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貼合應(yīng)用
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SMT貼裝FPC時(shí)的工藝關(guān)鍵要點(diǎn)

發(fā)布時(shí)間:2023-04-01 17:11:21 瀏覽次數(shù):2757


 

       PCB(Printed Circuit Board)是印刷電路板,簡稱硬板。FPC(Flexible Printed Circuit)是軟性電路板,又稱柔性電路板或撓性電路板,簡稱軟板。電子產(chǎn)品小型化是必然發(fā)展趨勢(shì),相當(dāng)一部分消費(fèi)類產(chǎn)品的表面貼裝,由于組裝空間的關(guān)系,其SMD都是貼裝在FPC上來完成整機(jī)的組裝的,F(xiàn)PC在計(jì)算器、手機(jī)、數(shù)碼相機(jī)、數(shù)碼攝像機(jī)等數(shù)碼產(chǎn)品上得到了普遍應(yīng)用,在FPC上進(jìn)行SMD的表面貼裝已成為SMT技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)之一。

 

 

帶金屬加強(qiáng)板的FPC樣品示例

 

       FPC表面SMT的工藝要求與傳統(tǒng)硬板PCB的SMT解決方案有很多不同之處,要想做好FPC的SMT工藝,最重要的就是定位了。因?yàn)镕PC板子的硬度不夠,較柔軟,如果不使用專用載板,就無法完成固定和傳輸,也就無法完成印刷、貼片、過爐等基本SMT工序。下面就FPC SMT生產(chǎn)中關(guān)于FPC的預(yù)處理、固定、印刷、貼片、回流焊、測(cè)試、檢驗(yàn)、分板等工序的工藝要點(diǎn)分別詳述。

 

一.FPC的預(yù)處理

       FPC板子較柔軟,出廠時(shí)一般不是真空包裝,在運(yùn)輸和存儲(chǔ)過程中易吸收空氣中的水分,需在SMT投線前作預(yù)烘烤處理,將水分緩慢強(qiáng)行排出。否則,在回流焊接的高溫沖擊下,F(xiàn)PC吸收的水分快速氣化變成水蒸氣突出FPC,易造成FPC分層、起泡等不良。

 

       預(yù)烘烤條件一般為溫度80-100℃時(shí)間4-8小時(shí),特殊情況下,可以將溫度調(diào)高至125℃以上,但需相應(yīng)縮短烘烤時(shí)間。烘烤前,一定要先作小樣試驗(yàn),以確定FPC是否可以承受設(shè)定的烘烤溫度,也可以向FPC制造商咨詢合適的烘烤條件。烘烤時(shí),F(xiàn)PC堆疊不能太多,10-20PNL比較合適,有些FPC制造商會(huì)在每PNL之間放一張紙片進(jìn)行隔離,需確認(rèn)這張隔離用的紙片是否能承受設(shè)定的烘烤溫度,如果不能需將隔離紙片抽掉以后,再進(jìn)行烘烤。烘烤后的FPC應(yīng)該沒有明顯的變色、變形、起翹等不良,需由IPQC抽檢合格后才能投線。

 

二.專用載板的制作

       根據(jù)電路板的CAD文件,讀取FPC的孔定位數(shù)據(jù),來制造高精度FPC定位模板和專用載板,使定位模板上定位銷的直徑和載板上的定位孔、FPC上定位孔的孔徑相匹配。很多FPC因?yàn)橐Wo(hù)部分線路或是設(shè)計(jì)上的原因并不是同一個(gè)厚度的,有的地方厚而有的地方要薄點(diǎn),有的還有加強(qiáng)金屬板,所以載板和FPC的結(jié)合處需要按實(shí)際情況進(jìn)行加工打磨挖槽的,作用是在印刷和貼裝時(shí)保證FPC是平整的。載板的材質(zhì)要求輕薄、高強(qiáng)度、吸熱少、散熱快,且經(jīng)過多次熱沖擊后翹曲變形小。常用的載板材料有合成石、鋁板、硅膠板、特種耐高溫磁化鋼板等。

 

普通載板:

       普通載板設(shè)計(jì)方便,打樣快捷。常用的普通載板材料為工程塑料(合成石)、鋁板等,工程塑料載板壽命有3000-7000次,操作性方便,穩(wěn)定性較好,不易吸熱,不燙手,價(jià)格是鋁板的5倍以上。

