在FPC上贴装SMD几种方案

1、根据贴装精度要求以及元件种类和数量的不同,目前常用的方案如下几种:方案 1、多片贴 装:多片 FPC 靠定位模板定位于托半上,并全程固定在托板上一起 SMT 贴装。1. 适用范围:A 、 元件种类:片状元件一般体积大于 0603,引脚间距大于等于 0.65的 QFQ 及其他元件 均可。B 、 元件数量:每片 FPC 上几个元件到十几个元件。C 、 贴装精度:贴装精度要求中等。D 、 FPC 特性:面积稍大,有适当的区域中无元件,每片 FPC 上都有二个用于光学定位的 MARK 标记和二个以上的定位孔。2. FPC 的固定:根据金属漏板的 CAD 数据,读取 FPC 的内定位数据,来制造高精度

2、FPC 定位模板。使模 板上定位销的直径和 FPC 上定位孔的孔径相匹配,且高度在 2.5mm 左右。 FPC 定位模板 上还有托板下位销二个。根据同样的 CAD 数据制造一批托板。托板厚度以 2mm 左右为好, 且材质经过多次热冲击后翘曲变形要小, 以好的 FR-4材料和其他优质材料为佳。 进行 SMT 之前,先将托板套在模板上的托板定位销上,使定位销通过托板上的孔露出来。将 FPC 一 片一片套在露出的定销 上,用薄型耐高温胶带固定位在托板上,不让 FPC 有偏移,然后让 托板与 FPC 定位模板分离,进行焊接印刷和贴装,耐高温胶带(PA 保护膜粘压要适中, 经 高温冲击后必须易剥离。而且

3、在 FPC 上无残留胶剂。特别需要注意的是 FPC 固定在托板上开始到进行焊接印刷和贴装之间的存放时间越短越好。 方案 2、高精度贴装:将一片或几片 FPC 固定在高精度的定位托板上进行 SMT 贴装1. 适用范围:A 、元件种类:几乎所有常规元件,引脚间距小于 0.65mm 的 QFP 也可。B 、元件数量:几十个元件以上。C 、贴装精度:相比较而言,高贴装精度最高 0.5mm 间距的 QFP 贴装精度也可保证。D 、 FPC 特性:面积较大,有几个定位小孔,有 FPC 光学定位的 MARK 标记和重要元件如 QFP 的光学定位标记。2. FPC 的固定:FPC 固定在元件托板上。这种定位托

4、板是批量定制的,精度极高,精度极高,每块托板之间的定位的差异可以忽略不计。这种托板经过必几十次的高温冲击后尺寸变化和 翘曲变形 极小。这种定位托板上有两个定位销,一种定位销高度与 FPC 厚度一致,直径与 FPC 的定 位的定位小孔的孔径相匹配,另外一种 T 型定位销高比前一种 略高一点,由于 FPC 很柔, 面积较大,形状不规则,所以 T 型定位销的作用是限制 FPC 某些部分的偏移,保证印刷和 贴装精度。针对这种固定方式,金属板上对 应与 T 型定位销的地方可做适当处理。FPC 固定在定位托板上, 其存放的时间虽没有限制, 但受环境条件的影响, 时间也不宜太长。 否则 FPC 容易受潮,引

5、越翘曲变形,影响贴装的质量。在 FPC 上进行高精度贴装和工艺要求和注意事项1、 FPC 固定方向:在制作金属漏板和托板之前,应先考虑 FPC 的固定方向,使其在回流焊 时,产生焊接不良的可能性小。较佳的方案是片状元件垂直方向、 SOT 和 SOP 水平方向放 置。2、 FPC 及塑封 SMD 元件一样属于 " 潮湿敏感器件 " , FPC 吸潮后, 比较容易引起翘曲变形, 在高温下容易分层,所以 FPC 和所有塑封 SMD 一样,平时要防湿 保存,在贴装前一定要 进行驱湿烘干。 一般在规模生产的工厂里采取高烘干法。 125条件下烘干时间为 12小时左 右。塑封 SMD 在

6、 80 -120下 16-24小时。3、焊锡膏的保存和便用前的准备:焊锡膏的成份较复杂,温度较高时,某些成份非常不稳定,易挥发,所以焊锡膏平时应密封 存在低温环境中。温度应大于 0, 4 -8最合适。使用前在常温中 回温 8小时左右(密 封条件下 ,当其温度与常温一致时。才能开启,经搅拌后使用。如果未达到室温就开启使 用,焊膏就会吸收空气中的水分,在回流焊会造成飞 溅,产生锡珠等不良现象。同时吸收 的水分在高温下容易与某些活化剂发生反应, 消耗掉活化剂, 容易产生焊接不良。 焊锡膏也 严禁在高温(32以上下快速回 温。人工搅拌时要均匀用力,当搅拌到锡膏像稠稠的浆 糊一样,用刮刀挑起,能够自然地

