FPC (flexible printed circuit) to płytka obwodu drukowanego na podłożu giętkim, najczęściej poliimidowym. O jej zachowaniu decydują cztery wybory: materiał bazowy (z klejem lub bez), rodzaj miedzi, sposób pokrycia (coverlay lub maska) oraz usztywnienie w miejscu połączenia. Ten artykuł zbiera te wybory w jednym miejscu: pokazuje przykładowe układy warstw z grubościami, wylicza grubość wymaganą pod złącze ZIF i porównuje metody łączenia FPC z płytką główną.
Materiały: co wybierać i dlaczego
| Element | Opcje | Co wpływa na wybór |
|---|---|---|
| Podłoże | Poliimid (PI); poliester (PET) w układach niskotemperaturowych | PI znosi lutowanie bezołowiowe; PET ma znacznie niższą odporność temperaturową, więc nie nadaje się do przetopu i bywa stosowany z elementami łączonymi na zimno lub z drukowanym srebrem. |
| Miedź | Walcowana (RA), elektrolityczna (ED) | RA ma strukturę ziarna korzystniejszą przy wielokrotnym zginaniu; ED jest zwykle tańsza i wystarcza do gięcia jednorazowego. |
| Połączenie miedzi z PI | Laminat z klejem (akryl, epoksyd) albo bezklejowy | Bezklejowy jest cieńszy i lepiej znosi gięcie oraz podwyższoną temperaturę, ale kosztuje więcej. |
| Ochrona wierzchu | Coverlay (folia PI z klejem) albo elastyczna fotoczuła maska | Coverlay jest odporniejszy mechanicznie w strefie gięcia, ale jego otwarcia wykonuje się mechanicznie lub laserem; maska pozwala na drobniejsze otwarcia, lecz zwykle gorzej znosi zginanie. |
| Usztywnienie | PI, FR-4, metal (np. stal nierdzewna lub aluminium) | Grubość pod złącze, odprowadzanie ciepła lub podparcie elementów. |
| Wykończenie pól | ENIG, złoto twarde na stykach wielokrotnego wtykania | Rodzaj złącza i liczba cykli wtykania; dla lutowanych pól liczy się lutowność. |
Szersze omówienie roli giętkiej płytki w produkcie, w tym granic zginania, znajdziesz w artykule o elastycznych płytkach PCB, a różnice względem taśm FFC w tekście FFC vs FPC. Oferta technologiczna: elastyczne PCB.
Przykładowe układy warstw z grubościami
Poniżej dwa typowe układy zbudowane z handlowych grubości składników: folia PI 12,5 i 25 µm, miedź 18 µm (1/2 oz), klej w coverlay 25 µm. Wartości są przykładem założeniowym; dokładne grubości i tolerancje podaje producent laminatu i wykonawca.
| Warstwa (od góry) | Układ A: jednostronny bezklejowy [µm] | Układ B: dwustronny bezklejowy [µm] |
|---|---|---|
| Coverlay: PI 12,5 + klej 25 | 37,5 | 37,5 |
| Miedź | 18 | 18 |
| Rdzeń PI | 25 | 25 |
| Miedź | nie występuje | 18 |
| Coverlay: PI 12,5 + klej 25 | nie występuje | 37,5 |
| Suma | 80,5 | 136 |
Sprawdzenie: A = 37,5 + 18 + 25 = 80,5 µm; B = 37,5 + 18 + 25 + 18 + 37,5 = 136 µm. W układzie B nie uwzględniono miedzi osadzonej w metalizowanych otworach, która zwiększa grubość miedzi zewnętrznej i obniża giętkość; w strefach gięcia dynamicznego stosuje się dlatego układ jednowarstwowy. Układ A jest cieńszy niż B o 55,5 µm, a promień gięcia skaluje się z grubością (zob. artykuł o elastycznych PCB).
Przykład założeniowy: grubość pod złącze ZIF
Złącza ZIF/FFC są projektowane na określoną grubość końcówki taśmy; w kartach katalogowych często spotyka się wartość 0,30 mm z tolerancją, ale zawsze sprawdź kartę wybranego złącza. Jeśli końcówka układu A ma mieć 0,30 mm, a usztywnienie jest klejone warstwą kleju 25 µm, to wymagana grubość usztywnienia wynosi 300 − 80,5 − 25 = 194,5 µm. Dostępne grubości są ustalane przez producenta; wybranie 200 µm daje 80,5 + 25 + 200 = 305,5 µm, czyli +5,5 µm względem wartości nominalnej. Do tego dochodzą tolerancje składników; suma najgorszego przypadku musi mieścić się w zakresie z karty złącza. Dlatego grubość usztywnienia zapisuje się na rysunku jako wymaganie funkcjonalne (całkowita grubość końcówki), a nie tylko jako grubość samego usztywnienia.
