PCBA柔性电子生产流程与品质控制介绍

2017-12-19 15:57:11 PCBA加工厂家 350

FPC又称柔性电路板,FPC的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。

FPC

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。



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