FPC介绍与应用.ppt

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1、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Flexible Printed Circuit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

2、名称如“可挠性线路板”，“软膜”，“柔板”等。,FPC的产品结构组成,FPC layout 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(Base film)：12.5、25、50、75、125m（PIPE）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

3、有1/2mil、1mil、2mil；(12.7m、25.4m、50.8m),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Copper Foil：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-deposited Copper），压延铜（RA铜，R

4、olled Annealed Copper），高延展性电解铜（High Density Electro-deposited Copper）,料厚有：18m、35m、70m。,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0.42mil(1

5、0.16-50.8m)均有，一般使用18m厚的胶。注：1mil=0.0254mm=25.4m,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:Tesa 4965,Tesa 4972,Tesa 68532,Tesa 68732 等等,3M966,3M467MPF,3M9888T,3M9471,3M9495，3M9460 等等Tesa 68532 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,

6、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0.51.4mil（12.7-35.56m）。,FPC的材料组成,e)补强材料Stiffener材质：PI/PET/FR4/SUS,厚度0.10.3mm;,FPC的常用材料,FPC的常用类型,FPC的类型1，单面板（Singel side）2，双面板（Double side）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

7、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

8、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

9、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

10、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

11、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+A

12、BS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

13、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

14、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

15、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。另:尽可能在折弯处不要铜箔.或将铜箔做

16、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

17、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（FP

18、C）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）,3M AdhesionPromoter N-200 3MN-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

19、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

20、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

21、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

22、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（Thermotro

23、picLiquidCrystalPolymer）。,LCP有什么优点呢？,1、LCP基材的损耗值仅为24，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）

24、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110 GHz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主要应用在高频电路基板、COF基板、IC封装等领域，可以预见，随着高频高速应用的趋势越来越明显，LCP这种新型工艺将会替代PI成为新的软板工艺。日本旗胜为应对5G（下一代通信技术）智能手机发展，将开发LCP（液晶聚合物）材料基柔性印刷线路板（FPC），用于高频及数字信号的传输线路、天线等的设计应用。此外臻鼎、台郡两家厂商也表示将积极参与到新型工艺技术的手

25、机天线软板市场当中，上游原物料厂商台虹及新扬、亚电均更积极投入5G通讯产品开发。台虹及新扬也相继完成新材料，以因应5G通讯需求。,LCP的应用,业内暂时能稳定出货便是日系的村田制作所和台系的嘉联益两家，而嘉联益开发多年的 LCP 软板天线产品获得了苹果的青睐，已经从iPhone X开始成为其天线的供应商。可以看到软板的应用范围很广，需求市场也很大。有统计显示，中国的FPC市场规模会达到300亿以上。随着手机、平板、笔记本电脑和可穿戴等小型化终端的发展，同时消费者对于产品形态的下一步革新，诸如全面屏、柔性屏幕等采用，FPC的需求只会有增无减。,LCP与传统PI对比,优秀的柔性性能使LCP软板可以

26、自由设计形状，从而充分切合手机内部狭小的空间。以跨越电池的柔性软板为例，LCP软板可以很好贴合电池，而PI软板在回弹效应的影响下没法紧贴电池表面，这造成整机内部结构的不严密，同时浪费了一定的空间。LCP软板替代天线传输线可以减少65%的厚度，可以进一步提高空间利用率。传统设计使用天线传输线，也就是我们所说的同轴电缆，将信号从天线传输到主板，而多模多频要求在狭小的空间放置多跟天线传输线。,LCP与传统PI对比,LCP软板拥有与天线传输线一样优秀的传输损耗，可在仅0.2毫米的3层结构中携带若干根传输线，并将多个射频线一并引出，这意味着利用LCP软板可以取代粗厚的天线传输线和同轴连接器，减少厚度。,