FPC柔性印制电路板学习三 |
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FPC柔性印制电路板学习三
FPC柔性印制电路板学习笔记三电气设计1 原理图设计注意事项2 导电能力3 阻抗控制3.1 阻抗控制参考柔性板层叠结构及材料厚度3.2 阻抗控制方式
4 屏蔽控制5 电源地设计基本要求6 串扰控制7 时序控制
布局、布线和覆盖膜设计1 厂家加工能力2 布局设计3 布线设计3.1 布线基本要求3.2 布线对柔性的影响3.3 镀金、镀铅锡对布线和焊盘位置要求3.4 布线抵抗撕裂方法
4 覆盖膜设计4.1 覆盖膜设计要求4.2 覆盖膜加工能力4.3 覆盖膜覆压焊盘设计4.4 银浆屏蔽层设计方法4.4.1 银浆屏蔽层的层压设置和各层命名方式4.4.2 银浆层的接地方式和过孔设置
FPC柔性印制电路板学习笔记三
电气设计
1 原理图设计注意事项
柔性板主要是应用在不共面硬板间的信号互连,而且柔性板与硬板是通过连接器连接的(可以把Hotbar 连接当作一种特殊的连接器)。设计时应把柔性板及其相连的硬板当作一个小系统,连接器上的信号除了保证合理的电性能外,还要考虑柔性板的走线方式。良好的连接器信号排序可以使得 FPC 设计时过孔减少,走线顺畅,从而减少 FPC 单板面积,并提高 FPC 柔性。如下图所示: 柔性板的线宽、铜厚和过孔大小应当优先考虑其载流能力。载流能力还与应用环境、散热条件和允许的温升有关。一般 FPC 常用的铜箔厚度有 0.50z和 1.00z,设计中常用的线宽是 4mil~10mil,它们在允许 10°℃ 温升最大载流能力请参考下表(根据 IPC-D-275 规范计算): 0.50z和 1.00z铜厚常用走线宽度在允许 10°℃ 温升时的载流能力表 不管用压延铜还是电解铜,FPC 载流能力的计算方法与硬板的一样。只是从柔性考虑 FPC用的铜箔比较薄;而且在柔性要求高的场合,FPC表层铜箔采用局部电镀方式。当采用局部电镀方式时 FPC 表层铜箔厚度就不用补偿了。 3 阻抗控制 3.1 阻抗控制参考柔性板层叠结构及材料厚度在设计中常用到单面板、双面板、双面板十银浆层等等。在需要进行阻抗控制时,双面板或双面板+银浆层可以根据设计需要自行组合构成微带线和带状线。下面表中列举了用 Dupont 公司“Pyralux FR” 系列的基材和介质+胶来构成的柔性板。表中所用基材的铜厚都是 0.50z,电镀后的厚度是 1.2mil。其它型号或其它公司的材料请根据设计需求来选择。 柔性板的层压结构比较灵活。可以用双面板、三层板或它们表面再覆银浆的方式来构成微带线和带状线;具体结构可以参考前面图表。确定层压结构以后,可以使用 Polar 软件来计算走线阻抗。 当 Coverlayer 采用覆盖膜形式而不用绿油时,微带线模型应该采用“Coated Microstrip”形式。否则,计算的阻抗值就会相差较大。 当柔性板有 EMI 控制要求时,可以增加屏蔽层来实现要求。屏蔽层可以是实心铜皮、铜皮网格和银浆网格等。 实心铜皮:是最普通的屏蔽方式。铜皮可以在FPC的一边或者两边都有,也可以只覆盖了需要屏蔽的那部分区域。当以实心铜皮为参考层时阻抗控制比较简单,可以直接用软件计算。但是实心铜皮会增加 FPC 的层数,使得 FPC 加工难度变大,它还增加 FPC 的硬度,柔性变差;铜皮屏蔽层也会使得 FPC 变厚,影响最小弯曲半径。 铜皮网格:铜皮可以在 FPC 的一边或者两边都有,也可以只覆盖了需要屏蔽的那部分区域。当使用铜皮网格时,因为铜量变少,比实心铜皮时的柔性提高了;但是铜皮网格一样会增加 FPC的层数,使得FPC加工难度变大;铜皮屏蔽层也会使得FPC变厚,影响最小弯曲半径。 关键网络的串扰,可通过搭建模型进行仿真,得出满足器件串扰要求的最小信号线间距。在设计时可设网络的间距规则,或设 MaxParallelism(信号线平行多长的则间距应多大的列表),作为规则输入到软件中。 控制串扰的主要手段:加大线间距,包地隔离等。 7 时序控制满足建立时间和保持时间是时序电路的基本要求。