FPC 又称柔性电路板FPC PCBA 组装焊接流程与硬性电路板的组装有很大的不同,因为 FPC 板子的硬度不够,较柔软,如果不使用专用载板,就无法完成固定和传输,也就无法完成印刷、贴片、过炉等基本 SMT 工序。

 

一.FPC 的预处理

FPC 板子较柔软,出厂时一般不是真空包装,在运输和存储过程中易吸收空气中的水分,需在 SMT 投线前作预烘烤处理,将水分缓慢强行排出。否则,在回流焊接的高温冲击下,FPC 吸收的水分快速气化变成水蒸气突出 FPC,易造成 FPC 分层、起泡等不良。

 

 

预烘烤条件一般为温度 80-100℃时间 4-8 小时,特殊情况下,可以将温度调高至 125℃以上,但需相应缩短烘烤时间。烘烤前,一定要先作小样试验,以确定 FPC 是否可以承受设定的烘烤温度,也可以向 FPC 制造商咨询合适的烘烤条件。烘烤时,FPC 堆叠不能太多,10-20PNL 比较合适,有些 FPC 制造商会在每 PNL 之间放一张纸片进行隔离,需确认这张隔离用的纸片是否能承受设定的烘烤温度,如果不能需将隔离纸片抽掉以后,再进行烘烤。烘烤后的 FPC 应该没有明显的变色、变形、起翘等不良,需由 IPQC 抽检合格后才能投线。

 

二.专用载板的制作

根据电路板的 CAD 文件,读取 FPC 的孔定位数据,来制造高精度 FPC 定位模板和专用载板,使定位模板上定位销的直径和载板上的定位孔、FPC 上定位孔的孔径相匹配。很多 FPC 因为要保护部分线路或是设计上的原因并不是同一个厚度的,有的地方厚而有的地方要薄点,有的还有加强金属板,所以载板和 FPC 的结合处需要按实际情况进行加工打磨挖槽的,作用是在印刷和贴装时保证 FPC 是平整的。载板的材质要求轻薄、高强度、吸热少、散热快,且经过多次热冲击后翘曲变形小。常用的载板材料有合成石、铝板、硅胶板、特种耐高温磁化钢板等。

 

三.生产过程 .

我们在这里以普通载板为例详述 FPC 的 SMT 要点,使用硅胶板或磁性治具时,FPC 的固定要方便很多,不需要使用胶带,而印刷、贴片、焊接等工序的工艺要点是一样的。

 

1. FPC 的固定:

在进行 SMT 之前,首先需要将 FPC 精确固定在载板上。特别需要注意的是,从 FPC 固定在载板上以后,到进行印刷、贴装和焊接之间的存放时间越短越好。载板有带定位销和不带定位销两种。不带定位销的载板,需与带定位销的定位模板配套使用,先将载板套在模板的定位销上,使定位销通过载板上的定位孔露出来,将 FPC 一片一片套在露出的定位销上,再用胶带固定,然后让载板与 FPC 定位模板分离,进行印刷、贴片和焊接。带定位销的载板上已经固定有长约 1.5mm 的弹簧定位销若干个,可以将 FPC 一片一片直接套在载板的弹簧定位销上,再用胶带固定。在印刷工序,弹簧定位销可以完全被钢网压入载板内,不会影响印刷效果。

 

方法一(单面胶带固定):用薄型耐高温单面胶带将 FPC 四边固定在载板上,不让 FPC 有偏移和起翘,胶带粘度应适中,回流焊后必须易剥离,且在 FPC 上无残留胶剂。如果使用自动胶带机,能快速切好长短一致的胶带,可以显著提高效率,节约成本,避免浪费。

方法二(双面胶带固定):先用耐高温双面胶带贴在载板上,效果与硅胶板一样,再将 FPC 粘贴到载板,要特别注意胶带粘度不能太高,否则回流焊后剥离时,很容易造成 FPC 撕裂。在反复多次过炉以后,双面胶带的粘度会逐步变低,粘度低到无法可靠固定 FPC 时必须立即更换。此工位是防止 FPC 脏污的重点工位,需要戴手指套作业。载板重复使用前,需作适当清理,可以用无纺布蘸清洗剂擦洗,也可以使用防静电粘尘滚筒,以除去表面灰尘、锡珠等异物。取放 FPC 时切忌太用力,FPC 较脆弱,容易产生折痕和断裂。

