1.什么是FPC
随着社会的不断进步,电子行业的不断更新换代,传统的PCB已经不能满足所有电子产品的需求,FPC的市场需求也越来越大,有很多朋友还不是很清楚FPC是什么,下面来简单的介绍一下:
FPC全称:柔性印制电路板(Flexible Printed Circuit),以质量轻、厚度薄、三维空间内可自由弯曲折叠等优良特性而备受青睐。
FPC是上世纪70年代美国为发展航天火箭技术发展而来的技术,是以聚脂薄膜(PET)或聚酰亚胺(PI)为基材制成的一种具有高度可靠性,绝佳挠曲性的印刷电路,通过在可弯曲的轻薄塑料片上,嵌入电路设计,使在窄小和有限空间中堆嵌大量精密元件,从而形成可弯曲的挠性电路。此种电路可随意弯曲、折叠,重量轻,体积小,散热性好,安装方便,冲破了传统的互连技术。在柔性电路的结构中,组成的材料是绝缘薄膜、导体和粘接剂。
其实FPC不仅可以挠曲,同时也是连成立体线路结构的重要设计方法,这种结构搭配其它电子产品设计,可以广泛支援各种不同应用,对于PCB而言,除非以灌模的方式将线路做出立体形态,否则电路板一般状态都是平面的。因此要充分利用立体空间,FPC就是良好方案之一。PCB目前常见的空间延伸方案,就是利用插槽加上介面卡,但是FPC以转接设计就可以完成类似结构,且方向调整也比较有弹性,利用一片连接FPC,可以将两片PCB连接成一组平行 线路系统,也可以转折成任何角度来适应不同产品外型。
FPC可以在一定程度上节约电子产品的内部空间,使产品的组装加工更加灵活。比如在智能手机中LCD/OLED、AMOLED屏幕显示面板就是通过FPC进行连接的,在笔记本电脑,数码相机,以及医疗,汽车,航空航天等领域同样有广泛的应用。
2.什么是R-FPC
R-FPC,全名为Rigid Flexible Printed Circuit,是指一种刚性柔性印制电路板,俗称软硬结合板。这种电路板兼具硬板(PCB)和软板(FPC)的优点,能够在密集布线和高密度连接的应用中有很好的表现。因为硬板(PCB)与软板(FPC)的诞生与发展,催生了R-FPC这一新产品。因此,R-FPC就是硬板(PCB)与软板(FPC),经过压合等工序,按相关工艺要求组合在一起,形成的具有FPC特性与PCB特性的线路板。
R-FPC中硬板(PCB)通常采用FR-4材料,而软板(FPC)通常采用聚酰亚胺薄膜(PI)。这些材料能够提供良好的机械性能、电气性能和耐温性能。其主要特点包括:
- 1,高密度布线能力:由于软板(FPC)可以弯曲并将电路连接到必要的位置,因此能够在小尺寸和高密度应用中使用。
- 2,高可靠性:R-FPC采用先进的制造工艺和材料,既能确保电路的稳定性,同时也能提高电路板的可靠性。
- 3,良好的机械性能:硬板(PCB)与软板(FPC)的组合可为电路板提供良好的刚性和弹性,使其具备超过常规电路板的抗振性和抗扭曲性能。
- 4,较长的使用寿命:与一般电路板相比,R-FPC具有更长的使用寿命和更好的性能稳定性,能够在各种恶劣的气候和环境中保持良好的性能。
- 5,省空间:R-FPC将硬板(PCB)与软板(FPC)结合在一起,所以它能够比传统电路板更省空间,为应用提供了更大的灵活性和设计自由度。
R-FPC的主要应用包括手机、平板电脑、笔记本电脑、医疗仪器、汽车电子和消费电子等。由于其优异的性能和设计自由度,越来越多的企业采用R-FPC来取代传统电路板,为产品提供更优质的性能和更高的可靠性。
3,FPC的基材
前面简单介绍过FPC,今天我们来介绍下FPC的基材,FPC的基材构成主要包括以下三种材料:
- 1,绝缘层:FPC基材的绝缘层主要通过在导电层两侧涂覆聚酰亚胺薄膜或者其他绝缘材料来实现。绝缘层的作用是隔离导电层,防止短路和干扰,并提供电路板的电绝缘性能。常见的绝缘层材料就是聚酰亚胺薄膜(PI)和聚酯薄膜(PET),聚酰亚胺薄膜(PI)具有良好的耐高温性能,能够在较高温度下正常工作,通常可承受温度范围从-200摄氏度到+300摄氏度。这使得FPC适用于高温环境和要求高温稳定性的应用,与聚酰亚胺薄膜(PI)相比,聚酯薄膜(PET)的价格要便宜很多,但是它的尺寸稳定性不好,耐温性也较差,不适合SMT贴装或波峰焊接,一般只用于插拔的连接排线,已经逐渐被聚酰亚胺薄膜(PI)取代。常见的聚酰亚胺薄膜(PI)厚度有:1/2mil,1mil,2mil等。
- 2,导电层:FPC基材的导电层一般采用铜箔(Copper Foil)制成,铜箔具有良好的导电性能和可加工性,能够提供电路板所需的导电路径。根据具体的应用需求,导电层的厚度可以有所不同,常见的厚度有1/3 oz、1/2 oz、1 oz等。
- 3,粘合层:FPC基材的粘合层就是我们常说的胶层,成分是环氧树脂(Epoxy),主要作用就是固定导电层,提高绝缘强度和机械性能,常见基材的粘合层厚度为:13um,20um。
随着FPC的不断轻薄化发展,出现了没有粘合层的无胶基材,这是通过特殊方法将绝缘层和导电层直接合成的材料,与有胶基材相比,无胶基材有更高的成本、更高的可靠性,更小的尺寸和重量、更高的尺寸稳定性以及更容易加工的特点,更适合一些特殊应用领域,例如在医疗器械、电动汽车等领域,由于对无毒、无味、抗菌等特殊性能的要求较高,采用无胶基材的FPC更加合适。下图是常规的基材配置,供大家参考:
4.FPC基材压延铜和电解铜的区别
铜箔(Copper Foil)是铜箔基板外表所覆盖的金属铜层,是印制线路板的导体材料使用最多的金属 ,FPC的制造中常用的两种铜基板材料是压延铜(RA)和电解铜(ED),两者的主要区别如下:
1,制造工艺不同:压延铜(RA)是将铜板经过多次重复辊轧而制成,它的结晶是片状组织(下图左),而电解铜(ED)是通过专用电解机在圆形阴极滚筒上连续生产出的,它的组织是柱状组织(下图右)。
2,物理性质不同:压延铜(RA)多数比电解铜(ED)略薄且弯曲性能更佳,而电解铜通常粗中厚,压延铜(RA)的表面均匀性和平整度相对电解铜(ED)更佳,但纯度可能不如电解铜(ED)的高纯度。
3,导电性能略有不同:压延铜(RA)和电解铜(ED)的厚度越小,则其电阻越大,但是总的来说,电解铜(ED)的电导率略高于压延铜(RA)。
4,成本不同:通常情况下,压延铜(RA)的制造成本更高。
综上所述,在选择FPC基材时,到底用压延铜(RA)还是电解铜(ED)需要根据具体应用场景,综合考虑材料的物理性质、导电性能和成本等因素来做出选择。在对某种性能有着特殊要求的情况下,如对导电性能、机械强度或柔韧性有高要求的,可根据技术要求等来选择适合的材料。一般来说,FPC需要动态弯折选择压延铜(RA),FPC仅需要3-5次弯折(装配性弯折)选择电解铜(ED)。