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FPC軟性印制電路,FPC
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貼片機資訊
FPC的SMT工藝探討
來源:廣州煌牌自動設備有限公司    日期:2013-07-02    瀏覽量:

  Flexible Printed Circuit簡稱FPC,又叫軟性線路板或柔性印刷電路板或撓性線路板,簡稱FPC或軟板;FPC軟性印制電路是用聚酰亞胺或者聚酯薄膜為基礎材料制成的一種具有高度稱定性、可撓性印刷電路。它可自由折疊、彎曲、卷繞,在三維空間隨意移動或伸縮,其散熱性能較好,可減小產品體積;實現輕薄化、小型化,從而達到元件設備和導線連接一體化,已被廣泛應用于MP3、MP4播放器、醫療、數碼相機、便攜式播放機、軍事、航天,汽車和手機等領域。基于FPC的SMD表面貼裝已成為SMT技術的發展趨勢之一。

FPC軟性印制電路,FPC

  一、產品特點:

  FPC聚酰亞胺板

  1、外型尺寸,長X寬為105毫米×56毫米,厚度0.25毫米;

  2、正反兩面有貼片元件;

  3、件構成:Chip最小封裝0402,0.5毫米BGA器件2只,0.5毫米QFN器件3只;

  4、0402chip元件與BGA器件BODY之間距離只有0.1毫米,遠小于IPC標準的最小距離為0.5毫米;TOP面SMT前增加了加強鋼片,鋼片厚度為0.2毫米;

  二、工藝流程

  相比傳統的硬板,“軟”是FPC最大特點,完成了SMT加工過程就需增加載板工具,將FPC放于載板上,從而完成貼裝、絲印、回流等加工過程。

  對于兩面回流焊接工藝的FPC,要確定好加工順序,則需將元件構成、分布、加工中會遇到的難點與載板設計等因素結合起來進行系統的分析。

  BGA是加工難點、控制重點,對超細間距的BGA,印刷由為關鍵,將BGA放在第一加工面,可降低載板支撐對絲印的影響。

  支架制具要求能完整支撐FPC,并可重復使用、不變形、賴高溫、較差的熱應力、可加工性、較大的幅面;同時制具設計要求定位精確,方便可操控。

  合成石Durostone,又稱玻璃纖維增強塑膠,主要特性是耐高溫,連續工作溫度可達350攝氏度,瞬時最高耐溫可達400攝氏度;熱傳到率非常低,可緩解熱量對FPC的猛烈沖擊,同時,又可把熱量傳導出去,減少熱量積聚;采用特殊樹脂制作,可以承受循環的熱沖擊;在工作溫度下,可連續使用;

  電木,又稱名稱叫酚醛塑料,具備良好的絕緣性、耐腐蝕、機械加工性能,和較低成本,但它高溫耐熱性比較差,循環使用的時候容易變形;鋁板,成本較低,吸熱較量大,可加工性比較差。

  合成石雖從成本比較高,但它具有良好的性能及可重復使用的次數,是高端FPC產品雙面回流工藝下SMT載板的最好選擇。

  三、設計

  1、目前較常用的厚度有3毫米、5毫米,選用哪種厚度的載板,定要考慮不得超過貼裝設備的加工厚度范圍、第一面貼完后帶元件的基板厚度,同時也要兼顧成本、使用可靠性等因素;

  2、在制具的設計過程里,尤其是第二面的制具設計里,配合CAM文件輔助設計、采用實物,能精確的避開元件位置,從而提高制具的設計精度,貼裝了器件的FPC能準確及平整的放入制具,載板在印刷和貼裝的過程中才能起到有效的支撐作用。

  3、定位,常用的定位方式是采用高溫膠帶將FPC貼在支撐板上面,不過需要留意的是膠帶的位置盡量在FPC的四個角和比較長的邊中間位置,這樣可防止FPC翹起。膠帶的厚度會對錫膏印刷產生一定的影響,貼的位置要離開元件密集位置,更不要貼在焊盤上;對雙面貼片的產品,采用硅膠片加高溫膠帶雙重固定的方法,提高FPC在貼裝及回流過程中保持平整度。

