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柔性电路板(FPC, Flexible Printed Circuit)具有易弯折,体积小,重量轻的优点,在耳机、手环等消费电子产品中有着大量的应用。真无线(TWS)耳机中也大量应用了软硬结合板。
在实际组装过程中,被弯折的FPC时有出现断裂的问题。本文主要从电子和结构设计角度,针对两种应用场景的FPC,分别讨论其折断的原因和解决方案。
1. FPC焊盘处
1.1 应用场景
很多产品的按键都设计在远离电路板的位置,这时候如果使用硬板就需要用到连接器或者线材焊接,成本较高。而如果使用FPC,就可以将FPC上的“金手指”直接焊接到PCB焊盘上,工序简单,价格较低。案例如下:
1.2 不良现象与原因
在组装过程中,焊接后的FPC金手指根部折断。而且弯折并不一定会完全断开电路,带来了很大的不良隐患。
不良原因:一是为了便于组装,FPC一般会设计的稍长,这样整机内就必然会发生FPC的弯曲。二是FPC金手指位于PCB边缘,焊接后处于软硬集合部位,柔性的FPC弯曲时应力集中,造成折断。
1.3 解决方案
1. FPC金手指与PCB焊盘参考如下设计:
2. PCB焊盘适当远离PCB边沿,避免应力集中于边沿区域。
3. 修改FPC的形状为弯曲型,可以吸收部分形变。
4. 金手指错位设计,同样会减小应力集中程度。
5. FPC双层走线,或者同层双走线,增加可靠性。
6. FPC根部点胶,避免此处弯折,这是较为有效的方案,但会造成组装成本的上升。
2. FPC补强处(软硬结合板处)
2.1 应用场景
FPC的表贴器件一般需要补强,补强边缘的区域也是很容易出现应力集中的地方,软硬结合板也是如此。
2.2 不良现象与原因
组装后表现为FPC功能丧失或者不稳定,FPC外观如下图所示:
除了组装原因,FPC的弯曲区域弧度、形状、材质甚至走线设计都可能导致断裂隐患。
2.3 解决方案
1. FPC形状上,增大连接处的R角,增加FPC的宽度。
2. 电路设计上,增加走线宽度;信号线外侧用GND走线保护;弯折区域的铺铜由实铜改为网格铜;FPC层数不宜超过三层。
3. FPC材质上,优先使用压延铜;增加PI基材的厚度;使用软质油墨和覆盖膜。
综上,FPC的抗折断设计是一个系统工程,需要电子、结构和制程工程师共同评估解决,综合使用以上方法。
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