 

2. FPC 的锡膏印刷:

FPC 对焊锡膏的成分没有很特别的要求,锡球颗粒的大小和金属含量等以 FPC 上有没有细间距 IC 为准,但 FPC 对焊锡膏的印刷性能要求较高,焊锡膏应具有优良的触变性,焊锡膏应该能够很容易印刷脱模并且能牢固 地附着在 FPC 表面,不会出现脱模不良阻塞钢网漏孔或印刷后产生塌陷等不良。

 

因为载板上装载 FPC,FPC 上有定位用的耐高温胶带,使其平面不一致,所以 FPC 的印刷面不可能象 PCB 那 样平整和厚度硬度一致,所以不宜采用金属刮刀,而应采用硬度在 80-90 度的聚胺酯型刮刀。 锡膏印刷机最好带有光学定位系统,否则对印刷质量会有较大影响,FPC 虽然固定在载板上,但是 FPC 与载 板之间总会产生一些微小的间隙,这是与 PCB 硬板最大的区别,因此设备参数的设定对印刷效果也会产生较大 影响。

 

印刷工位也是防止 FPC 脏污的重点工位,需要戴手指套作业,同时要保持工位的清洁,勤擦钢网,防止焊 锡膏污染 FPC 的金手指和镀金按键。

 

3. FPC 的贴片:

根据产品的特性、元件数量和贴片效率,采用中、高速贴片机进行贴装均可。由于每片 FPC 上都有定位用 的光学 MARK 标记,所以在 FPC 上进行 SMD 贴装与在 PCB 上进行贴装区别不大。需要注意的是,虽然 FPC 被固 定在载板上,但是其表面也不可能像 PCB 硬板一样平整,FPC 与载板之间肯定会存在局部空隙,所以,吸嘴下 降高度、吹气压力等需精确设定,吸嘴移动速度需降低。同时,FPC 以联板居多,FPC 的成品率又相对偏低, 所以整 PNL 中含部分不良 PCS 是很正常的,这就需要贴片机具备 BAD MARK 识别功能,否则,在生产这类非整 PNL 都是好板的情况下,生产效率就要大打折扣了。

 

4. FPC 的回流焊:

应采用强制性热风对流红外回流焊炉,这样 FPC 上的温度能较均匀地变化,减少焊接不良的产生。如果是 使用单面胶带的,因为只能固定 FPC 的四边,中间部分因在热风状态下变形,焊盘容易形成倾斜,熔锡(高温 下的液态锡)会流动而产生空焊、连焊、锡珠,使制程不良率较高。

 

1)温度曲线测试方法:

由于载板的吸热性不同,FPC 上元件种类的不同,它们在回流焊过程中受热后温度上升的速度不同,吸收 的热量也不同,因此仔细地设置回流焊炉的温度曲线,对焊接质量大有影响。比较稳妥的方法是,根据实际生 产时的载板间隔,在测试板前后各放两块装有 FPC 的载板,同时在测试载板的 FPC 上贴装有元件,用高温焊锡 丝将测试温探头焊在测试点上,同时用耐高温胶带将探头导线固定在载板上。注意,耐高温胶带不能将测试点 覆盖住。测试点应选在靠近载板各边的焊点和 QFP 引脚等处,这样的测试结果更能反映真实情况。

 

2)温度曲线的设置:

在炉温调试中,因为 FPC 的均温性不好,所以最好采用升温 / 保温 / 回流的温度曲线方式,这样各温区的参 数易于控制一些,另外 FPC 和元件受热冲击的影响都要小一些。根据经验,最好将炉温调到焊锡膏技术要求值 的下限,回焊炉的风速一般都采用炉子所能采用的最低风速,回焊炉链条稳定性要好,不能有抖动。

 

5. FPC 的检验、测试和分板:

由于载板在炉中吸热,特别是铝质载板,出炉时温度较高,所以最好是在出炉口增加强制冷却风扇,帮助 快速降温。同时,作业员需带隔热手套,以免被高温载板烫伤。从载板上拿取完成焊接的 FPC 时,用力要均匀, 不能使用蛮力,以免 FPC 被撕裂或产生折痕。

 

