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適應(yīng)不同產(chǎn)品構(gòu)型的電路板設(shè)計(jì) 彈性搭配軟板、印刷電路板

發(fā)布時(shí)間 :2018-06-07 17:37 閱讀 : 來(lái)源 :技術(shù)文章責(zé)任編輯 :深圳宏力捷PCBA加工部
FPC的可撓曲特性,可用于連接不同電路的彈性設(shè)計(jì)。
FPC的可撓曲特性,可用于連接不同電路的彈性設(shè)計(jì)。
 
3C產(chǎn)品尺寸越做越薄,可用的內(nèi)部結(jié)構(gòu)空間有限,在電路板的設(shè)計(jì)方面必須朝向3D化的結(jié)構(gòu)發(fā)展,利用軟板、印刷電路板的彈性搭配,設(shè)計(jì)可適應(yīng)不同產(chǎn)品構(gòu)型的電路板設(shè)計(jì),同時(shí)利用軟板的優(yōu)勢(shì)達(dá)到電路設(shè)計(jì)的最佳化狀態(tài)...
 
現(xiàn)今電子產(chǎn)品設(shè)計(jì),PCB(Printed Circuit Board)的演化,呼應(yīng)終端產(chǎn)品越變?cè)叫〉内厔?shì),已朝向多層化、高密度化的方向發(fā)展,而硬式結(jié)構(gòu)的載板變得再小,仍無(wú)法因應(yīng)多元的產(chǎn)品構(gòu)型設(shè)計(jì)方案,此時(shí),搭配軟式電路板FPC(Flexible Print Circuit)進(jìn)行整體設(shè)計(jì),針對(duì)產(chǎn)品構(gòu)型做最佳化彈性設(shè)計(jì),已成為現(xiàn)在消費(fèi)性電子產(chǎn)品重要的設(shè)計(jì)模式。
 
FPC可設(shè)計(jì)的電路復(fù)雜度與密度,比PCB遜色,但可適應(yīng)結(jié)構(gòu)的彈性結(jié)構(gòu),成為電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)重點(diǎn)。
FPC可設(shè)計(jì)的電路復(fù)雜度與密度,比PCB遜色,但可適應(yīng)結(jié)構(gòu)的彈性結(jié)構(gòu),成為電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)重點(diǎn)。
 
針對(duì)消費(fèi)性電子產(chǎn)品的外型設(shè)計(jì),F(xiàn)PC可以做任意形狀的適應(yīng)性線(xiàn)路設(shè)計(jì)。
針對(duì)消費(fèi)性電子產(chǎn)品的外型設(shè)計(jì),F(xiàn)PC可以做任意形狀的適應(yīng)性線(xiàn)路設(shè)計(jì)。
 
現(xiàn)今電子產(chǎn)品,大多以軟?硬板整合設(shè)計(jì)要求,達(dá)到適應(yīng)各種產(chǎn)品ID設(shè)計(jì)的目標(biāo)。
現(xiàn)今電子產(chǎn)品,大多以軟?硬板整合設(shè)計(jì)要求,達(dá)到適應(yīng)各種產(chǎn)品ID設(shè)計(jì)的目標(biāo)。
 
PBC與HDI等硬質(zhì)載板因應(yīng)不同構(gòu)型的結(jié)構(gòu)組裝需求,能做的彈性設(shè)計(jì)有限,必須搭配FPC軟板進(jìn)行整合設(shè)計(jì)。
PBC與HDI等硬質(zhì)載板因應(yīng)不同構(gòu)型的結(jié)構(gòu)組裝需求,能做的彈性設(shè)計(jì)有限,必須搭配FPC軟板進(jìn)行整合設(shè)計(jì)。
 
而要進(jìn)行多重板材的設(shè)計(jì)方案時(shí),首先要先理解不同板材的特性與目前發(fā)展趨勢(shì),同時(shí),板材與板材間的連接方式,使用連接器還是利用軟硬結(jié)合板,都有不同的產(chǎn)品特性與使用限制,這些都必須先確認(rèn)評(píng)估后,再進(jìn)行設(shè)計(jì)用料的選擇。
 
了解不同板材特性 整合產(chǎn)品設(shè)計(jì)
首先,在硬板方面,PCB印刷電路板可以說(shuō)是目前最大量使用的載板型式,早期要構(gòu)成電子回路,為利用導(dǎo)線(xiàn)在電子元件引腳上進(jìn)行電路連接,若是一般布局簡(jiǎn)單的類(lèi)比電路,可能用導(dǎo)線(xiàn)進(jìn)行線(xiàn)路連接還算可以應(yīng)付,但若是針對(duì)多接腳IC就會(huì)讓線(xiàn)路變得過(guò)于復(fù)雜,而印刷電路板的設(shè)計(jì)型態(tài),即為解決這種設(shè)計(jì)困境所衍生的開(kāi)發(fā)方案。
 
