揭秘：FPC SMT的神奇制造过程，一探究竟
©鑫爱特电子 2024-10-18 赞
PCB（印刷电路板）是电子产品中使用的硬质电路板。FPC（柔性电路板）又称柔性电路板或挠性板，是一种柔性电路板。它通常被称为柔性电路板。电子产品微型化是发展的必然趋势。对于许多消费类产品来说，由于空间的限制，表面贴装元件（SMD）被组装在柔性电路板上，从而方便了设备的整体组装。FPC 已在计算器、智能手机、数码相机和摄像机等数码产品中得到广泛应用。在 FPC 上进行 SMD 表面贴装已成为 SMT 的发展趋势之一。
图一 FPC样本
FPC（柔性电路板）的 SMT（表面贴装技术）工艺要求与传统的刚性 PCB（印刷电路板）SMT 解决方案有很大不同。要在 FPC SMT 工艺中取得成功，正确定位至关重要。由于 FPC 电路板固有的灵活性和柔软性，必须使用专用的载体或夹具。没有它们，就无法固定和运输 FPC 电路板，而这对于 SMT 中的印刷、元件贴装和回流焊接等流程至关重要。以下是 FPC SMT 生产中关键工艺步骤的详细说明，包括预处理、固定、印刷、元件贴装、回流焊接、测试、检查和分板：
1．FPC 预处理
由于 FPC 板的柔软特性，出厂时一般不采用真空包装，在运输和储存过程中容易吸收空气中的水分，因此在 SMT 前需要做预烘烤处理，将水分慢慢逼出。否则，在回流焊高温的冲击下，FPC 吸收的水分很快汽化成水蒸气从 FPC 上突出，容易造成 FPC 分层、起泡等缺陷。
预烘烤条件一般为 80-100 ℃，时间为 4-8 小时，特殊情况下温度可提高到 125 ℃ 或更高，但需相应缩短烘烤时间。烘烤前，一定要进行小样测试，以确定 FPC 是否能承受设定的烘烤温度，也可向 FPC 生产商咨询适当的烘烤条件。烘烤时 FPC 的堆叠不宜过多，10-20PNL 比较合适，有些 FPC 生产商会在每个 PNL 之间放一张纸隔离，需要确认隔离纸是否能承受设定的烘烤温度，如果不能则需要去掉隔离纸，然后再进行烘烤。烘烤后的 FPC 应无明显缺陷，如变色、变形、翘曲等，并通过 IPQC 检验后方可投入生产线。
FPC samples with steel stiffeners
2.制作专用载板
根据生产文件，读取FPC的孔定位数据，制作高精度的FPC定位夹具和专用载板，使定位夹具上的定位销直径与载板上的定位孔直径和FPC上的定位孔直径相匹配。由于需要保护部分生产线或设计原因，许多 FPC 的厚度并不相同，有的较厚，有的较薄，有的还带有加强筋，因此需要根据实际情况对载板和 FPC 的结合处进行磨削和开槽处理，以确保 FPC 在印刷和安装时平整。载板的材料应轻薄、强度高、吸热低、散热快、多次热冲击后翘曲变形小。常用的载板材料有人造石、铝板、硅胶板、特殊耐高温磁化钢板等。
普通载物板：
普通载流板设计简单，打样速度快。常用的普通载流板材料有工程塑料（人造石）、铝板等，工程塑料载流板使用寿命约为 3000-7000 次，操作简便，稳定性较好，不易吸热，不烫手，价格是铝板的 5 倍以上。铝载流板吸热和散热快，内外无温差，变形后可简单修复，价格便宜，使用寿命长，主要缺点是太热，必须用隔热手套才能拿取。
硅胶载板：
该材料具有自粘性，FPC 可直接粘在上面，无需胶带，且更容易去除，无残胶，耐高温。硅胶载板在使用过程中会老化粘度下降，使用期间未清洗粘度也会下降，寿命较短，可达 1000-2000 次，价格也较高。
磁性载板：
采用特殊高温（350℃）钢板进行强化磁化性能处理，确保回流焊过程中'永磁'、弹性好、平整度好、高温不变形。由于强化磁化性能的钢板已将 FPC 表面压紧压平，FPC 在回流焊时避免了被回流焊风吹起的焊缝缺陷，保证了焊接质量稳定，提高了成品率。只要不是人为损坏或意外损坏，都可以永久使用，使用寿命长。磁性夹具还能为 FPC 提供热保护，在拆卸电路板时不会对 FPC 造成任何损坏。不过，磁性夹具设计复杂，单价较高，只有在大规模生产时才具有成本优势。
3.生产工艺
我们在这里以普通载板为例，详细介绍一下 FPC 的 SMT 工序要点，使用硅胶或磁性夹具，FPC 固定要方便得多，不需要使用胶带，下面的印刷、贴片、焊接等工序都是相同的工序要点。
