2022-09-13|閱讀時間 ‧ 約 7 分鐘

簡述FPC FFC及選用注意事項

機構設計工程師 (M/E engineer) 在進行結構設計時，不僅必須針對模具的部件設計出結構的需求，同時必須對於系統各個元件的電器溝通所需要的線材(cable)做出實體設計 (physical design)，再依3D圖面中所設計出的線材跟 project team 中的 E/E engineer (硬體工程師) 溝通，讓E/E engineer 提供所需要的 pin define、也就是所謂的 pin 位和極性，也必須了解cable對手件的端子 (connector)種類，避免錯誤發生。在整個專案團隊(project team)中，M/E engineer 主要的工作任務通常是負責設計線材的外型、尺寸、組裝、機構可靠度、其他的影響 (例如線材是否會影響散熱、是否碰觸高溫零件、EMC的需求、ESD的影響，以及是否有潛在的cross talk的風險、是否在作動部件的活動路徑中被干涉或夾到或被拉扯的狀況、.....等等，所有客戶對於機器外部的線材都非常在乎線材被拉扯時，結構設計是不是有防拉的機制，比如說加一個線扣(cable clamp)、或是在結構設計上讓線材能夠以迴繞的方式避免拉扯而造成斷訊或斷電。而E/E engineer 通常負責提供這個系統設計的 system block diagram (系統整體的電器功能溝通圖)，PCBA上的端子去對應 (accommodate) FFC/FPC/cable，針對FPC，E/E engineer 還必須跟線路Layout engineer互相合作，把FPC的線路依照電器規格的要求繪製、設計出來。

關於FPC/FFC，先介紹FFC好了，畢竟FFC的結構組成簡單多了。FFC和FPC都是屬於軟板(軟性的PCB)，FFC 的組成雖然簡單一些，但還是必須符合UL標準以及 E304015-1的安規規範，如耐壓與絕緣阻抗、導通阻抗、耐(電)壓等等的電器特性也必須符合規範。在物理特性(physicals)來說，有幾項規範也必須遵守，諸如補強板(PI, Polyimide)的長度、總厚度、寬度、....等等的基本要求...等等，都是FFC在設計階段所必須被注意的。因為FFC對cable類的廠商來說是現成品，cable類的生產廠商買了現成品的FFC後做簡易加工後就交貨到系統廠了。要特別了解的是FFC上的線路是走直線的，如果FFC兩端所要連接的端子(connector)不在一直線上，那麼FFC就必須以彎折的方式來達到兩端和端子搭接的目的。或如果是兩端的connector不一樣，那FFC就不適用了，也就是說可能要考慮使用FPC了。

談到FPC，它在設計上的彈性就大多了，不過，FPC的缺點是成本高，設計及生產的lead-time長。FPC的形狀可以依照系統layout所需要的走線路徑來設計，在FPC上的線路設計當然也可以任意走線、甚至在FPC上mount幾顆電容或 chip零件做為特定目的的需求，比如說ESD、EMI、....等等的對策。甚至為了某種的設計目，FPC的設計可以在單層銅箔上再增加銅箔層，在每個銅箔層間，也可以做穿透孔(through hole)的設計，讓每個銅箔層的線路可以互相(電器特性)的溝通。然而，增加銅箔層固然可以擴充電器的功能，但是對於機構設計來說，銅箔層的增加就會讓厚度變厚，FPC的彎折撓性也會降低。至於兩端的gold fingers (金手指)的注意事項，就跟FFC雷同了，必須注意補強板 (PI, Polyimide)、FPC的總厚度，以及相關的尺寸。

切記：活動的FPC，考慮到撓曲可靠度的風險，所以SMD(零件)最好放到硬板(PCB)，不要設計在FPC上。而且，FPC的銅箔層不可以增加。

機構設計工程師最容易忽略的地方有以下幾點，也是最容易造成設計品質問題的幾個重點項目:

FFC/FPC過度壓折，造成訊號不良。
設計上預留給FFC/FPC的空間不夠，造成FFC/FPC的迴轉R (半徑)太小，形成了應力(stress)。
FFC/FPC長度沒有算好，導致組裝上的問題。
FFC/FPC 在組裝的過程中有反折彎的情況，但是pin define (pin位定義)忽略掉了這個狀況，導致所有的pin位都錯位了 (錯誤包括pin位反面了、或是左右pin位顛倒)。
活動零件所使用的FPC必須要有足夠的空間，不可以讓活動的FPC在作動的任何路徑去碰到任何其他零件或機身，以免造成碰撞所產生的應力，導致trace (銅箔線路)斷裂的風險。
活動零件所使用的FPC必須採用壓延銅(RA)。
FFC/FPC 必須注意金手指的 pitch (金手指間的相對距離)。
FPC的銅層材質分成兩種，請機構設計工程師學員特別注意。

電解銅(簡稱ED，Electro Deposit copper)。所謂的電解銅，顧名思義就是利用電鍍(或濺鍍)的方式把銅箔鋪陳形成厚度，它的結構比較鬆散，所以電解銅在應用上，通常會被使用在靜態的零件，比如說，兩片固定PCBA的電器連接，固定的系統和主機板的電器溝通、.....等等。

壓延銅(簡稱RA, Rolled & Annealed copper)。所謂的壓延銅，顧名思義就是碾壓的方式壓出所需的厚度，所以結構比較紮實，壓延銅在應用上，通常會被使用在動態的零件，比如說，印表機上活動的打印機體跟主機的訊號連結、刷卡機(MSR module)上的活動磁頭跟主機板的連結。在多層銅箔的FPC上，每一層的銅箔溝通如果以穿透孔(through hole)來做訊號的傳輸的話，壓延銅必須先黑化(去除掉局部壓延銅)，黑化的範圍依設計而定，但壓延銅被黑化(局部去除掉壓延銅)之後必須以電鍍(或濺鍍)方式把黑化區域鍍銅回去、順便做出(導通)孔。那這個電鍍回去的銅就是電解銅了，也就是說壓延銅上會有局部電解銅的狀況。在活動件上使用的FPC，除了必須使用壓延銅(RA)之外，還必須避免穿透孔(through hole)及SMT零件在FPC彎折的敏感位置。

PS:

FFC (Flexible Flat Cable) 軟性扁平排線

FPC (Flex Printed Circuit) 軟性印刷電路板

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