FPC的PCBA組裝焊接流程，不同于硬性電路板
發(fā)布日期：2018-06-12 發(fā)布者： 廣東合通建業(yè)科技股份有限公司 瀏覽量：(4769)次瀏覽
FPC又稱柔性電路板，F(xiàn)PC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。
本文引用地址：http://xueduep.cn/zhuanjiajiangtang/39-162.html
一.FPC的預(yù)處理
FPC板子較柔軟，出廠時一般不是真空包裝，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、起泡等不良。
預(yù)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(diào)高至125℃以上，但需相應(yīng)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(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，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因為要保護(hù)部分線路或是設(shè)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(diǎn)，有的還有加強(qiáng)金屬板，所以載板和FPC的結(jié)合處需要按實際情況進(jìn)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(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。
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，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，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,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時切忌太用力，F(xiàn)PC較脆弱，容易產(chǎn)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(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)脫模不良阻塞鋼網(wǎng)漏孔或印刷后產(chǎn)生塌陷等不良。
因為載板上裝載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硬板最大的區(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，吸嘴移動速度需降低。同時，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中含部分不良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，減少焊接不良的產(chǎn)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(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，使制程不良率較高。
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)實際生 產(chǎn)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(diǎn)上，同時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)果更能反映真實情況。
2)溫度曲線的設(shè)置：
在爐溫調(diào)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(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，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。
5. FPC的檢驗、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，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，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，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，同時沖裁出的FPC邊緣整齊美觀，沖壓切板時產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力很低，可以有效避免焊點(diǎn)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(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，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)線的不良率控制在幾十個PPM之內(nèi)。
在PCBA生產(chǎn)過程中，需要依靠很多的機(jī)器設(shè)備才能將一塊板子組裝完成，往往一個工廠的機(jī)器設(shè)備的質(zhì)量水平直接決定著制造的能力。
PCBA生產(chǎn)所需要的基本設(shè)備有錫膏印刷機(jī)、貼片機(jī)、回流焊、AOI檢測儀、元器件剪腳機(jī)、波峰焊、錫爐、洗板機(jī)、ICT測試治具、FCT測試治具、老化測試架等，不同規(guī)模的PCBA加工廠，所配備的設(shè)備會有所不同。
四.PCBA生產(chǎn)設(shè)備
1、錫膏印刷機(jī)
現(xiàn)代錫膏印刷機(jī)一般由裝版、加錫膏、壓印、輸電路板等機(jī)構(gòu)組成。它的工作原理是：先將要印刷的電路板固定在印刷定位臺上，然后由印刷機(jī)的左右刮刀把錫膏或紅膠通過鋼網(wǎng)漏印于對應(yīng)焊盤，對漏印均勻的PCB,通過傳輸臺輸入至貼片機(jī)進(jìn)行自動貼片。
2、貼片機(jī)
貼片機(jī)：又稱“貼裝機(jī)”、“表面貼裝系統(tǒng)”(Surface Mount System)，在生產(chǎn)線中，它配置在錫膏印刷機(jī)之后，是通過移動貼裝頭把表面貼裝元器件準(zhǔn)確地放置PCB焊盤上的一種設(shè)備。分為手動和全自動兩種。
3、回流焊
回流焊內(nèi)部有一個加熱電路，將空氣或氮?dú)饧訜岬阶銐蚋叩臏囟群蟠迪蛞呀?jīng)貼好元件的線路板，讓元件兩側(cè)的焊料融化后與主板粘結(jié)。這種工藝的優(yōu)勢是溫度易于控制，焊接過程中還能避免氧化，制造成本也更容易控制。
4、AOI檢測儀
AOI(Automatic Optic Inspection)的全稱是自動光學(xué)檢測，是基于光學(xué)原理來對焊接生產(chǎn)中遇到的常見缺陷進(jìn)行檢測的設(shè)備。AOI是新興起的一種新型測試技術(shù)，但發(fā)展迅速，很多廠家都推出了AOI測試設(shè)備。當(dāng)自動檢測時，機(jī)器通過攝像頭自動掃描PCB，采集圖像，測試的焊點(diǎn)與數(shù)據(jù)庫中的合格的參數(shù)進(jìn)行比較，經(jīng)過圖像處理，檢查出PCB上缺陷，并通過顯示器或自動標(biāo)志把缺陷顯示/標(biāo)示出來，供維修人員修整。
5、元器件剪腳機(jī)
用于對插腳元器件進(jìn)行剪腳和變形。
6、波峰焊
波峰焊是讓插件板的焊接面直接與高溫液態(tài)錫接觸達(dá)到焊接目的，其高溫液態(tài)錫保持一個斜面，并由特殊裝置使液態(tài)錫形成一道道類似波浪的現(xiàn)象，所以叫"波峰焊"，其主要材料是焊錫條。
7、錫爐
一般情況下，錫爐是指電子接焊接中使用的一種焊接工具。對于分立元件線路板焊接一致性好，操作方便、快捷、工作效率高，是您生產(chǎn)加工的好幫手。
8、洗板機(jī)
用于對PCBA板進(jìn)行清洗，可清除焊后板子的殘留物。
9、ICT測試治具
ICT Test 主要是*測試探針接觸PCB layout出來的測試點(diǎn)來檢測PCBA的線路開路、短路、所有零件的焊接情況
10、FCT測試治具
FCT(功能測試)它指的是對測試目標(biāo)板(UUT：Unit Under Test)提供模擬的運(yùn)行環(huán)境(激勵和負(fù)載)，使其工作于各種設(shè)計狀態(tài)，從而獲取到各個狀態(tài)的參數(shù)來驗證UUT的功能好壞的測試方法。簡單地說，就是對UUT加載合適的激勵，測量輸出端響應(yīng)是否合乎要求。
11、老化測試架
老化測試架可批量對PCBA板進(jìn)行測試，通過長時間等模擬用戶使用的操作，測試出有問題的PCBA板。
PCBA外協(xié)加工是指PCBA加工廠家將PCBA訂單外發(fā)給其他有實力的PCBA加工廠家。那么，PCBA外協(xié)加工一般有什么要求呢?