  (1)應避免大力撞擊、跌落。

  (2)載板過爐后應冷卻至少15分鐘才能再次過爐;

  (3)一般要中性或堿性偏中性的溶劑清洗,忌用酒精或酸性溶劑清洗;

  (4)清洗時忌用銅刷或鋼刷刷洗,超聲波清洗是一種有效的清洗方式。

  四、鋼網設計

  鋼模板的開口尺寸與鋼片厚度決定了漏印到PCB上的錫膏量,完成一個印刷過程之后,錫膏應該填滿模板的開口,在PCB和模板分離時,錫膏應該非常容易的漏印到PCB對應的焊盤上。根據長期的經驗與現有的研究,影響錫膏從模板開口釋放到PCB焊盤的三個主要因素分別有:模板開口的寬厚及面積、模板開口的形狀、模板開口的粗糙程度。

  1.面積比與寬厚比原則(AreaRatio與AspectRatio),IPC標準中已經推薦寬厚比W/T>1.5、面積比L×W/[2(L+W)×T]>0.66,對不同間距器件的開口方式亦有相應的推薦。;

  2.鋼模板開口的幾何形狀

  鋼模板開口一般相對于焊盤的幾何中心進行編輯。改變開口形狀對改善印刷、回流焊或模板清洗的效果是非常重要的。細間距BGA,開口形狀有圓形、方形導角等方形,從印刷結果分析,方形導角的焊膏拉尖較多、成型度較差;圓形開口焊膏成型度較好。

  3.鋼模板開口的粗糙度

  SMT鋼模板根據鋼片開口加工方式的不同,一般分為化學蝕刻模板、激光切割模板和電鑄成形模板以及其它方式加工模板,對于引腳間距小于或等于0.5毫米的產品,則需采用激光切割+電拋光的方式加工模板,降低孔壁的毛刺,提高焊膏漏印效果。

  4.方形開口絲印效果圓形開口絲印效果

  特別提出,FPC產品為提高其可靠性,常在某些關鍵的位置增加加強鋼片,如BGA器件,這些加強鋼片往往在SMT之前已經加上,厚度在0.2毫米左右,如鋼網不特殊處理,會影響絲印焊膏的厚度,鋼網厚是0.12毫米,加上0.2毫米加強鋼片的厚度,鋼網不能與FPC焊盤直接接觸,印刷在焊盤上的焊膏厚度就變為0.32毫米,雖然刮刀在執行印刷動作時,鋼網會發生形變,但對于間距只有0.5毫米的QFN來講,無法接受這樣的印刷結果。對高出pcb焊盤印刷面0.2毫米的加強鋼片處理方法:

  第一種立體鋼網:在鋼網上對應的位置,切割一個口,將高出的部分避開,然后在該位置焊接一個蓋子,并配上專用的刮刀片:

  立體鋼網

  第二種處理,選擇一張厚度為0.3毫米左右的鋼片,先對鋼網的TOP面進行蝕刻,除FPC加強鋼片位置不作處理外,其它地方蝕刻到鋼網實際所需的厚度0.12毫米;再對鋼網的bot面加強鋼片對應的位置,按加強鋼片的外形做DOWN處理,進行蝕刻,蝕刻深度為0.2毫米,然后再對所需開口的位置進行激光切割;可不配專用刮刀;

  上述第一種方法,制作較簡單,但網板張力較差,與FPC接觸面不平整,且使用過程易損壞、清洗困難;第二種網板張力好、不易損壞、好清洗,但加工難度較大,網板成功率較低,對鋼網廠家有較高要求;通過上述兩種方法驗證,對于高印刷要求的產品,第二種制作方法是一種選擇方向。

  5.印刷

  許多已經得到長期應用和驗證的細間距錫膏印刷工藝技術,如Fine Pitch0.4毫米印刷技術、CSP器件印刷技術等,其關鍵控制點與參數設置規則同樣適用于FPC及0.5毫米BGA印刷工藝。選用合適厚度的鋼模板以及選用較高規格的錫膏可提高印刷效果,錫粉可選用Type3(網目為-325/+500)或Type4(網目為-450/+525)型.

