FPC在机载嵌入式计算机中的应用

刘骁

摘要：本文综述了FPC在机载嵌入式计算机中的应用，介绍了 FPC优缺点及内部结构。通过使用能满足更小型和更高密度安装技术的需要，也有助于减少组装工序和增强可靠性的FPC，提升机载嵌入式计算机设计的可靠性、维修性、环境适应性、空间尺寸等。

关键词：FPC DFM挠性嵌入式计算机

1引言

随着航空机载嵌入式计算机产品日益小型化、集成化、多功能化的发展;以及严格的抗振动、耐盐雾、耐霉菌、耐湿热等环境适应性需求。传统的线缆束焊接的机箱背板已无法满足产品功能性能需求以及DFM（设计可制造性）需求。

挠性印制电路板（Flexible Printed Circuit Board，FPCB，习惯简称为FPC）的发展和广泛应用，是因为与刚性线路板相比，FPC有着显著的优越性，FPC是为提高空间利用率和产品设计的灵活性而设计的，它能满足更小型和更高密度安装技术的需要。也有助于减少组装工序和增强可靠性。它是满足电子产品小型化和移动要求的现行大量使用的有效解决方法。对于需要又薄又轻、结构紧凑的航空产品而言，其设计解决的技术方案包括从单面导电线路到复杂的多层的三维封装。挠性封装的总质量和体积比传统的配线方法要减少70%空间。挠性电路还可以通过使用增强材料或补强衬板的方法增强其基板的强度，以取得附加的机械稳定性。

2 FPC简介

2.1 FPC优缺点

FPC的优点：

（1）可以自由弯曲、卷绕、摺叠，可依照空间来布局，并在三维空间任意移动和伸缩，从而达到元器件装配和导线连接的一体化。

（2）利用FPC可缩小电子产品的体积和重量，适用电子产品向高密度、薄型化、小型化、高可靠方向发展的需要。

（3） FPC还具有良好的散热性和可焊性以及易于组装、综合成本较低等优点，软硬结合的设计也在一定程度上弥补了软性基材在元件承载能力上的略微不足。

FPC的缺点：

（1） -次性初始成本高

由于FPC是为特殊应用而设计、制造的，所以开始的电路设计、布线和底片、模具所需的费用较高。

（2）FPC的更改和修补比较困难

FPC -旦制成后，要更改必须从底片绘制开始，因此不易更改。功能上短断路不良无法比照PCB硬板做修补。

（3）操作不当易损坏

组装人员操作不当易引起FPC的损坏，其锡焊和返工需要经过训练的人员操作。

总结：由于航空嵌入式计算机的特点是小批次，多型号，高可靠性，高价值;所以在嵌入式计算机产品空间尺寸受限的情况下，FPC的一次性成本、组装要求高等缺点不会造成产品功能性能问题。在航空嵌入式计算机产品中使用FPC，可以实现其减重、小型化、高可靠、散热性高等设计意图。

2.2 FPC结构

FPC主要有单面板、双面板、纯铜板、多层板、软硬结合板等结构形式，其中航空嵌入式计算机产品最常使用的是软硬结合板（软硬复合板）。

FPC主要由覆盖膜层、铜箔、基材层、结合胶组成。主要有单面板叠构和双面板叠构两种结构。结构示意图见下图。

3常用的机载嵌入式计算机模块架构设计

基于系统维修性设计需求，航空机载嵌入式计算机一般由整机LRU、可替换模块SRU组成。整机LRU用于外场快速维修，模块SRU用户内场快速维修。

航空機载嵌入式计算机的模块一般由FIB、MB、E3M、其他功能模块组成。

机载嵌入式计算机常用模块架构设计方法有4种：

（1）使用一块PCB正反面安装THT连接器，在同一块PCB上安装矩形或圆形航空连接器，对内一侧安装板件连接器（一般为直插孔型矩形连接器）。

优点：可使用散热性能好的背板PCB，使用一块背板将FIB与MB功能集成在一张PCB上，可以设计大功率印制板线。

缺点：集成度低，THT浪费PCB板面积;工艺路线长，一个PCB需要经过两次波峰焊或一次波峰焊一次手工焊，降低了PCB使用寿命。

也有设计采用单面THT的设计缩短了工艺路线，但该设计具有使用场景的局限性。

（2）使用独立FIB模块与MB模块，用板件连接器（直插或弯插）实现模块对插

优点：集成度较高，安装形式多样化

缺点：经济型差，每台产品需多安装至少2个板间连接器;环境适应性差。

（3）航插使用压接式或焊杯式接触体连接软线，通过焊线方式将航插与1块MB模块连接在一起

优点：经济性高，安装形式多样化，集成度较高

缺点：三防性能较差;工艺路线长;需要手工焊线，无法保障产品一致性

（4）使用FPC剐挠板结构，将FIB、MB、E3M功能集成在一个PCB上。

优点：电装过程工艺路线短。

缺点：整板PCB制作周期较长，一次性投入较多。

4 FPC在机载嵌入式计算机中的设计实例

使用l块FPC桥连2块刚性PCB-块刚板用于安装对外连接器，另一块用于安装对内连接器，使整个模块同时具备E3M与MB的功能。

安装时，将整块PCB进行180°弯折，通过机箱前盖板或垫柱对其进行固定成为一体，再将其固定在机箱框体上。

总结：该方案实现了高可靠性、维修性、环境适应性等设计要素，还在实现功能性能前提下将产品尺寸缩减到了最小。

参考文献

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