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FPC结构设计与阻抗优化指南

2025-11-06 09:09:19
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一、FPC 结构设计指南

整体布局与尺寸

(1)板体宽度:FPC 本体宽度应结合走线数量及板层数进行合理设计。为保证结构强度,建议宽度不小于 4mm。

(2)连接器相关尺寸:

① 连接器焊盘与 FPC 边缘的距离建议不小于 1mm。

② 接地耳宽应不小于 3mm,以增强定位孔结构稳定性。

③ 定位孔中心到边缘的距离建议不小于 1.5mm,避免 FPC 受拉力撕裂。

④ 接地耳长度建议不小于 3mm。

⑤ 定位孔直径建议不小于 0.8mm,确保外壳定位柱强度。

(3)过渡圆角:FPC 转角处应设计圆角过渡,圆角半径不小于 R0.5mm,以避免直角处受力导致撕裂。

(4)厚度设计:

① 单层板厚度建议不小于 0.08mm,双层板厚度建议不小于 0.1mm。

② 对于 10~40pin 连接器,如增加补强板,推荐使用 0.1~0.25mm 的 PI 补强;40~60pin 连接器建议采用 FR4 或钢片补强,厚度为 0.3~0.5mm。连接器处 FPC 总厚度为本体厚度与补强板厚度之和。


特殊区域处理

(1)拐角设计:所有 FPC 及走线拐角建议采用弧形设计,以降低应力集中。

(2)焊盘与走线连接:通孔、镀覆孔及 SMT 焊盘与走线连接处建议采用泪滴填充,增强连接可靠性。SMT 焊盘建议设计为椭圆形、圆形,或将大焊盘的边角处理为弧形。

(3)铜层分布:相邻层走线建议交错分布,避免大面积铺铜。可采用图形电镀减少铜用量,或以网格铜层替代实心铜层,从而提升 FPC 挠性,缓解“工字梁效应”。

(4)边缘间距:FPC 边缘与铜走线、铜层及 SMT 焊盘之间的间距建议不小于 0.2mm;导通孔与 FPC 边缘的间距建议不小于 0.45mm。

(5)覆盖层设计:FPC 叠层常用介质覆盖层进行图形密封保护。常规工艺下,覆盖层网与 FPC 轮廓最小距离为 0.25mm,覆盖层开口与轮廓距离为 0.3mm。细间距元器件需合理设计覆盖层开口。阻焊层虽薄但可能影响挠性,应谨慎选用。

(6)增强板设计:

① FPC 连接器区域、重元件安装位置及元件密集区建议使用增强板,材料可选用聚酰亚胺、FR-4 或不锈钢等。

② 薄 FPC 中增强板边缘易产生应力集中,为避免撕裂,增强板边缘与通孔焊盘边缘建议保持 1mm~1.8mm 间隙(具体视增强板类型而定)。同时需考虑增强板之间的最小间距,例如顶部增强板与底部第二块增强板间距建议不小于 0.6mm。


弯折区域设计

(1)走线方向:在静态和动态弯折区域,走线应垂直于弯折方向,均匀分布并尽量布满弯折区域,线宽保持一致。

(2)层数与过孔:弯折区域建议尽量减少层数,避免设置过孔和金属化孔。弯曲中心轴宜设置在导体中心,确保导体两侧材料系数与厚度尽量一致。

(3)外形一致性:弯折区域内的 FPC 外形应保持一致,避免因走线密度变化影响弯曲性能。


二、FPC 阻抗设计指南

阻抗控制目的

确保电流在 FPC 电路中稳定传输,减少信号反射与干扰,防止因阻抗失配引起的信号损耗、时钟偏移、信号重叠等问题,保障系统稳定可靠。尤其对高速或高频电路,阻抗控制尤为关键。


影响阻抗的因素

(1)材料特性:所用材料的介电常数和厚度对阻抗影响显著。介电常数影响电磁波传播速度,厚度影响传输延迟,不同参数会导致阻抗变化。

(2)电路结构:包括导线宽度、覆铜厚度、绝缘层厚度及接地层布置方式等。通常导线宽度增加则阻抗降低,宽度减小则阻抗升高。

(3)环境温度:温度变化会引起材料介电常数改变,进而影响 FPC 阻抗。


阻抗控制方法

(1)材料选择:建议选用介电常数稳定、温度系数较小的材料,以降低材料参数对阻抗的影响。

(2)布局设计:

① 合理规划 FPC 布局,控制导线宽度与间距,选择合适的绝缘层厚度,以实现目标阻抗。

② 对于可控阻抗设计(如微带传输线),建议至少设置两个信号层,其中一层作为参考平面。若可控阻抗信号层位于动态弯折区,可在叠层中插入空气间隙以改善信号完整性。

③ 依据设计要求精确控制导线宽度,调节 FPC 阻抗。

(3)制造过程调节:在百能云板制造过程中,对导线宽度、覆铜厚度等参数进行预调节,减小制造公差引起的阻抗波动。

(4)测试与校验:设计完成后,应采用阻抗测试仪对 FPC 进行阻抗测试与校验,确保实际阻抗符合设计要求。如有偏差,需调整工艺或优化设计。


三、常见问题速查表

问题类型

原因分析

解决方案

FPC 易撕裂

1. 拐角为直角,应力集中。
2. 增强板设计不合理,边缘应力大。
3. 弯折区域设计不当,如走线方向、层数、过孔设置等。

1. 所有拐角设计为弧形。
2. 合理设计增强板位置、尺寸及与其他部件的间距。
3. 优化弯折区域设计,确保走线垂直于弯折方向,减少层数和避免过孔等。

阻抗不匹配

1. 材料选择不当,介电常数不稳定或厚度不合适。
2. 电路结构设计有误,导线宽度、绝缘层厚度等不合理。
3. 制造过程中参数偏差,未进行有效预调节。

1. 选择合适的材料。
2. 优化电路结构布局。
3. 在制造过程中严格控制参数,进行预调节,并做好测试校验。

覆盖层相关问题

(如间隙不合理、影响 FPC 性能等)

1. 对覆盖层应用的限制和极限了解不足。
2. 设计时未充分考虑覆盖层与其他特征的关系。