摘 要：FPC柔性線路板的SMT貼片加工工藝核心是夾具，不同的線路板廠或者PCBA工廠對(duì)夾具的設(shè)計(jì)是有一定區(qū)別的，夾具的設(shè)計(jì)好壞直接影響到FPC的生產(chǎn)效率和質(zhì)量。本文從FPC的生產(chǎn)方式、夾具、工藝要點(diǎn)等方面介紹FPC的SMT制造工藝。

關(guān)鍵詞：生產(chǎn)方式、夾具、工藝要點(diǎn)

前言

FPC柔性線路板的SMT貼片工藝經(jīng)過10多年的發(fā)展，逐漸揭開了神秘的面紗，其制造工藝正在被越來(lái)越多的生產(chǎn)企業(yè)所掌握，但是各個(gè)工廠間的FPC工藝技術(shù)水平參差不齊。隨著FPC的不斷發(fā)展，F(xiàn)PC產(chǎn)品技術(shù)含量的提高，給各廠家提出了更高的要求。如COF、NCP、MCM等新興技術(shù)在FPC上的出現(xiàn)，使FPC的復(fù)雜度大大提高。FPC對(duì)應(yīng)的市場(chǎng)已經(jīng)是高科技產(chǎn)業(yè)，只有掌握技術(shù)，才能不被市場(chǎng)淘汰。

一、FPC的簡(jiǎn)介

FPC是Flexible Printed Circuit的簡(jiǎn)稱，又稱柔性線路板或軟板。它是以聚酰亞胺或聚酯薄膜為基材制成的一種具有高度可靠性的柔性印制電路。

根據(jù)JIS C5017的定義，單面及雙面印刷電路板是利用銅箔壓合在PET或是PI基材上形成單面線路的單面軟性印刷電路板，或是以PI為基材在兩面形成線路的雙面軟性印刷電路板。

FPC主要應(yīng)用于：MP3、MP4播放器、便攜式CD播放機(jī)、家用VCD、DVD 、數(shù)碼照相機(jī)、手機(jī)及手機(jī)電池、數(shù)字對(duì)講機(jī)、醫(yī)療、汽車，航天及軍事等領(lǐng)域。

FPC的特點(diǎn)有：

FPC行業(yè)可劃分為：

上游：FPC材料：PI、銅箔、FCCL、Coverlay

中游：FPC制造

下游：FPC SMT 或 COF

二、FPC的SMT生產(chǎn)方式

2.1 RTR連續(xù)卷帶式

roll-to- roll 或 reel-to-reel，簡(jiǎn)稱RTR，中文全稱：連續(xù)卷帶法。

在20世紀(jì)80年代間，世界上有少數(shù)大型FPC生產(chǎn)廠家就開始建起了RTR的生產(chǎn)線。由于當(dāng)時(shí)所采用的工藝技術(shù)尚未成熟，使得RTR生產(chǎn)線上所生產(chǎn)FPC的產(chǎn)品合格率很低。到90年代后期，由于TAB、COF市場(chǎng)的擴(kuò)大以及RTR技術(shù)趨于初步的成熟，在生產(chǎn) TAB、COF的FPC中，開始逐漸發(fā)揮出這種連續(xù)生產(chǎn)FPC的設(shè)備及工藝的優(yōu)越性。到21世紀(jì)初，RTR方式生產(chǎn)FPC的技術(shù)發(fā)展已經(jīng)相對(duì)成熟。

REEL TO REEL 生產(chǎn)線示意圖：

2.1.1 Reel to Reel的優(yōu)勢(shì)

? 無(wú)需作業(yè)員將FPC貼附在夾具上等相關(guān)作業(yè)工序。

? 避免FPC折痕、劃傷。

? 如后工序要做FOG、NCP等對(duì)無(wú)塵環(huán)境要求高的產(chǎn)品，可避免人員作業(yè)及環(huán)境的污染。

? 簡(jiǎn)化包裝、運(yùn)輸及作業(yè)條件。

? 能滿足超薄、高端FPC的 COF等工序需求。

2.1.2 Reel to Reel的劣勢(shì)

? 生產(chǎn)線設(shè)備的專業(yè)化程度高，適用的產(chǎn)品范圍窄。

? RTR生產(chǎn)設(shè)備投入成本昂貴。

? 適合超大批量的FPC生產(chǎn)。不適用于多品種小批量的生產(chǎn)模式。

2.2 夾具貼附式

此類生產(chǎn)方式的重點(diǎn)是FPC的貼附/和固定。FPC貼附的目的就是利用夾具把FPC變成“PCB”，使FPC能像“PCB”一樣進(jìn)行SMT。其簡(jiǎn)化的工藝流程為：

