FPC軟板貼片工藝

1、HIDE上海施耐斯電氣（中國(guó)）投資有限公司NEZA產(chǎn)品部陳斌在FPC上貼裝SMD幾種方案根據(jù)貼裝精度要求以及元件種類和數(shù)量的不同，目前常用的方案如下幾種：方案1、單片F(xiàn)PC上的簡(jiǎn)單貼裝1. 適用范圍元件種類：以電阻電容等片裝為主。元件數(shù)量：每片F(xiàn)PC需要貼裝的元件數(shù)量很少，一般只有幾個(gè)元件。貼裝精度：貼裝精度要求不高（只有片狀元件）。FPC特性：面積很小。批量情況：一般都是以萬(wàn)片為計(jì)量單位。2. 制造過(guò)程焊膏印刷：FPC靠外型定位于印刷專用托板上，一般采用小型半自動(dòng)專用印刷機(jī)印刷。受 條件限制，也可以采用手工印刷，但是印刷質(zhì)量不穩(wěn)定，效果比半自動(dòng)印刷的要差。貼裝：一般可采用手工貼裝。位置要求稍

2、高一些的個(gè)別元件也可采用手動(dòng)貼片機(jī)貼裝。焊接：一般都采用再流焊工藝。特殊情況下也可用專用設(shè)備點(diǎn)焊。如果人工焊接，質(zhì)量難以 控制。方案2、多片貼裝：多片F(xiàn)PC靠定位模板定位于托半上，并全程固定在托板上一起SMT貼 裝。適用范圍：A、元件種類：片狀元件一般體積大于0603，引腳間距大于等于0.65的QFQ及其他元件均 可。B、元件數(shù)量：每片F(xiàn)PC上幾個(gè)元件到十幾個(gè)元件。C、貼裝精度：貼裝精度要求中等。D、FPC特性：面積稍大，有適當(dāng)?shù)膮^(qū)域中無(wú)元件，每片F(xiàn)PC上都有二個(gè)用于光學(xué)定位的 MARK標(biāo)記和二個(gè)以上的定位孔。FPC的固定：根據(jù)金屬漏板的CAD數(shù)據(jù)，讀取FPC的內(nèi)定位數(shù)據(jù)，來(lái)制造高精度FPC定

3、位模板。使模板 上定位銷的直徑和FPC上定位孔的孔徑相匹配，且高度在2.5mm左右。FPC定位模板上還 有托板下位銷二個(gè)。根據(jù)同樣的CAD數(shù)據(jù)制造一批托板。托板厚度以2mm左右為好，且材 質(zhì)經(jīng)過(guò)多次熱沖擊后翹曲變形要小，以好的FR-4材料和其他優(yōu)質(zhì)材料為佳。進(jìn)行SMT之 前，先將托板套在模板上的托板定位銷上，使定位銷通過(guò)托板上的孔露出來(lái)。將FPC 一片一 片套在露出的定銷上，用薄型耐高溫膠帶固定位在托板上，不讓FPC有偏移，然后讓托板與 FPC定位模板分離，進(jìn)行焊接印刷和貼裝，耐高溫膠帶（PA保護(hù)膜）粘壓要適中，經(jīng)高溫沖 擊后必須易剝離。而且在FPC上無(wú)殘留膠劑。特別需要注意的是FPC固定在托

4、板上開始到進(jìn)行焊接印刷和貼裝之間的存放時(shí)間越短越好。方案3、高精度貼裝：將一片或幾片F(xiàn)PC固定在高精度的定位托板上進(jìn)行SMT貼裝適用范圍：A、元件種類：幾乎所有常規(guī)元件，弓|腳間距小于0.65mm的QFP也可。B、元件數(shù)量：幾十個(gè)元件以上。C、貼裝精度：相比較而言，高貼裝精度最高0.5mm間距的QFP貼裝精度也可保證。D、FPC特性：面積較大，有幾個(gè)定位小孔，有FPC光學(xué)定位的MARK標(biāo)記和重要元件如 QFP 的光學(xué)定位標(biāo)記。FPC的固定：FPC固定在元件托板上。這種定位托板是批量定制的，精度極高，精度極高，每塊托板之間 的定位的差異可以忽略不計(jì)。這種托板經(jīng)過(guò)必幾十次的高溫沖擊后尺寸變化和翹曲

