

 

缺點(diǎn)：因?yàn)楸容^薄，絕緣強(qiáng)度沒(méi)有PI 覆蓋膜的高。彎        折性能較差，一般少于1 萬(wàn)次，對(duì)于動(dòng)態(tài)要求很高的           場(chǎng)合就不太適合。

 

1.6補(bǔ)強(qiáng)板(Stiffener) 

     在有器件焊接等很多應(yīng)用場(chǎng)合中，柔性板需要用補(bǔ)強(qiáng)板（Stiffener，又稱(chēng)加強(qiáng)板）來(lái)獲得外部支撐。補(bǔ)強(qiáng)板材料有PI 或Polyester 薄膜，玻璃纖維，聚合物材料，鋼片，鋁片等等。

 

1，PI 或Polyester 薄膜，它們是柔性板補(bǔ)強(qiáng)板常用材料。常用的厚度是125μm(5mil) ，可以獲得一些硬度。

 

2，玻璃纖維（如FR4），它們也是補(bǔ)強(qiáng)板常用材料。玻璃纖維補(bǔ)強(qiáng)板的硬度比PI 或Polyester 的高，用于要求更硬一些的地方。厚度范圍一般是125μm（5mil）～3.175mm（125mil）。但是它的加工相對(duì)PI 的困難，而且可能不是某些柔性板加工廠家的常備材料。

 

3，聚合物(Polyetherimide)，如塑料等。它的吸水率低，耐高壓和高溫。4，鋼片、鋁片，支撐硬度高，而且還可以散熱。設(shè)計(jì)中的硬度或散熱是主要的關(guān)心指標(biāo)。

 

 

  柔性板的設(shè)計(jì)

 

       根據(jù)應(yīng)用需要，確定適合的柔性要求。部分柔性板只是滿足不共面連接等的需要，只需要在安裝時(shí)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(guò)轉(zhuǎn)軸的柔性板，柔性板就要求一定的彎曲次數(shù)。而要求的是在硬盤(pán)磁頭等場(chǎng)合中使用的柔性板，需要更長(zhǎng)時(shí)間往復(fù)彎曲運(yùn)動(dòng)。綜合起來(lái)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(dòng)態(tài)柔性(dynamic flex application)

  ? 碟機(jī)驅(qū)動(dòng)頭應(yīng)用場(chǎng)合(disk driver application) 

柔性要求不一樣，選擇不同的設(shè)計(jì)方案、加工板材和加工方式。

 

2.1安裝方式

柔性板與硬板之間的互連方式主要有下面幾種：

  ? 板對(duì)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(shí)，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(duì)加工精度的要求。

     一般常用的是板對(duì)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(jià)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(shè)備，它應(yīng)用得也越來(lái)越普遍了。

 

2.2 疊層、阻抗、屏蔽要求

2.2.1疊層設(shè)計(jì)   

     在設(shè)計(jì)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(shí)，雙面板或雙面板＋銀漿層可以根據(jù)設(shè)計(jì)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(lái)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(hào)或其它公司的材料請(qǐng)根據(jù)設(shè)計(jì)需求來(lái)選擇。

 

各層定義	層壓材料描述	材料厚度(in inch):	杜邦板材型號(hào)
Coverlayer Top	Polyimide   Coverlayer	0.0010	FR0110
	Adhesive	0.0010
Artwork Top	Base+Plating Copper	0.0012	FR8510
	Adhesive	0.0010
Coverlayer Bottom	Polyimide Base   Material	0.0010
	Total Thickness	0.0052

 表一 單面FPC 層疊結(jié)構(gòu)及材料厚度

 

各層定義	層壓材料描述	材料厚度(in inch):	杜邦板材型號(hào)
Coverlayer Top	Polyimide   Coverlayer	0.0010	FR0110
	Adhesive	0.0010
Artwork Top	Base+Plating Copper	0.0012	FR8515
	Adhesive	0.0010
	Polyimide Base   Material	0.0010
	Adhesive	0.0010
Artwork Bottom	Base+Plating Copper	0.0012
	Adhesive	0.0010	FR0110
Coverlayer Bottom	Polyimide   Coverlayer	0.0010
	Total Thickness	0.0094

 表二 雙面FPC 層疊結(jié)構(gòu)及材料厚度

 

各層定義	層壓材料描述	材料厚度(in inch):	杜邦板材型號(hào)
Coverlayer Top	Polyimide   Coverlayer	0.0010	FR0110
	Adhesive	0.0010
Silver Paste Top	Silver Shielding	0.0010	SILVER
Coverlayer02	Polyimide   Coverlayer	0.0020	FR0220
	Adhesive	0.0020
Artwork Top	Base Copper+ED   copper	0.0012	FR8515
	Adhesive	0.0010
	Polyimide Base   Material	0.0010
	Adhesive	0.0010
Artwork Bottom	Base Copper+ED   copper	0.0012
	Adhesive	0.0020	FR0220
Coverlayer03	Polyimide   Coverlayer	0.0020
Silver Paste Bottom	Silver Shielding	0.0010	SILVER
	Adhesive	0.0010	FR0110
Coverlayer Bottom	Polyimide   Coverlayer	0.0010
	Total Thickness	0.0194