取下的 FPC 放在 5 倍以上放大镜下目视检验,重点检查表面残胶、变色、金手指沾锡、锡珠、IC 引脚空焊、连焊等问题。由于 FPC 表面不可能很平整,使 AOI 的误判率很高,所以 FPC 一般不适合作 AOI 检查,但通过借助专用的测试治具,FPC 可以完成 ICT、FCT 的测试。

 

由于 FPC 以联板居多,可能在作 ICT、FCT 的测试以前,需要先做分板,虽然使用刀片、剪刀等工具也可以完成分板作业,但是作业效率和作业质量低下,报废率高。如果是异形 FPC 的大批量生产,建议制作专门的 FPC 冲压分板模,进行冲压分割,可以大幅提高作业效率,同时冲裁出的 FPC 边缘整齐美观,冲压切板时产生的内应力很低,可以有效避免焊点锡裂。

 

PCBA 柔性电子的组装焊接过程, FPC 的精确定位和固定是重点,固定好坏的关键是制作合适的载板。其次是 FPC 的预烘烤、印刷、贴片和回流焊。显然 FPC 的 SMT 工艺难度要比 PCB 硬板高很多,所以精确设定工艺参数是必要的,同时,严密的生产制程管理也同样重要,必须保证作业员严格执行 SOP 上的每一条规定,跟线工程师和 IPQC 应加强巡检,及时发现产线的异常情况,分析原因并采取必要的措施,才能将 FPC SMT 产线的不良率控制在几十个 PPM 之内。

 

PCBA 生产过程中,需要依靠很多的机器设备才能将一块板子组装完成,往往一个工厂的机器设备的质量水平直接决定着制造的能力。

 

PCBA 生产所需要的基本设备有锡膏印刷机、贴片机、回流焊、AOI 检测仪、元器件剪脚机、波峰焊、锡炉、洗板机、ICT 测试治具、FCT 测试治具、老化测试架等,不同规模的 PCBA 加工厂,所配备的设备会有所不同。

四 .PCBA 生产设备

1、锡膏印刷机

现代锡膏印刷机一般由装版、加锡膏、压印、输电路板等机构组成。它的工作原理是:先将要印刷的电路板固定在印刷定位台上,然后由印刷机的左右刮刀把锡膏或红胶通过钢网漏印于对应焊盘,对漏印均匀的 PCB,通过传输台输入至贴片机进行自动贴片。

 

2、贴片机

贴片机:又称“贴装机”、“表面贴装系统”(Surface Mount System),在生产线中,它配置在锡膏印刷机之后,是通过移动贴装头把表面贴装元器件准确地放置 PCB 焊盘上的一种设备。分为手动和全自动两种。

 

3、回流焊

回流焊内部有一个加热电路,将空气或氮气加热到足够高的温度后吹向已经贴好元件的线路板,让元件两侧的焊料融化后与主板粘结。这种工艺的优势是温度易于控制,焊接过程中还能避免氧化,制造成本也更容易控制。

 

4、AOI 检测仪

AOI(Automatic Optic Inspection)的全称是自动光学检测,是基于光学原理来对焊接生产中遇到的常见缺陷进行检测的设备。AOI 是新兴起的一种新型测试技术,但发展迅速,很多厂家都推出了 AOI 测试设备。当自动检测时,机器通过摄像头自动扫描 PCB,采集图像,测试的焊点与数据库中的合格的参数进行比较,经过图像处理,检查出 PCB 上缺陷,并通过显示器或自动标志把缺陷显示 / 标示出来,供维修人员修整。

 

5、元器件剪脚机

用于对插脚元器件进行剪脚和变形。

 

6、波峰焊

波峰焊是让插件板的焊接面直接与高温液态锡接触达到焊接目的,其高温液态锡保持一个斜面,并由特殊装置使液态锡形成一道道类似波浪的现象,所以叫"波峰焊",其主要材料是焊锡条。

 

7、锡炉

一般情况下,锡炉是指电子接焊接中使用的一种焊接工具。对于分立元件线路板焊接一致性好,操作方便、快捷、工作效率高,是您生产加工的好帮手。

 

8、洗板机

用于对 PCBA 板进行清洗,可清除焊后板子的残留物。

 

9、ICT 测试治具

ICT Test 主要是*测试探针接触 PCB layout 出来的测试点来检测 PCBA 的线路开路、短路、所有零件的焊接情况

 