 

鋁質(zhì)載板:

       吸散熱快,內(nèi)外無溫差,變形可簡單修復(fù),價(jià)格便宜、壽命長,主要缺點(diǎn)是燙手,要使用隔熱手套取送。 

 

硅膠板:

        該材料具有自粘性,F(xiàn)PC直接粘在上面,不用膠帶,而且取下也較容易,沒有殘膠,又耐高溫。硅膠板在使用過程中,采用化學(xué)過程,硅膠材料在使用過程中會(huì)老化粘性下降,使用期間未清潔時(shí)粘性也會(huì)下降,壽命較短,最多1000-2000次,價(jià)格也比較高。

 

磁性治具:

       特種耐高溫(350℃)鋼片加強(qiáng)磁化性能處理,保證回流焊過程中“永磁”,彈性好,平整度好,高溫不變形。因?yàn)榧訌?qiáng)磁化性能處理的鋼片已經(jīng)把FPC表面壓緊壓平,F(xiàn)PC在回流焊接時(shí)就避免被回流焊風(fēng)吹起所焊接不良,保證焊接質(zhì)量穩(wěn)定,提高成品率。只要不是人為破壞和事故破壞可以永久使用,壽命長。磁性治具同時(shí)對(duì) FPC 進(jìn)行隔熱保護(hù),取板時(shí)不會(huì)對(duì) FPC 產(chǎn)生任何破壞。但磁性治具設(shè)計(jì)復(fù)雜,單價(jià)高,大批量生產(chǎn)時(shí)才具成本優(yōu)勢(shì)。

 

 

工程塑料(合成石)載板 

 

三.生產(chǎn)過程.

       我們?cè)谶@里以普通載板為例詳述FPC的SMT要點(diǎn),使用硅膠板或磁性治具時(shí),F(xiàn)PC的固定要方便很多,不需要使用膠帶,而印刷、貼片、焊接等工序的工藝要點(diǎn)是一樣的。

 

1. FPC的固定:

       在進(jìn)行SMT之前,首先需要將FPC精確固定在載板上。特別需要注意的是,從FPC固定在載板上以后,到進(jìn)行印刷、貼裝和焊接之間的存放時(shí)間越短越好。載板有帶定位銷和不帶定位銷兩種。不帶定位銷的載板,需與帶定位銷的定位模板配套使用,先將載板套在模板的定位銷上,使定位銷通過載板上的定位孔露出來,將FPC一片一片套在露出的定位銷上,再用膠帶固定,然后讓載板與FPC定位模板分離,進(jìn)行印刷、貼片和焊接。帶定位銷的載板上已經(jīng)固定有長約1.5mm的彈簧定位銷若干個(gè),可以將FPC一片一片直接套在載板的彈簧定位銷上,再用膠帶固定。在印刷工序,彈簧定位銷可以完全被鋼網(wǎng)壓入載板內(nèi),不會(huì)影響印刷效果。

 

       方法一(單面膠帶固定):用薄型耐高溫單面膠帶將 FPC 四邊固定在載板上,不讓 FPC 有偏移和起翹,膠帶粘度應(yīng)適中,回流焊后必須易剝離,且在FPC上無殘留膠劑。如果使用自動(dòng)膠帶機(jī),能快速切好長短一致的膠帶,可以顯著提高效率,節(jié)約成本,避免浪費(fèi)。

 

       方法二(雙面膠帶固定):先用耐高溫雙面膠帶貼在載板上,效果與硅膠板一樣,再將 FPC 粘貼到載板,要特別注意膠帶粘度不能太高,否則回流焊后剝離時(shí),很容易造成FPC撕裂。在反復(fù)多次過爐以后,雙面膠帶的粘度會(huì)逐步變低,粘度低到無法可靠固定FPC時(shí)必須立即更換。此工位是防止FPC臟污的重點(diǎn)工位,需要戴手指套作業(yè)。載板重復(fù)使用前,需作適當(dāng)清理,可以用無紡布蘸清洗劑擦洗,也可以使用防靜電粘塵滾筒,以除去表面灰塵、錫珠等異物。取放FPC時(shí)切忌太用力,F(xiàn)PC較脆弱,容易產(chǎn)生折痕和斷裂。


 

耐高溫單面膠帶 

 

