FPC设计规范.doc

深圳市德尔西电子有限公司文件编号：版本：A 页码: 文件名称： LCM FPC设计规范FPC设计规范 一、概述1、目的：明确LCM原理设计方法及FPC LAYLUOT；完善LCM FPC设计规范；2、适用范围 适用于LCM FPC设计；3 LCM原理设计流程概述31获取设计输入信息；1 模块接口定义包含如下内容：接口定义说明；接口协议要求（8080、6800、3line、4line、I2C、RGB）；接口Databus的位数；2 LCD Driver 是否有要求；3背光电路要求：串并联要求、电流要求、控制方式、亮度级别要求；4.触摸屏电路设计触摸屏驱动要求及其类型要求（如电阻式或者电容式等） 5元器件高度及型号是否有特殊要求； 6是否带 camera， DSP，speaker&receiver，motor，三色灯，闪光灯等，及其对应的接口和驱动方式；（这个主要适合于双屏；）7.其他要求；32 得到客户的设计输入信息后，首先评估该设计输入信息是否完整，及设计的可行性；然后与客户进行沟通和确认，得到完整可行的设计输入信息；33 根据最后完整可行设计输入信息设计原理图纸；34 完成原理图纸的设计后进行审核，审核通过再进行FPC LAYOUT；二、LCM接口说明 1接口协议及其对应的接口定义目前使用的接口方式有如下几种：8080、6800、3line串口、4线串口、I2C接口和RGB接口；这几种接口协议必不可少的接口定义如下： 8080接口：databus（8位、9位、16位、18位）、RESET、RS（D/C、A0）、CS、RD、VDD(*1)、GND6800接口：databus（8位、9位、16位、18位）、RESET、RS（D/C、A0）、CS,W/R、E、VDD、GND3line串口：SDA、SCK、CS、RESET、VDD、GND4line串口：SDA、SCK、CS、RS（D/C、A0）、RESET、VDD、GNDI2C： SDA、SCK、RESET、VDD、GND RGB接口：databus（6位、16位、18位）(*2)、CS，DOTCLK,HSYNC,VSYNC, ENABLE 及串口接口（如SDA，SCK，等，主要用于写LCD DRIVER的初始化代码） NOTE 1:通常有logic regulator POWER ,Interface I/O power，analog circuit power此处用VDD表示所有的电源； NOTE 2:RGB接口模式下，其databus通常和8080接口下的databus不相同； 2模块与MCU之间通讯的接口定义及其意义： 1Databus（ DB00DB17）：数据总线，用于并行接口的数据传输；需要注意在选择16或者8位时，不同的IC有不同的选择，比如8 Bit时候有的选择高DB10-DB17，有选择DB0-DB7；请根据IC的规格书进行选择； 2、RESET：复位信号，对于LCD来说通常是低电平复位； 3、CS：chip select signal片选信号，通常是低有效 4、RS（D/C、A0）：数据和指令的选择信号，高电平数据，低电平指令。5、WR：写信号，通常是上升沿有效；6、RD：读信号，通常是低有效7、SDA：串行数据输入输出，用于串行接口。8、SCK：串行时钟，在串行接口设计中配合SDA使用，一般上升沿有效。9、DOTCLK： Dot clock signal; RGB接口中该信号通常的上升沿数据传输有效；10、HSYNC： horizontal（Line） synchronous signal，RGB接口中的行同步信号； 11、VSYNC： vertical（Frame） synchronous signal，RGB接口中的场同步信号；12、ENABLE： 数据有效信号，通常是低有效；13、VDD：LCD供电电源，包含logic regulator POWER ,Interface I/O power，analog circuit power，其中设计成单电源电路时候，则将三个电源连在一起，如果是设计成双电源，则将logic regulator POWER和analog circuit power连在一起，而Interface I/O power单独接出；14.背光驱动接口：根据具体的情况有串联和并联两种方式；15、GND：地。 