10、FCT 测试治具

FCT(功能测试)它指的是对测试目标板(UUT:Unit Under Test)提供模拟的运行环境(激励和负载),使其工作于各种设计状态,从而获取到各个状态的参数来验证 UUT 的功能好坏的测试方法。简单地说,就是对 UUT 加载合适的激励,测量输出端响应是否合乎要求。

 

11、老化测试架

老化测试架可批量对 PCBA 板进行测试,通过长时间等模拟用户使用的操作,测试出有问题的 PCBA 板。

 

PCBA 外协加工是指 PCBA 加工厂家将 PCBA 订单外发给其他有实力的 PCBA 加工厂家。那么,PCBA 外协加工一般有什么要求呢?

 

一、物料清单

应严格按照物料清单、PCB 丝印及外协加工要求进行插装或贴装元件,当发生物料与清单、 PCB 丝印不符,或与工艺要求相矛盾,或要求模糊不清而不能作业时,应及时与我公司联系,确认物料及工艺要求的正确性。

 

二、防静电要求

1、所有元器件均作为静电敏感器件对待。

2、凡与元器件及产品接触人员均穿防静电衣、佩戴防静电手环、穿防静电鞋。

3、原料进厂与仓存阶段,静电敏感器件均采用防静电包装。

4、作业过程中,使用防静电工作台面,元器件及半成品使用防静电容器盛放。

5、焊接设备可靠接地,电烙铁采用防静电型。使用前均需经过检测。

6、PCB 板半成品存放及运输,均采用防静电箱,隔离材料使用防静电珍珠棉。

7、无外壳整机使用防静电包装袋。

 

三、元器件外观标识插装方向的规定

1、极性元器件按极性插装。

2、丝印在侧面的元器件(如高压陶瓷电容)竖向插装时,丝印朝右;横向插装时,丝印朝下。丝印在顶部的元器件(不包括贴片电阻)横向插装时,字体方向同 PCB 板丝印方向;竖向插装时,字体上方朝右。

3、电阻卧式横向插装时,误差色环朝右;卧式竖向插装时,误差色环朝下;电阻立式插装时,误差色环朝向板面。

 

四、焊接要求

1、插装元件在焊接面引脚高度 1.5~2.0mm。贴片元件应平贴板面,焊点光滑无毛刺、略呈弧状,焊锡应超过焊端高度的 2/3,但不应超过焊端高度。少锡、焊点呈球状或焊锡覆盖贴片均为不良;

2、焊点高度:焊锡爬附引脚高度单面板不小于 1mm,双面板不小于 0.5mm 且需透锡。

3、焊点形状:呈圆锥状且布满整个焊盘。

4、焊点表面:光滑、明亮,无黑斑、助焊剂等杂物,无尖刺、凹坑、气孔、露铜等缺陷。

5、焊点强度:与焊盘及引脚充分润湿,无虚焊、假焊。

6、焊点截面:元件剪脚尽可能不剪到焊锡部分,在引脚与焊锡的接触面上无裂锡现象。在截面处无尖刺、倒钩。

7、针座焊接:针座要求底部贴板插装,且位置端正,方向正确,针座焊接后,底部浮高不超过 0.5mm,座体歪斜不超出丝印框。成排的针座还应保持整齐,不允许前后错位或高低不平

 

五、运输

为防止 PCBA 损坏,在运输时应使用如下包装:

1、盛放容器:防静电周转箱。

2、隔离材料:防静电珍珠棉。

3、放置间距:PCB 板与板之间、PCB 板与箱体之间有大于 10mm 的距离。

4、放置高度:距周转箱顶面有大于 50mm 的空间,保证周转箱叠放时不要压到电源,特别是有线材的电源。

 

六、洗板要求

板面应洁净,无锡珠、元件引脚、污渍。特别是插件面的焊点处,应看不到任何焊接留下的污物。洗板时应对以下器件加以防护:线材、连接端子、继电器、开关、聚脂电容等易腐蚀器件,且继电器严禁用超声波清洗。

 

七、所有元器件安装完成后不允超出 PCB 板边缘。

 

八、PCBA 过炉时,由于插件元件的引脚受到锡流的冲刷,部分插件元件过炉焊接后会存在倾斜,导致元件本体超出丝印框,因此要求锡炉后的补焊人员对其进行适当修正。