相對(duì)REEL TO REEL，夾具貼附方式的成本低，簡(jiǎn)單易用，所以使用夾具進(jìn)行FPC SMT是目前業(yè)界最常使用的方法。本文將基于夾具貼附的生產(chǎn)方式進(jìn)行闡述。

三、夾具貼附方式的工藝要點(diǎn)

3.1 預(yù)烘烤

 FPC材料容易受潮，當(dāng)受潮的FPC經(jīng)高溫焊接后，會(huì)出現(xiàn)起泡分層而導(dǎo)致報(bào)廢。所以通常要求FPC供應(yīng)商在來(lái)料時(shí)真空包裝。但是真空包裝也并不是萬(wàn)無(wú)一失的，在貼片前最好對(duì)FPC進(jìn)行預(yù)烘烤。

預(yù)烘烤的條件設(shè)定需根據(jù)FPC的材料、FPC厚度、烘爐、烘烤托盤等綜合考慮，經(jīng)工程實(shí)驗(yàn)后再定下預(yù)烘烤的條件：溫度、烘烤時(shí)間、堆疊數(shù)量。

經(jīng)烘烤后，F(xiàn)PC需冷卻至室溫后，才可以投入生產(chǎn)，否則熱的FPC會(huì)引起錫膏熱坍塌。這里又有兩個(gè)地方需要監(jiān)控：冷卻時(shí)間和超期返烘烤時(shí)間，同樣需要做工程實(shí)驗(yàn)后才能確定。

3.2 FPC貼附和固定

FPC的貼附和固定方式依據(jù)不同的夾具設(shè)計(jì)而有所區(qū)別。FPC夾具經(jīng)過多年的發(fā)展，已經(jīng)有了許多成熟的設(shè)計(jì)方法。排除特殊產(chǎn)品的需要，并考慮到可操作性、維護(hù)的簡(jiǎn)便性，我們通常將夾具設(shè)計(jì)成兩部分：底座和托板。

3.2.1底座

它的作用是固定托板和定位FPC。底座設(shè)計(jì)雖然簡(jiǎn)單，但是作為夾具的組成部分，不可缺少。其中一種BASE設(shè)計(jì)如下圖：

3.2.2 托板

托板起到固定FPC的作用。

? 根據(jù)固定方式和材料的不同可分為：硅膠貼附托板、耐高溫膠紙貼附托板、磁性托板等

? 根據(jù)材料的不同分為：鋁合金托板、合成石托板。而由于鋁合金成本低應(yīng)用的最為廣泛。

3.2.2.1 硅膠貼附托板

它是利用硅膠的粘性固定FPC。在托板加工完成后要在托板上印刷硅膠或貼硅膠膜。

這種托板的優(yōu)點(diǎn)是：節(jié)約成本，可反復(fù)使用；節(jié)約人員，效率高；表面平整，利于印刷；爐后取板方便、快捷。

缺點(diǎn)是：要對(duì)貼硅膠貼的位置沉槽，增加了夾具的設(shè)計(jì)和制作復(fù)雜度；貼硅膠貼對(duì)應(yīng)FPC的位置不能有元件；硅膠使用壽命較短，維護(hù)（硅膠失效時(shí)需要更換等）工作量大。

3.2.2.2高溫膠紙貼附托板

它是在FPC上貼高溫膠紙，其托板加工完成后無(wú)需后工序。

這種托板的優(yōu)點(diǎn)是：固定良好，過爐不掉板；無(wú)需特別維護(hù)。

缺點(diǎn)是：高溫膠紙成本高；人員浪費(fèi)，效率低；爐后取板撕膠紙時(shí)易刮傷FPC表面；容易造成FPC附膠。

高溫膠紙的成本高是這種方法的主要缺陷之一，為了降低此成本，我們找到了一種白色日本耐高溫膠紙，這種膠紙可以重復(fù)循環(huán)5次，大大降低了高溫膠紙的成本。