 

2. FPC的錫膏印刷:

       FPC對(duì)焊錫膏的成分沒有很特別的要求,錫球顆粒的大小和金屬含量等以FPC上有沒有細(xì)間距IC為準(zhǔn),但 FPC對(duì)焊錫膏的印刷性能要求較高,焊錫膏應(yīng)具有優(yōu)良的觸變性,焊錫膏應(yīng)該能夠很容易印刷脫模并且能牢固 地附著在FPC表面,不會(huì)出現(xiàn)脫模不良阻塞鋼網(wǎng)漏孔或印刷后產(chǎn)生塌陷等不良。

 

       因?yàn)檩d板上裝載FPC,F(xiàn)PC上有定位用的耐高溫膠帶,使其平面不一致,所以FPC的印刷面不可能象PCB那 樣平整和厚度硬度一致,所以不宜采用金屬刮刀,而應(yīng)采用硬度在80-90度的聚胺酯型刮刀。  錫膏印刷機(jī)最好帶有光學(xué)定位系統(tǒng),否則對(duì)印刷質(zhì)量會(huì)有較大影響,F(xiàn)PC雖然固定在載板上,但是FPC與載  板之間總會(huì)產(chǎn)生一些微小的間隙,這是與PCB硬板最大的區(qū)別,因此設(shè)備參數(shù)的設(shè)定對(duì)印刷效果也會(huì)產(chǎn)生較大  影響。

 

       印刷工位也是防止FPC臟污的重點(diǎn)工位,需要戴手指套作業(yè),同時(shí)要保持工位的清潔,勤擦鋼網(wǎng),防止焊 錫膏污染FPC的金手指和鍍金按鍵。

 

3. FPC的貼片:

       根據(jù)產(chǎn)品的特性、元件數(shù)量和貼片效率,采用中、高速貼片機(jī)進(jìn)行貼裝均可。由于每片F(xiàn)PC上都有定位用 的光學(xué)MARK標(biāo)記,所以在FPC上進(jìn)行SMD貼裝與在PCB上進(jìn)行貼裝區(qū)別不大。需要注意的是,雖然FPC被固 定在載板上,但是其表面也不可能像PCB硬板一樣平整,F(xiàn)PC與載板之間肯定會(huì)存在局部空隙,所以,吸嘴下 降高度、吹氣壓力等需精確設(shè)定,吸嘴移動(dòng)速度需降低。同時(shí),F(xiàn)PC 以聯(lián)板居多,F(xiàn)PC 的成品率又相對(duì)偏低, 所以整PNL中含部分不良PCS是很正常的,這就需要貼片機(jī)具備BAD MARK識(shí)別功能,否則,在生產(chǎn)這類非整 PNL都是好板的情況下,生產(chǎn)效率就要大打折扣了。

 

4. FPC的回流焊:

       應(yīng)采用強(qiáng)制性熱風(fēng)對(duì)流紅外回流焊爐,這樣FPC上的溫度能較均勻地變化,減少焊接不良的產(chǎn)生。如果是 使用單面膠帶的,因?yàn)橹荒芄潭‵PC的四邊,中間部分因在熱風(fēng)狀態(tài)下變形,焊盤容易形成傾斜,熔錫(高溫 下的液態(tài)錫)會(huì)流動(dòng)而產(chǎn)生空焊、連焊、錫珠,使制程不良率較高。

 

1)溫度曲線測(cè)試方法:

        由于載板的吸熱性不同,F(xiàn)PC上元件種類的不同,它們?cè)诨亓骱高^程中受熱后溫度上升的速度不同,吸收 的熱量也不同,因此仔細(xì)地設(shè)置回流焊爐的溫度曲線,對(duì)焊接質(zhì)量大有影響。比較穩(wěn)妥的方法是,根據(jù)實(shí)際生 產(chǎn)時(shí)的載板間隔,在測(cè)試板前后各放兩塊裝有FPC的載板,同時(shí)在測(cè)試載板的FPC上貼裝有元件,用高溫焊錫 絲將測(cè)試溫探頭焊在測(cè)試點(diǎn)上,同時(shí)用耐高溫膠帶將探頭導(dǎo)線固定在載板上。注意,耐高溫膠帶不能將測(cè)試點(diǎn) 覆蓋住。測(cè)試點(diǎn)應(yīng)選在靠近載板各邊的焊點(diǎn)和QFP引腳等處,這樣的測(cè)試結(jié)果更能反映真實(shí)情況。