一、物料清單
應(yīng)嚴(yán)格按照物料清單、PCB絲印及外協(xié)加工要求進(jìn)行插裝或貼裝元件，當(dāng)發(fā)生物料與清單、 PCB絲印不符，或與工藝要求相矛盾，或要求模糊不清而不能作業(yè)時，應(yīng)及時與我公司聯(lián)系，確認(rèn)物料及工藝要求的正確性。
二、防靜電要求
1、所有元器件均作為靜電敏感器件對待。
2、凡與元器件及產(chǎn)品接觸人員均穿防靜電衣、佩戴防靜電手環(huán)、穿防靜電鞋。
3、原料進(jìn)廠與倉存階段，靜電敏感器件均采用防靜電包裝。
4、作業(yè)過程中，使用防靜電工作臺面，元器件及半成品使用防靜電容器盛放。
5、焊接設(shè)備可靠接地，電烙鐵采用防靜電型。使用前均需經(jīng)過檢測。
6、PCB板半成品存放及運(yùn)輸，均采用防靜電箱，隔離材料使用防靜電珍珠棉。
7、無外殼整機(jī)使用防靜電包裝袋。
三、元器件外觀標(biāo)識插裝方向的規(guī)定
1、極性元器件按極性插裝。
2、絲印在側(cè)面的元器件(如高壓陶瓷電容)豎向插裝時，絲印朝右;橫向插裝時，絲印朝下。絲印在頂部的元器件(不包括貼片電阻)橫向插裝時，字體方向同PCB板絲印方向;豎向插裝時，字體上方朝右。
3、電阻臥式橫向插裝時，誤差色環(huán)朝右;臥式豎向插裝時，誤差色環(huán)朝下;電阻立式插裝時，誤差色環(huán)朝向板面。
四、焊接要求
1、插裝元件在焊接面引腳高度1.5～2.0mm。貼片元件應(yīng)平貼板面，焊點(diǎn)光滑無毛刺、略呈弧狀，焊錫應(yīng)超過焊端高度的2/3，但不應(yīng)超過焊端高度。少錫、焊點(diǎn)呈球狀或焊錫覆蓋貼片均為不良;
2、焊點(diǎn)高度：焊錫爬附引腳高度單面板不小于1mm，雙面板不小于0.5mm且需透錫。
3、焊點(diǎn)形狀：呈圓錐狀且布滿整個焊盤。
4、焊點(diǎn)表面：光滑、明亮，無黑斑、助焊劑等雜物，無尖刺、凹坑、氣孔、露銅等缺陷。
5、焊點(diǎn)強(qiáng)度：與焊盤及引腳充分潤濕，無虛焊、假焊。
6、焊點(diǎn)截面：元件剪腳盡可能不剪到焊錫部分，在引腳與焊錫的接觸面上無裂錫現(xiàn)象。在截面處無尖刺、倒鉤。
7、針座焊接：針座要求底部貼板插裝，且位置端正，方向正確，針座焊接后，底部浮高不超過0.5mm，座體歪斜不超出絲印框。成排的針座還應(yīng)保持整齊，不允許前后錯位或高低不平
五、運(yùn)輸
為防止PCBA損壞，在運(yùn)輸時應(yīng)使用如下包裝：
1、盛放容器：防靜電周轉(zhuǎn)箱。
2、隔離材料：防靜電珍珠棉。
3、放置間距：PCB板與板之間、PCB板與箱體之間有大于10mm的距離。
4、放置高度：距周轉(zhuǎn)箱頂面有大于50mm的空間，保證周轉(zhuǎn)箱疊放時不要壓到電源，特別是有線材的電源。
六、洗板要求
板面應(yīng)潔凈，無錫珠、元件引腳、污漬。特別是插件面的焊點(diǎn)處，應(yīng)看不到任何焊接留下的污物。洗板時應(yīng)對以下器件加以防護(hù)：線材、連接端子、繼電器、開關(guān)、聚脂電容等易腐蝕器件，且繼電器嚴(yán)禁用超聲波清洗。
七、所有元器件安裝完成后不允超出PCB板邊緣。
八、PCBA過爐時，由于插件元件的引腳受到錫流的沖刷，部分插件元件過爐焊接后會存在傾斜，導(dǎo)致元件本體超出絲印框，因此要求錫爐后的補(bǔ)焊人員對其進(jìn)行適當(dāng)修正。
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