FPC在機載嵌入式計算機中的應用

劉驍

摘要：本文綜述了FPC在機載嵌入式計算機中的應用，介紹了 FPC優缺點及內部結構。通過使用能滿足更小型和更高密度安裝技術的需要，也有助于減少組裝工序和增強可靠性的FPC，提升機載嵌入式計算機設計的可靠性、維修性、環境適應性、空間尺寸等。

關鍵詞：FPC DFM撓性嵌入式計算機

1引言

隨著航空機載嵌入式計算機產品日益小型化、集成化、多功能化的發展;以及嚴格的抗振動、耐鹽霧、耐霉菌、耐濕熱等環境適應性需求。傳統的線纜束焊接的機箱背板已無法滿足產品功能性能需求以及DFM（設計可制造性）需求。

撓性印制電路板（Flexible Printed Circuit Board，FPCB，習慣簡稱為FPC）的發展和廣泛應用，是因為與剛性線路板相比，FPC有著顯著的優越性，FPC是為提高空間利用率和產品設計的靈活性而設計的，它能滿足更小型和更高密度安裝技術的需要。也有助于減少組裝工序和增強可靠性。它是滿足電子產品小型化和移動要求的現行大量使用的有效解決方法。對于需要又薄又輕、結構緊湊的航空產品而言，其設計解決的技術方案包括從單面導電線路到復雜的多層的三維封裝。撓性封裝的總質量和體積比傳統的配線方法要減少70%空間。撓性電路還可以通過使用增強材料或補強襯板的方法增強其基板的強度，以取得附加的機械穩定性。

2 FPC簡介

2.1 FPC優缺點

FPC的優點：

（1）可以自由彎曲、卷繞、摺疊，可依照空間來布局，并在三維空間任意移動和伸縮，從而達到元器件裝配和導線連接的一體化。

（2）利用FPC可縮小電子產品的體積和重量，適用電子產品向高密度、薄型化、小型化、高可靠方向發展的需要。

（3） FPC還具有良好的散熱性和可焊性以及易于組裝、綜合成本較低等優點，軟硬結合的設計也在一定程度上彌補了軟性基材在元件承載能力上的略微不足。

FPC的缺點：

（1） -次性初始成本高

由于FPC是為特殊應用而設計、制造的，所以開始的電路設計、布線和底片、模具所需的費用較高。

（2）FPC的更改和修補比較困難

FPC -旦制成后，要更改必須從底片繪制開始，因此不易更改。功能上短斷路不良無法比照PCB硬板做修補。

（3）操作不當易損壞

組裝人員操作不當易引起FPC的損壞，其錫焊和返工需要經過訓練的人員操作。

總結：由于航空嵌入式計算機的特點是小批次，多型號，高可靠性，高價值;所以在嵌入式計算機產品空間尺寸受限的情況下，FPC的一次性成本、組裝要求高等缺點不會造成產品功能性能問題。在航空嵌入式計算機產品中使用FPC，可以實現其減重、小型化、高可靠、散熱性高等設計意圖。

2.2 FPC結構

FPC主要有單面板、雙面板、純銅板、多層板、軟硬結合板等結構形式，其中航空嵌入式計算機產品最常使用的是軟硬結合板（軟硬復合板）。

FPC主要由覆蓋膜層、銅箔、基材層、結合膠組成。主要有單面板疊構和雙面板疊構兩種結構。結構示意圖見下圖。

3常用的機載嵌入式計算機模塊架構設計

基于系統維修性設計需求，航空機載嵌入式計算機一般由整機LRU、可替換模塊SRU組成。整機LRU用于外場快速維修，模塊SRU用戶內場快速維修。

航空機載嵌入式計算機的模塊一般由FIB、MB、E3M、其他功能模塊組成。

機載嵌入式計算機常用模塊架構設計方法有4種：

（1）使用一塊PCB正反面安裝THT連接器，在同一塊PCB上安裝矩形或圓形航空連接器，對內一側安裝板件連接器（一般為直插孔型矩形連接器）。

優點：可使用散熱性能好的背板PCB，使用一塊背板將FIB與MB功能集成在一張PCB上，可以設計大功率印制板線。

缺點：集成度低，THT浪費PCB板面積;工藝路線長，一個PCB需要經過兩次波峰焊或一次波峰焊一次手工焊，降低了PCB使用壽命。

也有設計采用單面THT的設計縮短了工藝路線，但該設計具有使用場景的局限性。

（2）使用獨立FIB模塊與MB模塊，用板件連接器（直插或彎插）實現模塊對插

優點：集成度較高，安裝形式多樣化

缺點：經濟型差，每臺產品需多安裝至少2個板間連接器;環境適應性差。

（3）航插使用壓接式或焊杯式接觸體連接軟線，通過焊線方式將航插與1塊MB模塊連接在一起

優點：經濟性高，安裝形式多樣化，集成度較高

缺點：三防性能較差;工藝路線長;需要手工焊線，無法保障產品一致性

（4）使用FPC剮撓板結構，將FIB、MB、E3M功能集成在一個PCB上。

優點：電裝過程工藝路線短。

缺點：整板PCB制作周期較長，一次性投入較多。

4 FPC在機載嵌入式計算機中的設計實例

使用l塊FPC橋連2塊剛性PCB-塊剛板用于安裝對外連接器，另一塊用于安裝對內連接器，使整個模塊同時具備E3M與MB的功能。

安裝時，將整塊PCB進行180°彎折，通過機箱前蓋板或墊柱對其進行固定成為一體，再將其固定在機箱框體上。

總結：該方案實現了高可靠性、維修性、環境適應性等設計要素，還在實現功能性能前提下將產品尺寸縮減到了最小。

參考文獻

Joseph Fjelstad. Flexible Circuit Technology （THIRD EDITION）[M].2006.