 

 2)溫度曲線的設(shè)置:

       在爐溫調(diào)試中,因?yàn)镕PC的均溫性不好,所以最好采用升溫/保溫/回流的溫度曲線方式,這樣各溫區(qū)的參 數(shù)易于控制一些,另外FPC和元件受熱沖擊的影響都要小一些。根據(jù)經(jīng)驗(yàn),最好將爐溫調(diào)到焊錫膏技術(shù)要求值 的下限,回焊爐的風(fēng)速一般都采用爐子所能采用的最低風(fēng)速,回焊爐鏈條穩(wěn)定性要好,不能有抖動(dòng)。

 

5. FPC的檢驗(yàn)、測(cè)試和分板:

       由于載板在爐中吸熱,特別是鋁質(zhì)載板,出爐時(shí)溫度較高,所以最好是在出爐口增加強(qiáng)制冷卻風(fēng)扇,幫助 快速降溫。同時(shí),作業(yè)員需帶隔熱手套,以免被高溫載板燙傷。從載板上拿取完成焊接的FPC時(shí),用力要均勻, 不能使用蠻力,以免FPC被撕裂或產(chǎn)生折痕。

       取下的FPC放在5倍以上放大鏡下目視檢驗(yàn),重點(diǎn)檢查表面殘膠、變色、金手指沾錫、錫珠、IC引腳空焊、連焊等問題。由于FPC表面不可能很平整,使AOI的誤判率很高,所以FPC一般不適合作AOI檢查,但通過借助專用的測(cè)試治具,F(xiàn)PC可以完成ICT、FCT的測(cè)試。

 

       由于 FPC 以聯(lián)板居多,可能在作 ICT、FCT 的測(cè)試以前,需要先做分板,雖然使用刀片、剪刀等工具也可以完成分板作業(yè),但是作業(yè)效率和作業(yè)質(zhì)量低下,報(bào)廢率高。如果是異形FPC的大批量生產(chǎn),建議制作專門的FPC沖壓分板模,進(jìn)行沖壓分割,可以大幅提高作業(yè)效率,同時(shí)沖裁出的FPC邊緣整齊美觀,沖壓切板時(shí)產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力很低,可以有效避免焊點(diǎn)錫裂。

 

 

 FPC沖壓分板模 


四.小結(jié)

       在FPC上進(jìn)行SMD貼裝, FPC的精確定位和固定是重點(diǎn),固定好壞的關(guān)鍵是制作合適的載板。其次是FPC的預(yù)烘烤、印刷、貼片和回流焊。顯然FPC的SMT工藝難度要比PCB硬板高很多,所以精確設(shè)定工藝參數(shù)是必要的,同時(shí),嚴(yán)密的生產(chǎn)制程管理也同樣重要,必須保證作業(yè)員嚴(yán)格執(zhí)行SOP上的每一條規(guī)定,跟線工程師和IPQC應(yīng)加強(qiáng)巡檢,及時(shí)發(fā)現(xiàn)產(chǎn)線的異常情況,分析原因并采取必要的措施,才能將FPCSMT產(chǎn)線的不良率控制在幾十個(gè)PPM之內(nèi)。


       視覺對(duì)位系統(tǒng)、機(jī)械手視覺定位、圖像處理庫等為核心的20多款自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)產(chǎn)品。涉及自動(dòng)貼合機(jī)、絲印機(jī)、曝光機(jī)、疊片機(jī)、貼片機(jī)、智能檢測(cè)、智能鐳射等眾多行業(yè)領(lǐng)域。雙翌視覺系統(tǒng)最高生產(chǎn)精度可達(dá)um級(jí)別,圖像處理精準(zhǔn)、速度快,將智能自動(dòng)化制造行業(yè)的生產(chǎn)水平提升到一個(gè)更高的層次,改進(jìn)了以往落后的生產(chǎn)流程,得到廣大用戶的認(rèn)可與肯定。隨著智能自動(dòng)化生產(chǎn)的普及與發(fā)展,雙翌將為廣大生產(chǎn)行業(yè)帶來更全面、更精細(xì)、更智能化的技術(shù)及服務(wù)。

 

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