3.DRIVER IC 其他接口说明3.1电源电路：包括Input POWER (VCI,VDD);Gate driver power supply (VGH，VGL);Source driver power (DDVDH,灰阶电压) ,VCOM POWER (Vcomh ,Vcoml);参考电压（VCL，VREGOUT等），LCD 工作电压（主要指CSTN 的 VLCD）3.2 升压电路 ：包括：一阶升压电路接口（比如C11P，C11N），二阶升压电路接口（C22P，C22N）；3.3 时钟电路：如OSC1，OSC2；3.4 其他接口：接口位数及模式选择，IM0，IM2等；测试引脚等；三、单屏FPC原理的设计 1. 模块与MCU之间通讯的接口设计FPC接口的一端要完全按照LCD的出口定义的要求来设计，保证两者的顺序和功能要完全一致；另一端即为模组的接口定义，要同客户沟通来确定。注意两端接口的顺序要尽量保证一致，以避免给layout造成困难。 这些接口定义中，通常我们只是直接连接出来，但是在RESET引脚需要增加ESD器件，比如压敏电阻，TVS二极管等；如下图所示： 图1 RESET电路设计2.DRIVER IC其他接口设计 2.1 电源电路 IC的电源是通过charge pumps升成的，这样电压不稳定，必须通过外接滤波电容才能得到一个稳定的电压，同时为了保证一些电源的电压值，还需要增加二极管，具体需要参考LCD DRIVER的datasheet的要求来进行电路设计；电容的选取要注意耐压值及容值。耐压值的选择是根据该电压的高低及DRIVER的建议来设置；而容值的选择需要特别注意，考虑到滤波效果； 几个常用电源原理图接法参考如下： 图2 Gate driver power 参考电路设计 图3 Source driver power 参考电路设计 图4 CSTN LCD电源 电路以上电路供参考，不同的Driver IC的有不一样的要求。其他的电路参考 IC的datasheet的要求3 升压电路设计 LCD需要高压来驱动，这就需要LCD DRIVER升压，LCD DRIVER的升压是采用charge pumps电容升压来实现的，所以必须要外接升压电容，升压电容的选取要根据LCD DRIVER的datasheet的要求来设计。注意电容的耐压值要高于升压电容两端的电压，以免给电容造成损害。4 时钟电路 LCD DRIVER IC有通过内部产生时钟信号或外接电阻产生时钟信号；采用内部产生时，其外接引脚OSC悬空或者接高低，具体看IC要求；采用外接电阻产生时钟信号时，根据频率的要求选择阻值；比如出现闪烁时，需要调高频率，同时又需要兼顾功耗；图5 时钟电路设计5其他接口 根据客户的需求对接口进行设置，比如是选择16位 或者8位数据线，MCU或者RGB接口选择； 四、双屏 带PCB原理设计 双屏涉及到三份原理图纸设计，分别是主屏FPC，副屏FPC及PCB； 4.1 主屏FPC及副屏FPC原理图纸设计 可参考单屏FPC原理的设计；4.2 PCB原理图的模块化设计 PCB上可能涉及到有camera， DSP，speaker& receiver ，motor，三色灯，闪光灯及背光驱动； 4.2.1 motor电路设计（1）Motor信号为低有效（如图6）：Motor的起振电压都在2V以上，所以motor的正极可以直接用电池电压Vbat来控制，负极用MCU的GPIO（VIB）口来控制，注意要增加滤波和保护电路。 图6 Motor信号为低有效电路（2）Motor信号为高有效（如图7）： 可以通过三极管或场效应管来实现高有效的控制。 如图7 Motor信号为高有效电路 4.2.2 speaker& receiver 电路设计 Speaker（扬声器）和receiver（受话器）的信号属于音频信号，是非常容易受到干扰的信号，特别是高频EMI，所以必须做好各种保护设计，如增加高频滤波电容、磁珠和ESD器件。其参考电路如图8所示： 图8 speaker& receiver 电路 4.2.3背光驱动电路的设计背光分为串联和并联两种，通常情况下如果MCU已经有带驱动电路，则只需要连接引脚而已；如下指的是MCU只有控制接口，需要在PCB上做驱动电路；（1 ）串联：串联的引脚比较少，基本上已经形成了一定的标准，除了少数公司封装比较特殊外，大多数公司都做成兼容产品，封装采用SOT23-5或SOT23-6，两种封装的区别只是有无OV端（如图9）。