FPC固定→锡膏印刷→SPI→元件贴装→目视检查→回流焊→FA检查→QC检查
FPC 固定：
提醒：在固定在载板上进行印刷、贴片和焊接的过程中，存放时间更短、效果更好。
载板分为带定位销和不带定位销两种。不带定位销的载板与带定位销的定位模板配合使用。
首先，将载板放在模板的定位销上，使定位销通过载板上的定位孔暴露出来，然后将 FPC 逐个放在暴露的定位销上，再用胶带固定，然后将载板和 FPC 定位模板分开，进行印刷、安装和焊接。
带定位销的载板上已经有几个长约 1.5 毫米的弹簧定位销，因此可以直接将 FPC 逐个放置在载板的弹簧定位销上，然后用胶带固定。在印刷过程中，弹簧定位销可被钢网压入载板而不影响印刷效果。
方法 1（单面胶带固定）： 使用薄的耐高温单面胶带将 FPC 的四边固定在载板上，以免 FPC 产生偏移和翘曲，胶带的粘度应适中，回流焊后易剥离，且 FPC 上无残留粘合剂。
方法 2（双面胶固定）：先在载板上使用高温双面胶，效果与硅胶板相同，然后将 FPC 粘贴到载板上，要特别注意胶带的粘度不能太高，否则回流焊后剥离时，很容易造成 FPC 撕裂。双面胶带在反复通过熔炉后，粘度会逐渐变低，当粘度低到无法可靠固定 FPC 时，必须立即更换。
锡膏印刷
因为载板是用胶带装载FPC的，那它的平面是不一致的，所以FPC的印刷面不可能像PCB那种平面和厚度硬度是一样的，所以不宜用金属刮板，而应该用硬度在80-90度的聚氨酯刮板。
锡膏印刷机最好带有光学定位系统，否则会对印刷质量产生较大的影响，虽然 FPC 是固定在载板上的，但 FPC 与载板之间总会产生一些细小的间隙，PCB 与硬板之间的差异最大，所以设备参数的设置会对印刷效果产生较大的影响。
印刷工位也是防止 FPC 被弄脏的关键工位，需要佩戴指套，保持工位清洁，经常擦拭钢网，防止锡膏污染 FPC 的金手指和镀金按键。
元件贴装
与刚性印刷电路板相比，FPC 上的元件数量相对较少，因此可以使用中速和高速 SMD 机器。FPC 上的 SMD 贴装与 PCB 上的贴装差别不大，因为每个 FPC 都有一个用于定位的光学 MARK 标记。需要注意的是，虽然 FPC 固定在载板上，但其表面不可能像刚性 PCB 板那样平整，FPC 与载板之间会存在局部间隙，因此需要精确设置喷嘴下降高度、吹气压力等，并降低喷嘴移动速度。同时，FPC 的良品率相对较低，所以整块 PNL 中含有一些不良 PCS 是很正常的，这就要求贴片机具有 BAD MARK 识别功能，否则，在生产这类非整块 PNL 都是好板时，生产效率会大打折扣。
回流焊接
设备调试：回流焊前对设备进行调试，确保设备运行正常。检查加热区、冷却区等关键部件的温度及风速等参数是否符合要求。
温度曲线控制：设置合理的回流焊温度曲线，并定期进行实时测试。确保温度曲线符合工艺要求，避免温度过高或过低导致焊接不良。
焊接过程监控：密切关注设备的运行状态和焊接过程中的温度曲线变化，及时发现并处理异常情况。
FPC 的检查
由于载流板在炉内吸热，尤其是铝载流板，离开炉子时温度较高，因此最好在出口处加装强制冷却风扇，以帮助快速降温。同时，操作人员应戴上绝缘手套，以免被高温的载板烫伤。从载板上取下焊接好的 FPC 时，用力要均匀，以免 FPC 被撕裂或折皱。
将 FPC 放在 5 倍放大镜下目视检查，重点检查表面残留的粘合剂、变色、金手指锡、锡珠、IC 引脚空焊情况
取出 FPC 在 5 倍放大镜下目测，重点检查表面的残胶、变色、金手指锡、锡珠、IC 引脚和空焊等问题。
结论：
要在 FPC 上安装 SMD，FPC 的准确定位和固定是关键点，而良好固定的关键是制作合适的载板。其次是 FPC 预烘烤、印刷、贴装和回流焊。FPC SMT 工艺的难度远高于 PCB，因此必须准确设置工艺参数。同时，严格的生产过程管理也很重要，要保证操作人员严格执行 SOP 的每一条规定，后续工程师和 IPQC 也要加强巡检，及时发现生产线上的异常情况，分析原因，采取必要措施，将 FPC SMT 生产线的不良率控制在几十倍以内。FPC SMT 生产线的不良率可以得到很好的控制。
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