FPC(Flexible Printed Circuit)是軟性電路板，又稱柔性電路板或撓性電路板，簡(jiǎn)稱軟板。電子產(chǎn)品小型化是必然發(fā)展趨勢(shì)，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(lái)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(shì)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，最重要的就是定位了。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(wú)法完成固定和傳輸，也就無(wú)法完成印刷、貼片、過(guò)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(cè)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(chǔ)過(guò)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(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(huì)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(méi)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(lái)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(guò)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(wú)溫差，變形可簡(jiǎn)單修復(fù)，價(jià)格便宜、壽命長(zhǎng)，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(méi)有殘膠，又耐高溫。硅膠板在使用過(guò)程中，采用化學(xué)過(guò)程，硅膠材料在使用過(guò)程中會(huì)老化粘性下降，使用期間未清潔時(shí)粘性也會(huì)下降，壽命較短，最多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(guò)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)吹起所焊接不良，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永久使用，壽命長(zhǎng)。磁性治具同時(shí)對(duì) FPC 進(jìn)行隔熱保護(hù)，取板時(shí)不會(huì)對(duì) 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(shì)。
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(guò)程.
我們?cè)谶@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(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(guò)載板上的定位孔露出來(lái)，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(zhǎng)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(huì)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(wú)殘留膠劑。如果使用自動(dòng)膠帶機(jī)，能快速切好長(zhǎng)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(guò)爐以后，雙面膠帶的粘度會(huì)逐步變低，粘度低到無(wú)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(wú)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(dòng)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(duì)焊錫膏的成分沒(méi)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(méi)有細(xì)間距IC為準(zhǔn)，但 FPC對(duì)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(huì)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?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)最好帶有光學(xué)定位系統(tǒng)，否則對(duì)印刷質(zhì)量會(huì)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(huì)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(duì)印刷效果也會(huì)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、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(huì)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(dòng)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(duì)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(shí)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(duì)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?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(huì)流動(dòng)而產(chǎn)生空焊、連焊、錫珠，使制程不良率較高。
1）溫度曲線測(cè)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?cè)诨亓骱高^(guò)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(duì)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(cè)試板前后各放兩塊裝有FPC的載板，同時(shí)在測(cè)試載板的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)用耐高溫膠帶將探頭導(dǎo)線固定在載板上。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)選在靠近載板各邊的焊點(diǎn)和QFP引腳等處，這樣的測(cè)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(yàn)，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(dòng)。
5. FPC的檢驗(yàn)、測(cè)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(shí)，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(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(wèn)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(guò)借助專用的測(cè)試治具，F(xiàn)PC可以完成ICT、FCT的測(cè)試。
由于 FPC 以聯(lián)板居多，可能在作 ICT、FCT 的測(cè)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(cè)試治具
四．小結(jié)
在FPC上進(jìn)行SMD貼裝， 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(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FPCSMT產(chǎn)線的不良率控制在幾十個(gè)PPM之內(nèi)。