5、變形極小。 這種定位托板上有兩個(gè)定位銷，一種定位銷高度與FPC厚度一致，直徑與FPC的定位的定位 小孔的孔徑相匹配，另外一種T型定位銷高比前一種略高一點(diǎn)，由于FPC很柔，面積較大， 形狀不規(guī)則，所以T型定位銷的作用是限制FPC某些部分的偏移，保證印刷和貼裝精度。針 對(duì)這種固定方式，金屬板上對(duì)應(yīng)與T型定位銷的地方可做適當(dāng)處理。FPC固定在定位托板上，其存放的時(shí)間雖沒(méi)有限制，但受環(huán)境條件的影響，時(shí)間也不宜太 長(zhǎng)。否則FPC容易受潮，引越翹曲變形，影響貼裝的質(zhì)量。在FPC上進(jìn)行高精度貼裝和工藝要求和注意事項(xiàng)1、FPC固定方向：在制作金屬漏板和托板之前，應(yīng)先考慮FPC的固定方向，使其在回流 焊時(shí)，產(chǎn)生

6、焊接不良的可能性小。較佳的方案是片狀元件垂直方向、SOT和SOP水平方向放 置。2、FPC及塑封SMD元件一樣屬于潮濕敏感器件，F(xiàn)PC吸潮后，比較容易引起翹曲變 形，在高溫下容易分層，所以FPC和所有塑封SMD 一樣，平時(shí)要防濕保存，在貼裝前一定 要進(jìn)行驅(qū)濕烘干。一般在規(guī)模生產(chǎn)的工廠里采取高烘干法。1250C條件下烘干時(shí)間為12小時(shí) 左右。塑封SMD在800C-1200C下16-24小時(shí)。3、焊錫膏的保存和便用前的準(zhǔn)備：焊錫膏的成份較復(fù)雜，溫度較高時(shí)，某些成份非常不穩(wěn)定，易揮發(fā)，所以焊錫膏平時(shí)應(yīng)密封 存在低溫環(huán)境中。溫度應(yīng)大于00C，40C-80C最合適。使用前在常溫中回溫8小時(shí)左右(密 封條

7、件下)，當(dāng)其溫度與常溫一致時(shí)。才能開啟，經(jīng)攪拌后使用。如果未達(dá)到室溫就開啟使 用，焊膏就會(huì)吸收空氣中的水分，在回流焊會(huì)造成飛濺，產(chǎn)生錫珠等不良現(xiàn)象。同時(shí)吸收的水 分在高溫下容易與某些活化劑發(fā)生反應(yīng)，消耗掉活化劑，容易產(chǎn)生焊接不良。焊錫膏也嚴(yán)禁在 高溫(320C以上)下快速回溫。人工攪拌時(shí)要均勻用力，當(dāng)攪拌到錫膏像稠稠的漿糊一樣， 用刮刀挑起，能夠自然地分段落下，就說(shuō)明能夠使用。最好能夠使用離心式自動(dòng)攪拌機(jī)，效果 更好，并且能夠避免人工攪拌在焊錫膏中殘留有氣泡的現(xiàn)象，使印刷效更好。4、環(huán)境溫度及濕度：一般環(huán)境溫度要求恒溫在200C左右，相對(duì)濕度保持在60%以下，焊錫膏印刷要求在相對(duì) 密閉且空氣對(duì)

8、流小的空間中進(jìn)行。5、金屬漏板金屬漏板的厚度一般選擇在0.1mm-0.5mm之間。根據(jù)實(shí)際效果，當(dāng)漏板的厚度為最小焊盤 寬度的二分之一以下時(shí)，焊膏脫板的效果好，漏空中焊錫的殘留少。漏孔的面積一般比焊盤要 小 10%左右。由于貼裝元件的精度要求，常用的化學(xué)腐蝕不符合要求建議采用化學(xué)腐蝕加局部化學(xué)拋光 法、激光法和電鑄法來(lái)制作金屬漏板。從價(jià)格性能比較，激光法為優(yōu)選。1 ) 化學(xué)腐蝕加局部化學(xué)拋光法： 化學(xué)腐蝕法制造漏板，目前在國(guó)內(nèi)較為普遍，但孔壁不夠光滑，可采用局化學(xué)拋光法增加孔 壁的光滑度。該方法制造成本較低。激光法：成本高。但加工精度高，孔壁光滑，公差小，能適合印刷0.3mm間距的QFP的焊錫

