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SMT工藝-FPC工藝技術(shù)
日期：2025-05-13 21:20
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摘要：
SMT工藝-FPC工藝技術(shù)
摘要：在消費(fèi)類電子產(chǎn)品追求小型化的趨勢下，F(xiàn)PC的應(yīng)用越來越廣泛，F(xiàn)PC的SMT工藝有不同于傳統(tǒng)PCB的特點(diǎn)，本文詳細(xì)描述了FPC SMT生產(chǎn)中關(guān)于FPC的預(yù)處理、固定、印刷、貼片、回流焊、測試、檢驗(yàn)、分板等工序的工藝要點(diǎn)，能對初涉FPC SMT生產(chǎn)的讀者有所幫助。
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，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)展趨勢之一。
圖1-1 FPC樣品示例 圖1-2 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，*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**。
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**，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老化粘性下降，使用期間未清潔時(shí)粘性也會下降，壽命較短，*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**，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長久使用，壽命長。磁性治具同時(shí)對FPC進(jìn)行隔熱保護(hù)，取板時(shí)不會對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。
圖2 工程塑料（合成石）載板 圖3 鋁質(zhì)載板 圖4 硅膠板和定位模板
三．生產(chǎn)過程.
我們在這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**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。
圖5 圓盤形自動膠帶機(jī) 圖6 防靜電粘塵滾筒
圖7 耐高溫單面膠帶 圖8 耐高溫雙面膠帶
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(xì)間距IC為準(zhǔn)，但FPC對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，不會出現(xiàn)脫模**阻塞鋼網(wǎng)漏孔或印刷后產(chǎn)生塌陷等**。
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)*好帶有光學(xué)定位系統(tǒng)，否則對印刷質(zhì)量會有較大影響，F(xiàn)PC雖然固定在載板上,但是FPC與載板之間總會產(chǎn)生一些微小的間隙，這是與PCB硬板*大的區(qū)別，因此設(shè)備參數(shù)的設(shè)定對印刷效果也會產(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，采用中速貼片機(jī)、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與載板之間肯定會存在局部空隙，所以，吸嘴下降高度、吹氣壓力等需**設(shè)定，吸嘴移動速度需降低。同時(shí)，F(xiàn)PC以聯(lián)板居多，F(xiàn)PC的成品率又相對偏低，所以整PNL中含部分**PCS是很正常的，這就需要貼片機(jī)具備BAD MARK識別功能，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**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）會流動而產(chǎn)生空焊、連焊、錫珠，使制程**率較高。
1）溫度曲線測試方法：
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(xì)地設(shè)置回流焊爐的溫度曲線，對焊接質(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，在測試板前后各放兩塊裝有FPC的載板，同時(shí)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(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試點(diǎn)覆蓋住。測試點(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*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)，*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*低風(fēng)速，回焊爐鏈條穩(wěn)定性要好,不能有抖動。
5. FPC的檢驗(yàn)、測試和分板：
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*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**。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SMT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試治具，F(xiàn)PC可以完成ICT、FCT的測試。
由于FPC以聯(lián)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(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。
圖9 FPC沖壓分板模 圖10 FPC FCT測試治具
四．小結(jié)
在FPC上進(jìn)行SMD貼裝， FPC的**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**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FPC SMT產(chǎn)線的**率控制在幾十個(gè)PPM之內(nèi)。