7、分段落下,就说明能够使用。最好能够使用离心式自动搅 拌机,效果更好, 并且能够避免人工搅拌在焊锡膏中残留有气泡的现象,使印刷效更好。4、环境温度及湿度:一般环境温度要求恒温在 20左右,相对湿度保持在 60%以下,焊锡膏印刷要求在相对密 闭且空气对流小的空间中进行。5、 金属漏板金属漏板的厚度一般选择在 0.1mm-0.5mm 之间。根据实际效果,当漏板的厚度为最小焊盘 宽度的二分之一以下时, 焊膏脱板的效果好, 漏空中焊锡的残留少。 漏孔的面积一般比焊盘 要小 10%左右。由于贴装元件的精度要求,常用的化学腐蚀不符合要求建议采用化学腐蚀加局部化学抛光 法、激光法和电铸法来制作金属漏板。从价格

8、性能比较,激光法为优选。1 化学腐蚀加局部化学抛光法:化学腐蚀法制造漏板, 目前在国内较为普遍, 但孔壁不够光滑, 可采用局化学抛光法增加孔壁的光滑度。该方法制造成本较低。2 激光法:成本高。但加工精度高,孔壁光滑,公差小,能适合印刷 0.3mm 间距的 QFP 的焊锡膏。 6、 焊锡膏:根据产品的要求,可分别选用一般焊膏和免清洗焊锡膏。焊锡膏特性如下:1 焊锡膏的颗粒形状和直径:颗粒膏的形状为球型,非球型所占比例不能超过 5%。直径大小应根据一般法则,焊球直径 应小于金属漏板厚度的三分之一,最小孔径宽度的五分之一,否则直径过 大的焊球和不规 则的颗粒容易阻塞漏印窗口, 造成焊锡膏印刷不良。

9、所以 0.1-0.5mm 厚度的金属板和 0.22mm 左右的最小漏板窗口宽度决定了焊球直径 为 40um 左右。直径最大最小的焊球的比例不能 超过 5%。焊球直径过小,其表面氧化物会随直径变小而非线性快速增加,在回流焊中将大 量消耗助焊成份,严重影 响焊接质量。如果为免清洗锡膏,其去氧化物物质偏少,焊接效 果会更差。所以大小均匀的直径为 40um 的球型焊锡膏颗粒是较佳的选择。2 焊料比例:焊料含量 90%-92%左右的焊锡膏粘度适中,印刷时不易塌边,而且再流焊后,厚度大致为 印刷时的 75%足够焊料能够保证可靠的焊接强度。3 粘度:焊锡膏的流动力学是很复杂的。很明显,焊锡膏应该能够很容易印

10、刷并且能牢固地附着在 FPC 表面,低粘度的焊锡膏(500Kcps 容易产生塌陷而形成短 路,而高粘度的焊锡膏 (1400Kcps 容易残留在金属漏孔中,慢慢地阻塞漏孔,影响印刷质量。所以 700-900Kcps 的焊锡膏较为理想。4 触变系数:一般选择为 0.45-0.60。7、 印刷参数:1 刮刀种类及硬度:由于 FPC 固定方式的特殊性表现为印刷面不可能象 PCB 那样平整和厚度硬度一致,所以不 宜采用金属刮刀,而应用硬度在 80-90度的聚胺酯平型刮刀。2 刮刀与 FPC 的夹角:一般选择在 60-75度之间。3 印刷方向:一般为左右或前后印刷, 最先进的印刷机刮刀与传送方向呈一定角度

11、印刷, 能够有效地保证QFP 四边焊盘上焊锡膏的印刷量,印刷效果最好。4 印刷速度:在 10-25mm/s范围内。印刷速度太快将会造成刮刀滑行,导致漏印。速度太慢,会造成焊 锡膏边缘不整齐或污染 FPC 表面。刮刀速度应与焊盘间距成正比关 系,而与漏板的厚度的 粘度成反比。 0.2mm 宽度的焊盘漏孔在印刷速度为 20mm/s时,焊锡膏的填充时间仅有 10mm/s。所以适中的印刷速度能够保证 精细印刷时焊膏的印刷量。5 印刷压力:一般设定为 0.1-0.3kg/每厘米长度。由于改变印刷的速度会改变印刷的压力,通常情况下, 先固定印刷速度再调节印刷压力,从小到大,直至正好把焊锡 膏从金属漏板表面