3.2.2.3 磁性托板

它是在加工托板的時(shí)候在托板中嵌入高溫磁鐵，將FPC定位到托板上后，蓋上壓片，壓片中含有鐵元素，可以與托板中的磁鐵產(chǎn)生磁場(chǎng)的吸引力，將FPC牢牢的夾在托板和壓片中間。

這種托板的優(yōu)點(diǎn)是：固定良好，過爐不掉板；無(wú)需特別維護(hù)。成本一次投入，無(wú)后續(xù)費(fèi)用累計(jì)，總成本低；可明顯改善金手指附錫的問題。

缺點(diǎn)是：制作復(fù)雜，周期長(zhǎng)；初期投入成本高；壓片易變形；不適用于阻焊層采用PSR或PSC類的FPC。

以上的3種夾具方案，并沒有說(shuō)哪一種一定好于另一種。我們?cè)谶x用夾具設(shè)計(jì)方案時(shí)，需要綜合考慮產(chǎn)品的特點(diǎn)、訂單量等因素。

夾具的設(shè)計(jì)和制作好壞直接影響到FPC的生產(chǎn)直通率。對(duì)于FPC來(lái)講，工藝人員需要制作一套適合公司產(chǎn)品的FPC夾具設(shè)計(jì)規(guī)范，以指導(dǎo)和規(guī)范工裝夾具部或外協(xié)供應(yīng)商的夾具制作。

3.3 FPC的錫膏印刷

雖然FPC經(jīng)過貼附固定后變成了“PCB”，但是FPC表面仍然會(huì)不平整。這種不平整來(lái)自于：FPC本身的變形、貼附材料的厚度、補(bǔ)強(qiáng)板或背膠的厚度。當(dāng)FPC不平整時(shí)會(huì)引起印刷連錫、少錫、多錫的問題。

為消除FPC不平整的影響，可采取以下的措施：

3.3.1 優(yōu)化高溫膠紙的貼附位置和數(shù)量

FPC的變形在采用高溫膠紙貼附時(shí)表現(xiàn)的尤其明顯，會(huì)導(dǎo)致脫膜不利而少錫。為減少影響，需要在印刷區(qū)域附近增加高溫膠紙，或者在不增加膠紙的情況下使膠紙貼附位置靠近印刷區(qū)域，同時(shí)又要保證膠紙距離焊盤至少8mm，以防膠紙的厚度干涉到了焊盤而導(dǎo)致印刷了多錫或連錫。

3.3.2 補(bǔ)強(qiáng)板和背膠的避位

補(bǔ)強(qiáng)板和背膠是引起FPC不平整的又一重要因素。我們可以在托板上設(shè)計(jì)一些沉槽來(lái)消除它們的影響，使得FPC表面盡可能的平整。不過，在設(shè)計(jì)沉槽深度的時(shí)候要考慮到加工精度，只要保證FPC的焊盤區(qū)域不受干涉即可。否則由于加工精度低，導(dǎo)致沉槽過深，將引起多錫、連錫的問題。

補(bǔ)強(qiáng)板和背膠在設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮與焊盤的距離，否則沉槽的避位距離不足，引起印刷多錫、連錫。

此距離需要根據(jù)補(bǔ)強(qiáng)板或背膠厚度、FPC材料和厚度、焊盤類型等進(jìn)行不同的設(shè)定。通常8mm的距離可以應(yīng)付絕大多數(shù)狀況。

3.3.3 磁性?shī)A具中壓片的厚度和開口尺寸

如何減少壓片與FPC間的不平整對(duì)印刷的影響呢？

首先，選擇好壓片的厚度，壓片的材料為不銹鐵，推薦選擇厚度為0.06mm的不銹鐵做壓片。

其次，可將壓片的開口做大來(lái)減少壓片厚度的影響，推薦壓片開口邊緣與焊盤邊緣的距離為：印刷方向至少8mm，非印刷方向至少6mm。

3.4 FPC的貼片

當(dāng)FPC貼附到夾具上后，F(xiàn)PC就變成了“PCB”，并且已經(jīng)解決了FPC的不平整問題，那么貼片就顯的非常簡(jiǎn)單，與PCB貼片無(wú)多大差別。但是由于FPC的元件少，必須拼板進(jìn)行貼片，所以如何高效的使用貼片機(jī)是FPC貼片的主要問題。