9、膏。6、焊錫膏： 根據(jù)產(chǎn)品的要求，可分別選用一般焊膏和免清洗焊錫膏。焊錫膏特性如下：1 ) 焊錫膏的顆粒形狀和直徑： 顆粒膏的形狀為球型，非球型所占比例不能超過(guò)5%。直徑大小應(yīng)根據(jù)一般法則，焊球直徑 應(yīng)小于金屬漏板厚度的三分之一，最小孔徑寬度的五分之一，否則直徑過(guò)大的焊球和不規(guī)則的 顆粒容易阻塞漏印窗口，造成焊錫膏印刷不良。所以0.1-0.5mm厚度的金屬板和0.22mm左 右的最小漏板窗口寬度決定了焊球直徑為40um左右。直徑最大最小的焊球的比例不能超過(guò) 5%。焊球直徑過(guò)小，其表面氧化物會(huì)隨直徑變小而非線性快速增加，在回流焊中將大量消耗 助焊成份，嚴(yán)重影響焊接質(zhì)量。如果為免清洗錫膏，其去氧化

10、物物質(zhì)偏少，焊接效果會(huì)更差。 所以大小均勻的直徑為40um的球型焊錫膏顆粒是較佳的選擇。2) 焊料比例：焊料含量 90-92左右的焊錫膏粘度適中，印刷時(shí)不易塌邊，而且再流焊后，厚度大致為 印刷時(shí)的 75足夠焊料能夠保證可靠的焊接強(qiáng)度。粘度： 焊錫膏的流動(dòng)力學(xué)是很復(fù)雜的。很明顯，焊錫膏應(yīng)該能夠很容易印刷并且能牢固地附著在FPC表面，低粘度的焊錫膏(500Kcps)容易產(chǎn)生塌陷而形成短路，而高粘度的焊錫膏 (1400Kcps )容易殘留在金屬漏孔中，慢慢地阻塞漏孔，影響印刷質(zhì)量。所以700-900Kcps 的焊錫膏較為理想。4) 觸變系數(shù)：一般選擇為 0.45-0.60。7、印刷參數(shù)：1 ) 刮刀

11、種類及硬度：由于FPC固定方式的特殊性表現(xiàn)為印刷面不可能象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)用硬度在80-90度的聚胺酯平型刮刀。刮刀與FPC的夾角：一般選擇在60-75度之間。印刷方向：一般為左右或前后印刷，最先進(jìn)的印刷機(jī)刮刀與傳送方向呈一定角度印刷，能夠有效地保證 QFP 四邊焊盤上焊錫膏的印刷量，印刷效果最好。印刷速度：在10-25mm/s范圍內(nèi)。印刷速度太快將會(huì)造成刮刀滑行，導(dǎo)致漏印。速度太慢，會(huì)造成焊錫 膏邊緣不整齊或污染FPC表面。刮刀速度應(yīng)與焊盤間距成正比關(guān)系，而與漏板的厚度的粘度 成反比。0.2mm寬度的焊盤漏孔在印刷速度為20mm/s時(shí)，焊錫膏的填充時(shí)

12、間僅有10mm/s。 所以適中的印刷速度能夠保證精細(xì)印刷時(shí)焊膏的印刷量。印刷壓力：一般設(shè)定為0.1-0.3kg/每厘米長(zhǎng)度。由于改變印刷的速度會(huì)改變印刷的壓力，通常情況下， 先固定印刷速度再調(diào)節(jié)印刷壓力，從小到大，直至正好把焊錫膏從金屬漏板表面刮干凈。太小 的壓力會(huì)使FPC上錫膏量不足，而太大的印刷壓力會(huì)使焊錫膏印得太薄，同時(shí)增加了焊錫膏 污染金屬漏板反面和FPC表面的可能性。脫板速度：0.1-0.2mm/s。由于FPC的特殊性，較慢的脫板速度有利于焊錫膏從漏孔中脫離。如果速度 較快，在金屬漏板和FPC之間，在FPC和托板之間的空氣的壓力會(huì)快速變化，會(huì)造成FPC 與托板之間的空隙大小瞬間變化，

13、影響焊錫膏從漏孔中脫離和印刷圖形的完整性，造成不良。 現(xiàn)在，更先進(jìn)的印刷機(jī)，能將脫板速度設(shè)置成為可加速的，速度能從0逐漸加速，其脫板效果 也非常好。8、貼片：根據(jù)產(chǎn)品的特性、元件數(shù)量和貼片效率，一般采用中高速貼片機(jī)進(jìn)行貼裝。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，元件貼片動(dòng)作完成后，吸嘴中的吸力應(yīng)及時(shí)變成0后，吸嘴才能從元件上 移走。雖然后在PCB上進(jìn)行貼裝時(shí)，這個(gè)過(guò)程設(shè)置不當(dāng)也會(huì)引起貼裝不良，但是在柔軟的 FPC上發(fā)生這種不良的概率要大得多。同時(shí)也應(yīng)注意下貼高度，并且吸嘴移走的速度也不宜 太快。9、回流焊：應(yīng)采