VIN为输入端，输入电压大小是在一定的范围内，一般用电池电压提供，需加滤波电容；EN为使能端，高电平有效，可输入PWM信号来控制LED亮度；GND为地；FB为反馈端，通过芯片内部的比较器保证FB端电压恒定，反馈端的电阻是来控制LED的电流大小的，即Iled=Vfb/Rfb；SW为输出端，与VIN通过一功率电感串在一起，通过内部的开关频率实现升压，再通过一肖特基二极管整流输出给LED，升压的大小通过FB端来取样控制，需加滤波电容。OV为过流保护端，当有LED损坏的时候输出端会因为反馈端无法采样到电流而导致不停的升压，甚至升到几十伏，这样有可能会造成IC的损坏，如果有OV端的话它可以检测输出端，使其不会超过IC输出的范围。串联的LED DRIVER要用到一颗功率电感，在开关频率的作用下要向外发射EMI，会对其它电路特别是手机射频电路有很大的影响，所以如果用串联设计，在layout的时候特别要注意背光电路远离那些易受干扰的部分。设计中要考虑到IC效率的问题，=Wout（输出功耗）/Win（输入功耗），选择串联IC时要注意选择效率更高的IC，至少在80%以上，这样会更节约功耗， 图9 串联背光驱动电路（2） 并联：2.1 升压模式并联采用charge pumps方式，所以需要外接升压电容，一般并联LED DRIVER的升压有三种模式，1X、1.5x和2X，也就是在输入电压从高到低变化的时候，内部会自动切换升压模式，当输入的电压比较高的时候，满足输出的要求，IC工作在1X模式下，此时效率比较高，可以达到90%以上；当输入电压比较低不能满足输出要求的时候，就会相应的切换到另外两种模式，这时效率会很低，甚至低到50%60%，此时功耗较大。我们实际应用的过程中，因为用的是电池电压供电，电池电压的范围一般在3.64.2V，而且在3.83.9V左右工作的时间是最长的，此时的电压会满足输出的要求，所以大多数时间都会工作在1X模式，效率很高。2.2 并联的引脚较多，所以并没有形成统一的标准，但控制方式一般有如下两种：1、 使能端高低电平直接控制（如图10），使能端EN高电平LED亮，低电平不亮，每个通道的电流大小可通过电流调节端RADJ外加电阻来控制，它的电压是固定的，除以它外加的电阻即为每个通道的最大输出电流。可以用PWM信号加在EN端来控制LED的亮度级别。2、 S2C接口控制（如图11），通过向EN端来发的正脉冲的数量来控制亮度级别，数量越多亮度越高，直到发送脉冲的数量达到DRIVER要求的最大数量后使EN端一直保持高电平，此时输出的电流最大，LED的亮度也达到最大。23 因为每个LED灯的规格不可能做到完全一致，所以并联DRIVER的每个通道内部集成了恒流源，保证各个通道的电流一致，使得每颗灯的亮度能够达到一致。 图10 使能端高低电平直接控制驱动电路 图11 S2C接口控制驱动电路24 PWM信号PWM信号是用来调节背光亮度的信号，通过调节PWM信号的占空比（高电平时间占周期的比例）来控制背光的亮度，占空比越高，亮度越高。PWM信号的频率不能太低，至少在200Hz以上，否则会引起背光的闪烁。4.2.4 稳压电路设计LCD DRIVER的供电电压要求稳定，否则会影响显示效果，手机供电是用电池供电（Vbat）,电池电压是一个范围，一般为3.64.2之间，所以不能直接用它给LCD供电，对于不带camera模组，一般手机基带那边会提供一个稳定的电压VDD来给LCD供电，此时模组上不用做稳压电路设计；对于大多数带camera的模组来说，需要的电压比较多，手机基带不可能提供很多的电压，所以需要在模组上做一些稳压电路来得到需要的一些稳定的电压。模组稳压电路的设计需要稳压IC，称为LDO，可根据你需要的电压的大小来选择相应型号的LDO。LDO有两种：单路LDO（如图12）：只输出一个电压。 VIN：输入电压：用电池电压Vbat供电。需加滤波电容。 VOUT：输出稳定的电压。需加滤波电容。 EN：使能端，高电平有效 GND：地 BP：外接比较小的旁路电容来减小噪音。双路LDO（如图13）：输出两个不同的电压。 VIN：输入电压：用电池电压Vbat供电。需加滤波电容。 VOUT1：第一通道输出电压，需加滤波电容。 VOUT2：第二通道输出电压，需加滤波电容。 EN1：第一通道使能端，高电平有效。 EN2：第二通道使能端，高电平有效。 