Układ pól: dla rastra 0,5 mm i polu o szerokości 0,3 mm rozstaw między polami wynosi 0,2 mm. Dla złącza 30-stykowego rozpiętość pól od osi pierwszego do osi ostatniego to (30 − 1) · 0,5 = 14,5 mm, a razem z szerokością pola 14,5 + 0,3 = 14,8 mm. Szerokość całej taśmy wynika z karty złącza, bo zawiera też marginesy i elementy wskazujące położenie.
Budżet przesunięcia bocznego: gdy styk złącza ma szerokość 0,3 mm i pole 0,3 mm, a raster 0,5 mm, zwarcie z sąsiednim stykiem zaczyna się przy przesunięciu około 0,5 − (0,3 / 2 + 0,3 / 2) = 0,2 mm. Przy założeniu tolerancji położenia pól ±0,05 mm i luzu wsunięcia ±0,10 mm suma najgorszego przypadku to 0,15 mm, czyli margines wynosi 0,2 − 0,15 = 0,05 mm. To pokazuje, dlaczego tolerancje rysunku i prowadnice złącza są ważniejsze niż sama szerokość pola. Szerokości styku nie przyjmuj z tego przykładu, tylko z karty złącza.
Sposoby łączenia FPC z resztą urządzenia
| Metoda | Zalety | Ograniczenia |
|---|---|---|
| Złącze ZIF/LIF | Rozłączne, serwisowalne, nie wymaga lutowania FPC. | Grubość końcówki i raster z karty złącza; usztywnienie obowiązkowe; liczba cykli wtykania ograniczona kartą. |
| Złącze lutowane do FPC (np. płytka-płytka) | Pewne mocowanie elementów o wielu wyprowadzeniach. | Element wymaga usztywnienia pod spodem; strefa gięcia musi być odsunięta od lutu. |
| Lutowanie bezpośrednie do PCB (hot bar) | Bardzo mała wysokość, nie ma złącza. | Wymaga specjalistycznego oprzyrządowania i profilu cieplnego; połączenie nierozłączne i trudne do naprawy. |
| ACF (anisotropowa folia przewodząca) | Drobne rastry, stosowane do wyświetlaczy. | Proces specjalistyczny z dociskiem i temperaturą; nie jest to typowa operacja montażu SMT. |
| Lutowanie przez otwory | Prosty montaż ręczny lub falowy przy dużych polach. | Większe pola, mniejsza gęstość, naprężenia mechaniczne przy zginaniu przy otworze. |
| Rigid-flex (zintegrowane) | Brak złączy i jeden element. | Wyższy koszt jednostkowy i dłuższe przygotowanie; zob. rigid-flex. |
Przy lutowaniu hot bar pole na FPC projektuje się zwykle węższe od pola na PCB, aby stopiony lut miał miejsce po bokach i tworzył spoinę o zdefiniowanym kształcie. Parametry (temperaturę, czas, docisk) ustala się na podstawie danych topnika lub pasty i materiałów FPC oraz próbnych połączeń; nie podajemy tu wartości, bo zależą od narzędzia i materiałów.
Montaż komponentów na FPC
Elementy SMT na giętkiej płytce montuje się na nośniku lub paletce, która utrzymuje płytkę płasko i chroni ją podczas przetopu, a poliimid wysusza się przed przetopem według zaleceń dostawcy laminatu, bo chłonie wilgoć. Podstawy montażu opisuje strona o montażu SMT. Do wstępnego sprawdzenia konstrukcji na prototypach przydaje się krótki cykl wykonania, zob. szybki montaż PCB.
Dokumentacja do zapytania o FPC
- Układ warstw z grubościami i rodzajem miedzi (RA lub ED), rodzaj kleju lub wariant bezklejowy.
- Rodzaj pokrycia: coverlay lub maska, plus rysunek otwarć.
- Rysunek obrysu z tolerancjami, strefami gięcia, promieniem i liczbą cykli.
- Usztywnienia: materiał, grubość wynikowa końcówki pod złącze, położenie.
- Metoda łączenia: karta wybranego złącza albo opis procesu lutowania.
- Wykończenie powierzchni pól i wymagania kontroli (próby elektryczne, kontrola wymiarów).
Czego nie zweryfikowano w tym artykule: grubości i tolerancji konkretnych laminatów oraz usztywnień (przyjęto wartości przykładowe), parametrów procesów hot bar i ACF, a także zgodności z kartą wybranego złącza.