3.4.1 當(dāng)FPC為拼板來(lái)料時(shí)

FPC拼板來(lái)料的貼片較簡(jiǎn)單，此時(shí)，僅需要關(guān)注每拼板的壞板率對(duì)貼片效率的影響。必須保證當(dāng)壞板率最高時(shí)，貼片機(jī)的CYCLE TIME仍然最高。

3.4.2 當(dāng)FPC為單板來(lái)料時(shí)

單板FPC需要先在夾具上做成拼板，然后才能投入生產(chǎn)。拼板的數(shù)量直接影響到貼片效率。因?yàn)镕PC以CHIP為主，IC和連接器的數(shù)量不多，所以我們推薦拼板數(shù)量=貼片機(jī)每個(gè)懸臂上段位器數(shù)量的倍數(shù)。比如西門子D4貼片機(jī)，每個(gè)懸臂的段位器數(shù)量為12個(gè)，那么FPC的拼板數(shù)量可以為12/拼或12的倍數(shù)/拼。如此拼板的優(yōu)點(diǎn)是每個(gè)CYCLE可以取滿元件而不會(huì)有浪費(fèi)，并且便于程序優(yōu)化（自動(dòng)優(yōu)化后的手工微調(diào)）。

受到夾具定位精度和FPC定位孔精度的影響，每個(gè)FPC的位置或多或少都會(huì)有偏差。所以在貼片時(shí)需要對(duì)每個(gè)FPC進(jìn)行MAKR點(diǎn)識(shí)別，比如12拼板就需要識(shí)別24個(gè)MARK點(diǎn)，效率損失很大。推薦一種錫膏MARK點(diǎn)技術(shù)，如右圖。使用該技術(shù)，不僅可以將MARK點(diǎn)減少到2個(gè)，而且可以明顯改善豎立、假焊的品質(zhì)問題。不過在使用錫膏MARK點(diǎn)前，需要確認(rèn)貼片機(jī)的相機(jī)是否有藍(lán)光和45度光源，否則需要對(duì)相機(jī)進(jìn)行改裝，外加一個(gè)45度的藍(lán)光光源即可。

3.5 FPC的分板

拼板來(lái)料的FPC需要分板，根據(jù) FPC拼板的連接方式不同，需要選擇不同的分板方式。

3.5.1 微連接的分板方式

采用微連接的FPC，其連接部位與FPC拼板有輕微的連接，用手輕輕一撕就將FPC分下。但是微連接的連接力度太弱，一不小心FPC就會(huì)從拼板中脫落而導(dǎo)致印刷偏位。所以，對(duì)于元件密度較高、焊盤間距小的FPC，不適用于微連接方式拼板，應(yīng)使用連接筋方式連接。

3.5.2 連接筋的分板方式

如右圖，是用連接筋方式連接的FPC。

分板方式有3種：

? 用刻刀或刀片分割的手工分板，精度和效率低，成本低。

? 刀模分板。精度較低，壽命短，但是成本低，效率高。

? 鋼模分板。精度高，壽命長(zhǎng)，效率高，但是成本非常高。

需要根據(jù)產(chǎn)品特點(diǎn)和訂單量來(lái)選擇不同的分板方式。

四、結(jié) 論

本文重點(diǎn)論述了FPC的SMT制造工藝解決方案。對(duì)FPC SMT制造流程中需要關(guān)注的環(huán)節(jié)做了簡(jiǎn)要的介紹，其中FPC的夾具設(shè)計(jì)是FPC制造工藝的核心，夾具的制作好壞對(duì)FPC的生產(chǎn)和品質(zhì)有非常大的影響。另外，錫膏MAKR點(diǎn)已經(jīng)證明在FPC的貼片中的效率和品質(zhì)改善是非常有效的，建議大家嘗試。

淺談FPC的SMT制造工藝.pdf