GND：地LDO也有最大的负载能力，根据你的需要供电的电路的功耗来选择LDO，对于我们的模组来说选择每个通道最大输出为150mA的LDO已经足够了。注意：选择的输出电压不能超过输入电压 图12 图13 4.2.5 ESD电路设计模组对于的静电的要求比较高，所以在设计的时候必须要考虑静电对模组的影响，在模组中电源、databus、控制信号线、音频等容易受到静电的破坏，所以在这些这些位置处要适当的加上静电保护电路。常用的ESD保护器件有压敏电阻、TVS、ESD IC等。无论是哪种ESD保护器件，其保护原理基本上是相同的，都是电压敏感型元器件。使用时将保护器件的一端接在需要保护的线路上，另一端接地。在电路正常工作时器件是完全不导通的，当有静电产生时，电压会迅速增加，增加到保护器件的崩溃电压的时候，器件开始导通，随着电压的增大，达到它们的钳制电压的时候两端的电压就会被钳制在此电压值，直到两端的静电被完全释放，又恢复为正常工作状态。所以器件选型时，所选择的保护器件的崩溃电压要高于保护电路的正常工作电压，但不能太高，高出几伏即可。ESD保护器件都会有一定的电容的特性，也就是在电路正常工作的时候，会相当于在保护电路和地之间并上了一颗小电容，那么我们在选型的时候就要特别注意这个容值的大小，在器件的datasheet上会标注容值的大小。对于databus和控制总线上的保护器件，电容对它们的影响比较大，所以要选择容值较小的器件，使得器件形成的电容谐振频率远高于保护线路的工作频率，而不会对信号产生很大的影响，一般容值控制在100pF以内，越小越好。对于一些电源电路所选择的保护器件，容值的要求不用那么高，一般选择几十几百皮法的都可以。五FPC LAYOUT 完成电子原理设计之后，进入FPC LAYOUT，在LAYOUT过程中要注意以下几点：51 将电子原理图的网络导入FPC LAYOUT档中（网络必须与原理图的网络一致）。52 LAYOUT 档的元件封装，位置必须与机构图一致，注意B/L,T/P,客戶端,ACF端PIN腳方向顺序,不可放反.53 根据网絡放置元件, 以電路信號走向放置. 顶層元件避開底層要焊接的pad(如B/L、T/P), 以免焊接底層pad時, 顶層的元件脫落54 layout布侷規則541線徑與貫孔尺寸: a) VDD、VCOM、VGL、VGH、BL、TP等电源线宽为0.3mm, 若因面積受限，线宽至少要大于0.2mm.b) 复位等信号线宽为0.2mm, 若因面積受限，ACF端PAD同寬.c) 地址/数据线等线宽为0.1mm，若因面積受限，ACF端PAD同寬。d) 过孔尺寸标准(PAD 0.5mm，HOLE 0.25mm)為主，若因可用面積受限，可將过孔尺寸縮小至(PAD0.4mm，HOLE 0.2mm)。e) smd pad到smd pad 距離一般為0.25mm, 最小0.2mm.f) Tracks 到smd pad 距離一般為0.2mm, 最小0.15mm.g) Board到 keepout(板邊)距離一般為0.25mm , 最小0.2mm.h) polygon 到 Board距離一般為0.25mm, 最小0.2mmI) polygon 到B/L、T/P的pad距離一般為0.3mm, 最小為0.25mm.j) 以上設計規範若限於版面與電路設計，需降低設計參數,必須先與FPC供應商聯繫其製程能力是否能達。5.4.2 不走線和不打过孔位置:a） 距板邊四周0.25mm以內不能走線和打孔.b) 彎折區只能是單層走線, 且不能有Via,在走線的另一面要放上防焊，這樣做出來才會較柔軟,易彎折5.4.3 布线规则a) VCOM線路不能從元件下穿過,要繞過元件.b) ACF端金手指背面要加coverlay, 且与頂層防焊要錯開c) Layout 時注意線徑線與線之間距離線與孔孔與孔之間的距離。d) 為增加焊盤的焊接強度,對焊盤進行補淚滴.e) 放置防焊層、露金層時要用一整塊FILL,不要有任何的修補以免生成Gerber檔時出错。f) 非電氣特性的定位孔,可用PAD製作(X-Size:0;Y-Size:0,Hole為孔大小).