14、用強(qiáng)制性熱風(fēng)對(duì)流紅外回流焊，這樣FPC上的溫度能較均勻地變化，減少焊接不良的產(chǎn) 生。1 ) 溫度曲線測(cè)試方法：由于托板的吸熱性不同、FPC上元件種類的不同、它們?cè)诨亓骱钢惺軣岷?，溫度上升的速?不同，吸收的熱量也不同，因此仔細(xì)地設(shè)置回流焊的溫度曲線，對(duì)焊接質(zhì)量大有影響。比較妥 當(dāng)?shù)姆椒ㄊ?，根?jù)實(shí)際生產(chǎn)時(shí)的托板間隔，在測(cè)試板前各放兩塊裝有FPC的托板，同時(shí)在測(cè) 試托板的FPC上貼裝有元件，用高溫焊錫絲將測(cè)試溫探頭焊在測(cè)試點(diǎn)上，同時(shí)用耐高溫膠帶 （PA保護(hù)膜）將探頭導(dǎo)線固定在托板上。注意，耐高溫膠帶不能將測(cè)試點(diǎn)覆蓋住。測(cè)試點(diǎn)應(yīng) 選在靠托板各邊較近的焊點(diǎn)上和QFP引腳等處，這樣的測(cè)試結(jié)果更能反映真實(shí)

15、情況。2） 溫度曲線的設(shè)置及傳送速度： 由于我們采用的焊錫膏焊料的重量比達(dá)到90-92，焊劑成分較少，因此整個(gè)回流焊時(shí)間 控制在 3 分鐘左右，我們應(yīng)根據(jù)回流焊溫區(qū)的多少以及各功能段所需時(shí)間的多少，來(lái)設(shè)置回流 焊各溫區(qū)的加熱及傳送速度。需要注意的是，傳送速度不宜過(guò)快，以免造成抖動(dòng)，引起焊接不 良。大家知道免清洗焊錫膏中的活化劑較少，活化程度較低，如果采用常規(guī)溫度曲線，則預(yù)熱時(shí) 間過(guò)長(zhǎng)，焊粒氧化程度也較高，將有過(guò)多的活化劑在達(dá)到溫度峰值區(qū)前就被耗盡，在峰值區(qū)內(nèi) 沒(méi)有足夠的活化劑來(lái)還原被氧化的焊料和金屬表面。焊料無(wú)法快速熔化并濕潤(rùn)金屬表面造成焊 接不良，因此對(duì)于免清洗焊錫膏而言，應(yīng)采用與常規(guī)焊錫膏

16、不同的定位曲線，才能得到良好的 焊接效果。這一點(diǎn)住住被一些SMT工藝師所忽視。常規(guī)焊錫膏的回流焊曲線 不同品牌的焊錫膏推薦的溫度曲線有所不同，不同焊劑比例的焊錫膏溫度曲線也有較明顯的差異。下面介紹的是我們使用的溫度曲線：A、預(yù)熱階段：溫度從室溫到1500C,上升速度約為1-20C/左右。B、保溫階段：溫度從1500C上升到1700C,保溫時(shí)間30-60秒。C、焊接階段：溫度升高速度約為20C/S，最高溫度峰值不能超過(guò)2300C，2000C以上的區(qū)域 要保持20-40秒，2200C-2300C的時(shí)間控制在3-5秒。D、冷卻階段：溫度達(dá)到峰值后自然下降，下降速度在20C-50C/S之間，溫度下降速度太慢， 容易形成共聚金屬化合物，影響焊接強(qiáng)度。免清洗焊錫膏的回流焊曲線不同特性的免清洗焊膏其溫度曲線有一定的差異。使用充氮再流焊工藝時(shí)，免清洗焊膏的溫度曲線與一般再流焊條件下的普通焊錫膏溫度曲 線相似，具有1500C左右的保溫區(qū)域，只過(guò)時(shí)間上有差異。使用普通再流焊時(shí)，免清洗焊錫膏的溫度曲線與常規(guī)的溫度曲線有明顯不同。根據(jù)供應(yīng)商 的推薦，預(yù)熱曲線須呈性上升到1600C左右，上升速率為1.5-20C/S,然后以2-40C的速度 上升至峰值，其中明顯的保溫區(qū)域。最高溫度峰值不能超過(guò)2300C，2000C以上