PCB印刷電路板可將零件和零件之間的繁復(fù)電路銅線(xiàn),經(jīng)由完整的線(xiàn)路規(guī)劃運(yùn)用蝕刻方式,在一塊載板進(jìn)行銅箔蝕刻,形成電子電路,而PCB為提供電子零組件進(jìn)行安裝、互相連接的主要基板,同時(shí)也有支撐、固定電子零件的效用,相較早期利用導(dǎo)線(xiàn)的架構(gòu)方式可讓電子電路的穩(wěn)定性更高、壽命更長(zhǎng),也可減少電路誤動(dòng)作或短路問(wèn)題,PCB的設(shè)計(jì)樣式已經(jīng)成為不可或缺的基礎(chǔ)元件。
 
印刷電路板基本上是采用絕緣材料制成的平板,搭配預(yù)鉆孔位來(lái)進(jìn)行晶片金屬引腳的安裝布設(shè),而電子元件經(jīng)由引腳伸入預(yù)鉆孔位再搭配焊接使元件與PCB載板進(jìn)行結(jié)合。至于元件預(yù)設(shè)的預(yù)鉆孔,可作為元件定位使用,但預(yù)鉆孔的設(shè)計(jì)型態(tài),大量產(chǎn)線(xiàn)制造時(shí)必須使用人工插件,造成制造成本較高、同時(shí)手工插件也容易造成制造錯(cuò)誤,甚至也不易進(jìn)行產(chǎn)品微縮設(shè)計(jì)。
 
PCB電路高密度化、多層設(shè)計(jì) 因應(yīng)產(chǎn)品微縮設(shè)計(jì)趨勢(shì)
而印刷電路板因應(yīng)縮小載板尺寸需求,也利用雙面、多層結(jié)構(gòu)來(lái)進(jìn)行電路密度的改良,尺寸可以呈現(xiàn)倍數(shù)縮小,而為了因應(yīng)大量生產(chǎn)目的,電子零件逐步改成可自動(dòng)送料、焊制的表面粘著制作流程,PCB原有的預(yù)鉆孔改成預(yù)留焊墊處理,讓生產(chǎn)中原有的插件程序減少至打件、上料即完成組裝,大幅增加元件排布密度。
 
電子產(chǎn)品的構(gòu)型越來(lái)越多元,也令PCB的設(shè)計(jì)出現(xiàn)許多限制,因?yàn)镻CB為硬質(zhì)絕緣材料,有一定程度的塑型難度,尤其是因應(yīng)彎曲、具角度的立體結(jié)構(gòu),基本上會(huì)形成大量重工與高復(fù)雜組裝,對(duì)于產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的成本會(huì)暴增許多,也不利產(chǎn)品的微縮設(shè)計(jì),即便可利用排線(xiàn)、連接器進(jìn)行多PCB的整合設(shè)計(jì),但這也形成增加產(chǎn)制復(fù)雜度與提高不良率問(wèn)題。
 
針對(duì)不同角度、非平整電路的PCB設(shè)計(jì)需求,也發(fā)展出FPC軟式電路板的可撓曲電路板材,與硬式的多層PCB結(jié)構(gòu)不同,F(xiàn)PC的絕緣基材改用可撓式的絕緣塑料,利用絕緣塑料為基材、再于基材上附著導(dǎo)電線(xiàn)路,成為可撓式的電路型態(tài),而PBC搭配FPC可以整合適應(yīng)不同結(jié)構(gòu)的電路設(shè)計(jì)需求,應(yīng)用彈性也較僅有PCB的方案來(lái)得更好,而FPC也漸漸如PCB般,成為電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)不可或缺的關(guān)鍵材料。
 
FPC軟性結(jié)構(gòu) 可改善原有PCB設(shè)計(jì)限制
軟式印刷電路板與PCB同樣采行銅箔為導(dǎo)電線(xiàn)路設(shè)計(jì),相較硬式PCB不同的是,其印刷電路為在可撓式的基材進(jìn)行電路排布,由銅箔作為電子元件訊號(hào)傳輸媒介,由于FPC具可連續(xù)大量進(jìn)行自動(dòng)化生產(chǎn)、線(xiàn)路設(shè)計(jì)可提高配線(xiàn)密度、FPC材料重量輕、材料的厚度與體積相當(dāng)小,也可減少配線(xiàn)錯(cuò)誤的狀況發(fā)生,甚至可以適應(yīng)不同的材料或結(jié)構(gòu)外型做適應(yīng)性設(shè)計(jì),目前在數(shù)位相機(jī)、手機(jī)、筆記型電腦等電子產(chǎn)品相當(dāng)常見(jiàn)。
 