並將PAD (advanced)屬性Plated項去掉.g) ACF端相鄰金手指為同一網絡時,几條線連在一起相交處不能平齊,應該要錯開.h) ACF金手指端有空的PIN腳，每一個pad必須多作一段出來i) 客戶PIN之PAD正反面均要加長線條, 且正反面長度應措開，同时开窗應上、下错開，才不易造成斷裂.j) 為了使最終的FPC具有較好的EMC、 EMI特性,有必要對FPC進行鋪銅接地處理(鋪銅時必須打孔).k) 走线与PAD之间保持0.15mm以上距离；零件和走线离板边20mil（0.5mm）以上，走线应该少打过孔、少换层（地线和电源线除外）。l) 在元件面要加光學定位點.5.4.4信号保护与隔离背光led，X+、Y+、X-、Y-走线全部用GND隔离保护。示例：5.4.5铺地方式焊盘用FLOOD OVER方式铺地最好，但因可能会导致虚焊，采取折中的方法，改用宽12mil（0.3mm）的T型线接地。示例：图示线框内T型线接地5.5 FPC 在开模作样时要考虑的要点1 FPC的热压引脚要比玻璃的引脚略短0.20mm，让FPC带PI层的部分压到玻璃的引脚位上，FPC和PCB采用热压连接的方法也一样,金手指长度标注为A0.2,在ITO金手指较短的情况下，1.1mm时可以标注为A(+0.2/0),使最大公差值不超过ITO长度值（尽量不要使FPC金手指超出LCD边缘）。2 FPC具有可挠性，但可折性较差，如果要折必须是具有双面PI的，铜箔材料采用压延铜，不允许在加贴PI的分界线上折，材料的厚度尽量选用薄的。表面处理没有特殊要求的都采用镀金。3 在FPC上有放置零件的，在选用材料时要用PI料而不能用PET料。因为PET材料不可以耐高温，在SMT后会变形。4 热压FPC到LCD上的金手指背面需加12.5 um厚度的PI 补强，其长度需超出FPC金手指长度至少0.5mm，以防止FPC金手指受折而断裂。5 FPC需要中间镂空的，选择铜箔厚度务必为35um；且基材和盖膜的开口必须错开0.3mm。否则镂空金手指部分很容易折断。6 需要弯折的FPC材料一定要选用压延铜，不要选用电解铜；且在弯折区域不可以设计焊盘，过孔等，弯折区域尽量设计为单面。7 接口FPCPIN脚：因其中一边与LCD对应，另一边与客户主板对应,要特别注意其第一PIN及接口顺序的对应关系，并在插座背面设计补强板。设计时R角尽量大于1mm，布线离边0.2mm或以上，并增加接地，需带银箔的接口FPC其阻焊位置要开口露出铜箔，与银箔相连且接地.8 PCB或者FPC LAYOUT里面最好注明二极管方向，LED灯要加半园弧示意发光方向，并且需要在灯前设计方块白油，便于反光。在焊盘两侧直接加“”，“”号进行标识。如果LAYOUT里面没有设计，请一定在元件贴附图里面示意画出。双排容的外观白油不要设计为正方形的，要设为长方形，以免误会贴错元件方向.9 双面FPC前端需要手工焊接在板上的金手指需要设计为双面焊盘，且盖膜需要分别压住双面焊盘，双面焊盘用过孔连接，焊盘最前端设计为锯齿状，方便焊接时爬锡。另外FPC上需要焊接背光或者触摸屏FPC时，设计的焊盘长度需超出前者至少0.5mm。10 FPC上的双面粘尽量选用耐高温的材料（3M9500）,贴附位置不可在元件下面，尽量远离元件区域。11 FPC弯折区域与元件区域过度的圆角要达到半径为1.0mm,并建议在拐角处加铜线以补充强度,在需要弯折的区域也可以采用加缺孔的方法进行弯折限制。如下图所示：12 FPC金手指长度需满足以下条件：将FPC金手指处的对位标与LCD ITO引脚处的对位标对齐热压后，FPC金手指顶端不能超过ITO 引脚顶端，一般低于ITO引脚约0.1mm，且金手指下端不超过LCD,距边缘约0.2mm。如下图所示:六 优化FPC元件开口,防止元件处线路折断6.1. 在空间允许的情况下,元件焊盘与焊盘的间距最小要保证有0.5mm.如下图所示:6.2. 元件错开摆放,错开的距离最小要0.3mm,避免应力集中在一条直线上,确保PI开品成锯齿.如图所示: 6.3. 在空间允许的情况下,元件上的走线尽量在元件左右走,如图1所示.图2所示的是条件不允许的情况下,可以加长元件焊盘(黄色部分),加长的距离最小为0.3mm6.4. 以上3种方案都不能满足的话,那么元件背面必须加PI补强. PI补强单边要比元件区域单边大0.5 mm,厚度为12.5Um.七 设计LCM应注意的细节：1.注意增加PI TAPE,保护金手指防止焊盘氧化,在图纸中应注明,如图2.增加两个MARK点,做在阻焊层。可以做成铜箔状，或禁止铺铜的方式 3.增加BLG/TP/连接器对位丝印线：4.CAD与GBR图档尺寸应一致:4.BLG与TP焊盘极性字符摆放位置：