  6.高精度的貼裝

  部分設備貼裝BGA的極限是0.5間距,生產前對機床的校正尤為必要;由于FPC板較軟的特性,同時元件與元件BODY之間的距離小于0.5毫米,貼裝過程精度及器件識別必須得到可靠的保證。

  6.1高精度視覺定位

  高精度視覺系統將對元件進行精確的視校和定位。高精度的視覺系統可以完成BGA.0402元件的外形尺寸測量和中心定位,通過高精度視覺定位貼片機可以確認所吸取的BGA、0402元件的外形尺寸、錫球是否超出所確定的尺寸公差,對位置不正確或元件外形持續超出公差,則被放棄。

  6.2高精度貼裝

  最后是將BGA元件精確的貼裝到PCB板的對應焊盤上。如果BGA元件貼放位置不準確,會造成相鄰元件之間干涉等缺陷機會可能會成倍的增加。其中貼片設備本身的精度,貼片頭吸嘴的吸氣壓(負壓)和吹氣壓,以及貼裝力和速度是非常重要的貼裝參數,由于每種貼片設備性能的不

  同,必須根據不同的貼裝設備確定其參數設置,以保證貼裝是錫膏不會被擠壓而濺出,使用的力也不至于將元件過分壓入錫膏中。如果使用太大的力或太高的速度,會增加元件偏移和連錫的可能性。

  7回流曲線

  FPC回流焊接主要考量所用原材料所能夠承受的溫度和載板吸熱會造成的熱量損失,BGA封裝的器件在混合組裝工藝、ROHS工藝方式下,器件、焊料的回流溫度需兼顧考慮,通過曲線測試儀對所設溫度進行實板測量是不可忽略的工作。

  根據J-STD-002C明確的回流曲線技術參數,IPC-7530相關要求對回流曲線進行測試,對所設溫度的技術參數進行驗證及監控,其回流曲線技術參數如下:

  8其它

  基于FPC的BGA器件,終端客戶在組裝成成品前,會對BGA的底部做填充固定處理,來提高

  3.2設計

  1.目前較常用的厚度有3毫米、5毫米,選用何種厚度的載板,需考慮不得超過貼裝設備的加工厚度范圍(如松下CM402加工最大厚度為3毫米)、第一面貼完后帶元件的基板厚度,同時需兼顧成本、使用可靠性因素;

  2.在制具的設計過程中,尤其是第二面的治具設計中,采用實物、配合CAM文件輔助設計,能精確的避開元件位置,提高制具的設計精度,貼裝了器件的FPC能準確、平整的放入制具,載板在印刷和貼裝的過程中才能起到有效的支撐作用;

  3.定位,常用的定位的方式為采用高溫膠帶將FPC粘在支撐板上,不過需要注意的是膠帶的位置盡量在FPC的四個角和比較長的邊中間位置,可防止FPC翹起。膠帶的厚度會對錫膏印刷產生一定的影響,貼的位置要遠離元件密集位置,更注意不要貼在焊盤上;對雙面貼片的產品,采用硅膠片+高溫膠帶雙重固定的方法,提高FPC在貼裝、回流過程中保持平整度。

  形狀較簡單根據CAM文件設計3.3合成石使用要求:A、應避免大力撞擊、跌落;

  B、載板過爐后應冷卻至少15分鐘才能再次過爐;

  C、一般要中性或堿性偏中性的溶劑清洗,忌用酒精或酸性溶劑清洗;E、清洗時忌用銅刷或鋼刷刷洗,超聲波清洗是一種有效的清洗方式。

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