时序计算的基本公式如下: Tpropmax=Tcycle -Tmin setup -Tmax out valid +/- Tskew - Tiitter - TcrosstalkTpropmin=Tmin in hold _ Tout hold +/- Tskew + Tiitter + Tcrosstalk 其中: Tpropmax为传输线允许的最大传输延时; Tpropmin 为传输线允许的最小传输延时; Tcycle 为时钟周期; Tmin setup 为输入器件的最小建立时间; Tmax out valid 为输出器件的最大输出有效时间,有的资料定义为 Tco;其含义为时钟边沿到达到有效数据输出所需要的一段时问差; Tskew 为输入输出器件时钟输入 PIN 处的相对延时,即时钟相差; Tjitter 为时钟抖动引入的延时,这种延时可能造成时钟周期的变化; Tcrosstalk 为总线的同步串扰引入的延时; Tmin in hold 为输入器件的最小保持时间; Tout hold 为输出器件的输出保持时间。 在器件的数据手册中可得到相关的参数,通常 Titer Tcrosstalk 近似为 0.5ns。通过计算可得到传输线允许的最大传输延时,最小传输延时。 通过静态时序分析可以对芯片的器件选型以及布局布线进行指导,一般的地,建立时间的要求决定了同步电路传输线的最大走线长度,而保持时间的要求决定了同步电路传输线的最小走线长度,器件的建立和保持时间是针对输入信号的器件而言的。 布局、布线和覆盖膜设计 1 厂家加工能力
为了得到最大的动态弯曲次数(对于应用场合 B)和得到弯曲安装(应用场合 A)的最高可靠性,在弯曲区域的导体必须符合下面的考虑: 导体与弯曲方向垂直导体应均匀地穿过弯曲区域导体尽量布满弯曲区域面积在弯曲区域不能有额外的电镀金属(弯曲区域导线不电镀)线宽保持一致双面板的走线不能重叠一起构成“|”状在弯曲区域的层数尽量减少弯曲区域不能有过孔和金属化孔弯曲中心轴应当设置在导体的中心。导体两边的材料系数和厚度尽量一致。这一点在动态弯曲的应用场合下非常重要。可以采用覆盖膜和交错走线等设计方法来尽量满足这一要求。 如下图所示,在动态弯曲区域内柔性板外形要保持一致,否则走线密度发生变化影响弯曲性能。另外为了得到更好的动态弯曲性能,在弯曲区域走线分布要均匀,垂直于弯曲方向。![]() ![]() 电镀金、镀铅锡在金手指设计或者 Hotbar 加工时经常采用。电镀工艺要求需要电镀的走线或焊盘(一般是焊盘)必须有一端引到板边。 3.4 布线抵抗撕裂方法沿着板边转弯的地方加一根走线可以起到抵抗外力撕裂的作用。 在柔性板中覆盖膜的作用是起绝缘作用,并保护导体避免玷污、潮湿和刮伤等。它的作用与油墨阻焊层基本一样。但是油墨阻焊层是用印刷的方式或大面积印刷再曝光的方式来实现的,而覆盖膜则是像铜箔的一样用层压粘贴方式来粘到导体表面。同时要在覆盖膜上开孔(如焊盘),一般需要使用钻孔或冲压的方式。另外在通常的有胶加工工艺中,压合过程会出现溢胶现象,开孔上可能会残留胶。用钻孔方式,会溢胶,压合覆盖膜时会有位置偏移,这些是覆盖膜设计中需要考虑的最首要的问题。 ![]() 在高性能要求场合,可以采用覆盖膜覆压焊盘设计(称该焊盘为“阻焊定义焊盘”)来增加焊盘的附着力,提高可靠性。一般要求焊盘比覆盖膜开窗大0.36mm(每边大 0.18mm)以上。 当无法采用覆盖膜覆压焊盘设计方式时,可以设计成下图所示的盘趾形式。图中盘趾应伸进覆 盖膜大于 0.18mm。 在物理结构上,银浆层一般覆盖在铜导线外面。但是在 Allegro、Power PCB 等设计软件中,Artwork Top 和 Artwork Bottom 层只能定义成铜箔层。因为该两层代表着器件焊接(焊盘)所在的面,而在银浆层是不能焊接器件的。因此,在设计软件中只能把银浆层设置成内层信号层,最后在光绘文件的 Dril Chant 层中指明各导体层的顺序。 另外,银浆层是覆盖在覆盖膜上的,它的表面又需要增加覆盖膜来绝缘和保护。所以与没有银浆层的 FPC 相比,多一层银浆就会增加一层覆盖膜。下表中表示了双面板的表面都覆盖银浆屏蔽层时的物理结构和各层的命名方法。 当用银浆做屏蔽层时,银浆要接地才能实现屏蔽效果。接地有多种方法,第一是打接地过孔让银浆直接覆盖到过孔焊盘上,从而与地层相连。当采用该方法时银浆会灌到过孔里面。因为银浆灌到过孔里面不会很均匀,而且银浆只与过孔焊盘连接接触面积比较小,所以在可能的情况下一般采用第二种方法。第二种如下图所示,在走线层走一些较粗的地线或铺接地铜皮,然后把这些粗走线或铜皮上的覆盖膜开窗,这样银浆就会流到覆盖膜开窗下的接地走线或铜皮上,构成良好连接。同时为了避免银浆灌到过孔内,一般这些覆盖膜开窗的区域外面打接地过孔。 |
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