12、刮干净。 太小的压力会使 FPC 上锡膏量不足,而太大的印刷压力会使焊锡膏印得太薄,同时增加了 焊锡膏污染金属漏板反面和 FPC 表面的可能 性。6 脱板速度:0.1-0.2mm/s。由于 FPC 的特殊性,较慢的脱板速度有利于焊锡膏从漏孔中脱离。如果速度 较快, 在金属漏板和 FPC 之间, 在 FPC 和托板之间的空 气的压力会快速变化, 会造成 FPC 与托板之间的空隙大小瞬间变化, 影响焊锡膏从漏孔中脱离和印刷图形的完整性, 造成不良。 现在,更先进的印刷机,能将脱板 速度设置成为可加速的,速度能从 0逐渐加速,其脱板 效果也非常好。8、贴片:根据产品的特性、元件数量和贴片效率,一般采

13、用中高速贴片机进行贴装。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,元件贴片动作完成后,吸嘴中的吸力应及时变成 0后,吸嘴才能从 元件上移走。虽然后在 PCB 上进行贴装时,这个过 程设置不当也会引起贴装不良,但是在 柔软的 FPC 上发生这种不良的概率要大得多。同时也应注意下贴高度,并且吸嘴移走的速 度也不宜太快。9、 回流焊:应采用强制性热风对流红外回流焊,这样 FPC 上的温度能较均匀地变化,减少焊接不良的 产生。1 温度曲线测试方法:由于托板的吸热性不同、 FPC 上元件种类的不同、 它们在

14、回流焊中受热后, 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的温度曲线,对焊接 质量大有影响。比 较妥当的方法是,根据实际生产时的托板间隔,在测试板前各放两块装有 FPC 的托板,同 时在测试托板的 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(PA 保护膜将探头导线固定在托板上。注意,耐高温胶带不能将测试点覆盖住。 测试点应选在靠托板各边较近的焊 点上和 QFP 引脚等处, 这样的测试结果更能反映真实情 况。2 温度曲线的设置及传送速度:由于我们采用的焊锡膏焊料的重量比达到 90%-92%,焊剂成分较少,因此整个回流焊时间 控制在 3分钟

15、左右, 我们应根据回流焊温区的多少以及各功能段所需时间的多少, 来设置回 流焊各温区的加热及传送速度。需要注意的是,传送速度不宜过快,以免造成抖动,引起焊 接不良。大家知道免清洗焊锡膏中的活化剂较少, 活化程度较低, 如果采用常规温度曲线, 则预热时 间过长,焊粒氧化程度也较高,将有过多的活化剂在达到温度峰值区前就 被耗尽,在峰值 区内没有足够的活化剂来还原被氧化的焊料和金属表面。 焊料无法快速熔化并湿润金属表面 造成焊接不良,因此对于免清洗焊锡膏而言,应采用与常 规焊锡膏不同的定位曲线,才能 得到良好的焊接效果。这一点住住被一些 SMT 工艺师所忽视。1. 常规焊锡膏的回流焊曲线不同品牌的焊

16、锡膏推荐的温度曲线有所不同, 不同焊剂比例的焊锡膏温度曲线也有较明显的 差异。下面介绍的是我们使用的温度曲线:A 、预热阶段:温度从室温到 150,上升速度约为 1-2 /左右。B 、保温阶段:温度从 150上升到 170,保温时间 30-60秒。C 、焊接阶段:温度升高速度约为 20C/s,最高温度峰值不能超过 230, 200以上的区域 要保持 20-40秒, 220 -230的时间控制在 3-5秒。D 、冷却阶段:温度达到峰值后自然下降,下降速度在 2 -5 /s之间,温度下降速度太慢, 容易形成共聚金属化合物,影响焊接强度。2. 免清洗焊锡膏的回流焊曲线A .不同特性的免清洗焊膏其温度曲线有一定的差异。B .使用充氮再流焊工艺时,免清洗焊膏的温度曲线与一般再流焊条件下的普通焊锡膏温度 曲线相似,具有 150左右的保温区域,只过时间上有差异。C .使用普通再流焊时,免清洗焊锡膏的温度曲线与常规的温度曲线有明显不同。根据供应 商的推荐,预热曲线须呈性上升到 160左右,上升速率为 1.5-2 /s,然后以 2-4的速度 上升至峰值,其中明显的保温区域。最高温度峰值不能超过 230, 200以上的区域要保 持 20-40秒时间 同, 220 -230的时间控制在 3-5秒。小结在 FPC 上进行