 表三 雙面FPC+ 雙面銀漿層疊結(jié)構(gòu)及材料厚度

 

2.2.2阻抗設(shè)計(jì)

    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(lái)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(lái)計(jì)算走線阻抗。

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

 

上圖采用“Coated Microstrip”微帶線模型計(jì)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(lái)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(duì)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(shí)心時(shí)，線寬6mil 的帶狀線的阻抗計(jì)算是33 歐。如下表所示： 表10 帶狀線阻抗計(jì)算例子

更大的線寬需要達(dá)到同樣的阻抗要求時(shí)，可以采用兩種方式來(lái)實(shí)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(huì)影響FPC 的柔軟性。采用網(wǎng)格參考平面，即可實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的阻抗要求，柔性也得到改善，但是阻抗的計(jì)算就會(huì)很復(fù)雜。網(wǎng)格對(duì)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(shí)心參考平面時(shí)的阻抗小。目前可以用HFSS 等軟件仿真得到阻抗值，或者提出要求請(qǐng)廠家根據(jù)經(jīng)驗(yàn)或?qū)＠麃?lái)控制。

一般可控制的單線阻抗為：25-100 ohm 

                     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(shí)，可以增加屏蔽層來(lái)實(shí)現(xiàn)要求。屏蔽層可以是實(shí)心銅皮、銅皮網(wǎng)格和銀漿網(wǎng)格等。

實(shí)心銅皮：是普通的屏蔽方式。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)以實(shí)心銅皮為參考層時(shí)阻抗控制比較簡(jiǎn)單，可以直接用軟件計(jì)算。但是實(shí)心銅皮會(huì)增加FPC 的層數(shù)，使得FPC 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(huì)使得FPC 變厚，影響小彎曲半徑。

 

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(shí)，因?yàn)殂~量變少，比實(shí)心銅皮時(shí)的柔性提高了；但是銅皮網(wǎng)格一樣會(huì)增加FPC 的層數(shù)，使得FPC 加工難度變大；銅皮屏蔽層也會(huì)使得FPC 變厚，影響小彎曲半徑。當(dāng)以實(shí)心銅皮為參考層時(shí)阻抗控制比較簡(jiǎn)單，可以直接用軟件計(jì)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(shí)，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(lái)絕緣。采用銀漿的好處是電路的層數(shù)沒(méi)有增加，制造方便，成本低廉。但是銀漿比較脆，它不適合動(dòng)態(tài)彎曲要求高或者彎曲半徑很小的場(chǎng)合。

 

2.3 時(shí)序分析、信號(hào)質(zhì)量，串?dāng)_要求

     當(dāng)柔性板中走線長(zhǎng)度足夠長(zhǎng)時(shí)，就需要分析柔性板的走線延遲；或者因?yàn)樾盘?hào)傳輸過(guò)程引起的衰減、失真等問(wèn)題。有些時(shí)候需要增加驅(qū)動(dòng)、匹配或均衡、隔離等技術(shù)來(lái)保證信號(hào)質(zhì)量要求。

    在安排連接器上管腳的信號(hào)排序時(shí)，需要考慮大電流信號(hào)、高速信號(hào)、高壓信號(hào)等對(duì)其它信號(hào)的影響。同時(shí)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(guò)搭建模型進(jìn)行仿真，得出滿足器件串?dāng)_要求的小信號(hào)線間距。在設(shè)計(jì)時(shí)可設(shè)網(wǎng)絡(luò)的間距規(guī)則，或設(shè)Max Parallelism（信號(hào)線平行多長(zhǎng)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(jì)FPC 時(shí)，需要對(duì)信號(hào)的電流大小進(jìn)行充分的評(píng)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(gè)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(shí)，可以考慮把FPC 貼到鋁基板、鋼片等上面，使其充分散熱。

 

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

2.6 環(huán)保要求

歐盟2003 年1 月27 日正式頒布RoHS 指令(Restriction of Hazardous Substances)，限制了相關(guān)產(chǎn)品對(duì)有毒材料的使用。并將于2006 年7 月1 日要求制造商開(kāi)始執(zhí)行。針對(duì)FPC 設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，要求使用到的介質(zhì)不能使用有鹵素成分。目前有些板材供應(yīng)商已經(jīng)生產(chǎn)出無(wú)鹵素材料。如Dupont 公司的“Pyralux® LF”系列板材。