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FPC最全、最詳細的組裝制作流程介紹

  • 發布日期:18-05-08 11:37
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FPC又稱柔性電路板,FPC的PCBA組裝焊接流程與硬性電路板的組裝有很大的不同,因為FPC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。
一.FPC的預處理

FPC板子較柔軟,出廠時一般不是真空包裝,在運輸和存儲過程中易吸收空氣中的水分,需在SMT投線前作預烘烤處理,將水分緩慢強行排出。否則,在回流焊接的高溫沖擊下,FPC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。

多層FPC

預烘烤條件一般為溫度80-100℃時間4-8小時,特殊情況下,可以將溫度調高至125℃以上,但需相應縮短烘烤時間。烘烤前,一定要先作小樣試驗,以確定FPC是否可以承受設定的烘烤溫度,也可以向FPC制造商咨詢合適的烘烤條件。烘烤時,FPC堆疊不能太多,10-20PNL比較合適,有些FPC制造商會在每PNL之間放一張紙片進行隔離,需確認這張隔離用的紙片是否能承受設定的烘烤溫度,如果不能需將隔離紙片抽掉以后,再進行烘烤。烘烤后的FPC應該沒有明顯的變色、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

根據電路板的CAD文件,讀取FPC的孔定位數據,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因為要保護部分線路或是設計上的原因并不是同一個厚度的,有的地方厚而有的地方要薄點,有的還有加強金屬板,所以載板和FPC的結合處需要按實際情況進行加工打磨挖槽的,作用是在印刷和貼裝時保證FPC是平整的。載板的材質要求輕薄、高強度、吸熱少、散熱快,且經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。
三.生產過程.

我們在這里以普通載板為例詳述FPC的SMT要點,使用硅膠板或磁性治具時,FPC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是一樣的。

1. FPC的固定:

在進行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,到進行印刷、貼裝和焊接之間的存放時間越短越好。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,進行印刷、貼片和焊接。帶定位銷的載板上已經固定有長約1.5mm的彈簧定位銷若干個,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壓入載板內,不會影響印刷效果。

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。如果使用自動膠帶機,能快速切好長短一致的膠帶,可以顯著提高效率,節約成本,避免浪費。

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,很容易造成FPC撕裂。在反復多次過爐以后,雙面膠帶的粘度會逐步變低,粘度低到無法可靠固定FPC時必須立即更換。此工位是防止FPC臟污的重點工位,需要戴手指套作業。載板重復使用前,需作適當清理,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時切忌太用力,FPC較脆弱,容易產生折痕和斷裂。

2. FPC的錫膏印刷:

FPC對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上有沒有細間距IC為準,但 FPC對焊錫膏的印刷性能要求較高,焊錫膏應具有優良的觸變性,焊錫膏應該能夠很容易印刷脫模并且能牢固 地附著在FPC表面,不會出現脫模不良阻塞鋼網漏孔或印刷后產生塌陷等不良。

因為載板上裝載FPC,FPC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,而應采用硬度在80-90度的聚胺酯型刮刀。 錫膏印刷機最好帶有光學定位系統,否則對印刷質量會有較大影響,FPC雖然固定在載板上,但是FPC與載 板之間總會產生一些微小的間隙,這是與PCB硬板最大的區別,因此設備參數的設定對印刷效果也會產生較大 影響。

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

3. FPC的貼片:

根據產品的特性、元件數量和貼片效率,采用中、高速貼片機進行貼裝均可。由于每片FPC上都有定位用 的光學MARK標記,所以在FPC上進行SMD貼裝與在PCB上進行貼裝區別不大。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,FPC與載板之間肯定會存在局部空隙,所以,吸嘴下 降高度、吹氣壓力等需精確設定,吸嘴移動速度需降低。同時,FPC 以聯板居多,FPC 的成品率又相對偏低, 所以整PNL中含部分不良PCS是很正常的,這就需要貼片機具備BAD MARK識別功能,否則,在生產這類非整 PNL都是好板的情況下,生產效率就要大打折扣了。

4. FPC的回流焊:

應采用強制性熱風對流紅外回流焊爐,這樣FPC上的溫度能較均勻地變化,減少焊接不良的產生。如果是 使用單面膠帶的,因為只能固定FPC的四邊,中間部分因在熱風狀態下變形,焊盤容易形成傾斜,熔錫(高溫 下的液態錫)會流動而產生空焊、連焊、錫珠,使制程不良率較高。

1)溫度曲線測試方法:

由于載板的吸熱性不同,FPC上元件種類的不同,它們在回流焊過程中受熱后溫度上升的速度不同,吸收 的熱量也不同,因此仔細地設置回流焊爐的溫度曲線,對焊接質量大有影響。比較穩妥的方法是,根據實際生 產時的載板間隔,在測試板前后各放兩塊裝有FPC的載板,同時在測試載板的FPC上貼裝有元件,用高溫焊錫 絲將測試溫探頭焊在測試點上,同時用耐高溫膠帶將探頭導線固定在載板上。注意,耐高溫膠帶不能將測試點 覆蓋住。測試點應選在靠近載板各邊的焊點和QFP引腳等處,這樣的測試結果更能反映真實情況。

2)溫度曲線的設置:

在爐溫調試中,因為FPC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,這樣各溫區的參 數易于控制一些,另外FPC和元件受熱沖擊的影響都要小一些。根據經驗,最好將爐溫調到焊錫膏技術要求值 的下限,回焊爐的風速一般都采用爐子所能采用的最低風速,回焊爐鏈條穩定性要好,不能有抖動。

5. FPC的檢驗、測試和分板:

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

取下的FPC放在5倍以上放大鏡下目視檢驗,重點檢查表面殘膠、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試治具,FPC可以完成ICT、FCT的測試。

由于 FPC 以聯板居多,可能在作 ICT、FCT 的測試以前,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,但是作業效率和作業質量低下,報廢率高。如果是異形FPC的大批量生產,建議制作專門的FPC沖壓分板模,進行沖壓分割,可以大幅提高作業效率,同時沖裁出的FPC邊緣整齊美觀,沖壓切板時產生的內應力很低,可以有效避免焊點錫裂。

在PCBA柔性電子的組裝焊接過程, FPC的精確定位和固定是重點,固定好壞的關鍵是制作合適的載板。其次是FPC的預烘烤、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,所以精確設定工藝參數是必要的,同時,嚴密的生產制程管理也同樣重要,必須保證作業員嚴格執行SOP上的每一條規定,跟線工程師和IPQC應加強巡檢,及時發現產線的異常情況,分析原因并采取必要的措施,才能將FPC SMT產線的不良率控制在幾十個PPM之內。

在PCBA生產過程中,需要依靠很多的機器設備才能將一塊板子組裝完成,往往一個工廠的機器設備的質量水平直接決定著制造的能力。

PCBA生產所需要的基本設備有錫膏印刷機、貼片機、回流焊、AOI檢測儀、元器件剪腳機、波峰焊、錫爐、洗板機、ICT測試治具、FCT測試治具、老化測試架等,不同規模的PCBA加工廠,所配備的設備會有所不同。

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