檢視軟板的主要結(jié)構(gòu),主要由壓延銅箔、絕緣塑料基材(PET或PI)、接著劑(壓克力膠、環(huán)氧樹(shù)脂)等組成,外層的應(yīng)用材料多稱(chēng)為Coverlay,為使用PET或PI包覆保護(hù)內(nèi)部壓延銅箔結(jié)構(gòu),避免銅箔受外部水氣影響,出現(xiàn)材料劣化或氧化問(wèn)題。FPC生產(chǎn)的關(guān)鍵在于必須利用精密涂布程序搭配生產(chǎn)壓合銅箔結(jié)構(gòu)體,生產(chǎn)過(guò)程的環(huán)境潔淨(jìng)度要求高,而觀(guān)察其材料的成本結(jié)構(gòu),PI約佔(zhàn)總成本的5成,其馀為壓延銅箔35%,與制造成本約10%,少部分為人工必要的處理成本,可說(shuō)FPC最大的成本在于PI材料。
 
較PCB發(fā)展至HDI的多層型態(tài)不同,F(xiàn)PC在制程與材料先天限制下,不容易發(fā)展多層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),一般仍以3L(Layer)上下為主,多數(shù)作為部分如外部機(jī)械開(kāi)關(guān)的連接軟板、攝影機(jī)模組的連接板材,大量使用FPC的效益不若HDI為高,大多數(shù)的狀況都是核心電路為由HDI多層板結(jié)構(gòu)完成主元件的架構(gòu),其馀如周邊模組利用軟板進(jìn)行整合。FPC的作用相當(dāng)多,可以作為多PCB結(jié)構(gòu)彼此間硬板的資料、電路傳輸中介,達(dá)到符合產(chǎn)品構(gòu)型的彈性設(shè)計(jì)方案,而異質(zhì)板材的連接方式,可以選用軟板排線(xiàn)搭配專(zhuān)用連接器,也可以選用如軟硬結(jié)合板設(shè)計(jì),讓終端產(chǎn)品的厚度可以因?yàn)闇p省連接器的高度,而獲得更微縮終端產(chǎn)品尺寸的使用效益。
 
FPC應(yīng)用優(yōu)點(diǎn)多
而FPC軟板整合優(yōu)點(diǎn)相當(dāng)多,因?yàn)橛操|(zhì)PCB的產(chǎn)品設(shè)計(jì),對(duì)于摔落或高G值撞擊應(yīng)力,因?yàn)椴牧辖Y(jié)構(gòu)使然,會(huì)使得板材對(duì)于沖擊力的緩沖幾乎沒(méi)有,應(yīng)力會(huì)直接對(duì)板材上的元件同時(shí)受到影響,對(duì)于發(fā)展需高耐沖擊的產(chǎn)品,全使用硬板將會(huì)使耐沖擊的效果減少。反之,使用軟板搭配,可以讓整體電路可依重點(diǎn)功能區(qū)隔模塊式整合,彼此搭配FPC連接,使終端產(chǎn)品的沖擊應(yīng)力可以部分由軟板吸收,或是預(yù)留彈性設(shè)計(jì)。
 
但FPC軟板也不是樣樣都優(yōu)于PCB,像是FPC發(fā)展多層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí),就未能如PCB的進(jìn)階型HDI(High Density Interconnection)高密度多層板般,可以發(fā)展出多層堆迭的設(shè)計(jì)方案,因?yàn)镕PC本身的絕緣塑料基材搭配銅箔,基本上銅箔與軟性基材雖可彈性撓曲,但兩種材質(zhì)的撓曲設(shè)計(jì)彈性仍有限制,過(guò)度撓曲仍會(huì)造成內(nèi)部線(xiàn)路的斷路問(wèn)題,而當(dāng)FPC多層化發(fā)展,異質(zhì)結(jié)構(gòu)的板材內(nèi)部更容易出現(xiàn)撓曲斷裂問(wèn)題,也失去FPC的應(yīng)用價(jià)值。
 
而FPC另一大罩門(mén)在耐溫表現(xiàn),F(xiàn)PC使用的軟質(zhì)塑料基材,大多具一定程度的耐熱極限,即便目前材料科技大幅改善耐熱表現(xiàn),但實(shí)際上仍與硬板PCB或HDI有段差距,因此不能使用大量加熱的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行生產(chǎn),即便是軟硬結(jié)合板的設(shè)計(jì)方案,都是預(yù)先在特定程序下進(jìn)行,與一般大量生產(chǎn)的流程區(qū)隔。


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