SMT 軟板FPC加工及技術流程

SMT 軟板FPC加工及技術流程

FPC SMT技術介紹

在消費類電子產品追求小型化的趨勢下,FPC的應用越來越廣泛,FPCSMT技術有不同於傳統PCB的特點。PCB(印刷電路板)是印刷電路板,簡稱硬板FPC(軟性印刷電路)是軟性電路板,又稱軟性電路板或撓性電路板,簡稱軟板。電子產品小型化是必然發展趨勢,相當一部分消費類產品的表面黏貼,由於組裝空間的關係,其中SMD都是黏貼在FPC上來完成整機的組裝的,FPC在計算器,手機,數位相機,數位攝影機等數位產品上得到了普遍應用,在FPC上進行SMD的表面黏貼已成為SMT技術發展趨勢之

 

FPC表面SMT的技術要求與傳統硬板PCBSMT解決方案有很多不同之處,要想做好FPCSMT技術,最重要的就是定位了。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,過爐等基礎SMT工程。下面就FPC生產中關於FPC的預處理,固定,印刷,貼片,回流焊,測試,檢驗,分板等工程的技術要點分類詳述。

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,需要在SMT投線前作預烘烤處理,將水分緩慢強行排出。否則,在回流焊接的高溫衝擊下,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。

 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製造商諮詢合適的烘烤條件。烘烤時,FPC堆疊不能太多,10-20PNL比較合適,有些FPC製造商會在每PNL之間放一張紙片進行隔離,需要確認這張隔離用的紙片是否能承受設定的烘烤溫度,如果不能需要隔離紙片抽掉以後,再進烘烤。烘烤後的FPC應該沒有明顯的變色,變形,起翹等不良,需要IPQC抽檢合格後才能投線

二、專用載板的製作

根據電路板的CAD檔案,讀取FPC的孔定位數據,來製造高精度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上定孔的相匹配。很多FPC因為要保護部分線路或是設計上的原因並不是同一厚度的,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,作用是在印刷和黏貼時保證FPC是平整的。載板的材質要求輕薄,高強度,吸熱少,散熱快,且經過多次熱衝擊後翹曲變形小。常用的載板材料有合成石,鋁板,矽膠板,特種耐高溫磁化鋼板等。

普通載板:普通載板設計方便,打樣快捷。常用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,穩定性較好,不易吸熱,不燙手,價格是鋁板的5倍以上。

質載板吸散熱快,內外無溫差,變形可簡單修復,價格便宜,壽命長,主要缺點是燙手,要使用隔熱手套取送

矽膠板:該材料具有自粘性,FPC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。

板在使用過程中,採用化學過程,矽膠材料在使用過程中會老化粘性下降,使用期間未清潔時粘性也會下降,壽命較短,最多1000-2000次,價格也比較高。

磁性治具特殊耐高溫(350)鋼片加強磁化性能處理,保證回流焊過程中“永磁”,彈性好,平整度好,高溫不變形因為加強磁化性能處理的鋼片已經把FPC表面壓緊壓平FPC在回流焊接時就避免被回流焊風吹起所焊接不良,保證焊接質量穩定,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。磁性治具具FPC進行隔熱保護,取板時不會對FPC產生任何破壞。但磁性治具設計複雜,單價高,大批量生產時才成本優勢。

 

三、生產過程

我們在這里以普通載板為例詳細FPCSMT要點,使用矽膠板或磁性治具時FPC的固定要方便很多,不需要使用膠帶,而印刷,貼片,焊接等工序的技術要點是一樣的。

 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固定在載板上以後到進行印刷,黏貼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,然後讓載板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。

方式(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,回流焊後必須易剝離,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。

方式二(雙面膠帶固定):先用耐高溫雙面膠帶貼在載板上,效果與膠板一樣,再將FPC粘貼到載板,要特別注意膠帶粘度不能太高,否則回流焊後剝離時,很容易造成FPC撕裂。在反復多次過爐以後,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污的重點工位,需要戴手指套作業。載板重複使用前,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,錫珠等異物取出FPC時切忌太用力

脆弱,容易產生摺痕和斷裂。

 

FPC的錫膏印刷

 FPC對焊錫膏的成分沒有很特別的要求,锡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,焊錫膏應該能夠容易地印刷脫模並且能牢固地附著在FPC表面,不會出現脫模不良阻塞鋼網漏孔或印刷後產生塌陷等不良。

 因為載板上裝FPCFPC上有定位用的耐高溫膠帶,使其平面不一致,所以FPC的印刷面不可能像PCB那樣平均和厚度硬度一致,所以不宜採用金屬刮刀,而應採用硬度在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的影響,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。

 

FPC的貼片:

 根據產品的特性,元件數量和貼片效率,採用中,高速貼片機進行黏貼均可。由於每片FPC上都有定位用的光學MARK標記,所以在FPC上進行SMD黏貼與在PCB上進行黏貼區別不大。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,吸嘴下降低度,吹氣壓力等需要精確設定,吸力移動速度需降低。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是好板的情況下,生產效率就要大打折扣了。

FPC的回流焊:

 應採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。

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,焊錫容易形成傾斜,熔錫

下的液態錫會流動而產生空焊,連焊,錫珠,使製程不良率較高。

1溫度曲線測試方法:

 由於載板的吸熱性不同,FPC上元件種類的不同,它們在回流焊過程中受熱後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,根據實際生產時的隔板,在測試板前後各放兩塊FPC的載板,同時在測試載板的FPC上黏貼有元件,用高溫焊絲將測試溫探頭焊在測試點上,同時用耐高膠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QFP引腳等,這樣的測試結果更能反映真實情況。

2溫度曲線的設置:

 爐溫調試中,因為FPC均溫性不好,所以最好採用升溫/保溫/回流的溫度曲線方式,這樣各溫區的參數易於控制一些,另外FPC和元件受熱衝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採用爐子所需採用的最低風速,回焊爐鏈條穩定性要好,不能有抖動。

 

FPC的檢驗,測試和分板

 由於載板在爐中吸熱,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製冷卻風扇,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FPC被撕裂或產生摺痕。

取下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。由於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AOI檢查,但通過借助專用的測試治具FPC可以完成ICTFCT的測試。

由於FPC以聯板居多,可能在作ICTFCT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,建議製作專門的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。

 

 FPC上進行SMD黏貼,FPC的精確定位和固定是重點,固定好壞的關鍵是製作​​合適的載板。其次是FPC的預烘烤,印刷,貼片和回流焊。顯然FPCSMT技術難度要比PCB硬板高很多,所以精確設定技術參數是必須要求,同時,嚴密的生產製程管理也同樣重要,必須保證作業員嚴格執行SOP上的每一條規定,跟線工程師FPCQC應加強巡檢,及時發現產線的異常情況,分析原因並採取必要的措施,才能將FPC SMT產線的不良率控制在幾十PPM之內。

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