解析SMT生产FPC工艺要点

PCB是印刷线路板，简称硬板；FPC是柔性线路板，又称扰性线路板，简称软板。电子小型化是行业必然发展趋势，现在相当一部分智能电子产品的表面贴装，由于组装空间，造型，方便等原因影响，其MSD元件都是在FPC上面贴片后完成整机的组装，目前FPC在计算机，手机，笔记本，PAD，医疗，汽车电子，军工等产品上得到了广泛的应用，在FPC上进行MSD元件的贴装，已经成为SMT发展趋势之一。

PFC表面贴装SMT的工艺要求，还是与传统硬板PCB的SMT解决方案有很大很多的不同之处。要想做好FPC的SMT工艺，最重要的就是减少板子不平整导致的虚焊了。一般FPC产品基本都有补强贴附，做为组装时的固定与支撑，补强材质一般为FR4和铝片，钢片三种。补强所使用的一般为3M胶和热固胶两种形式。3M胶补强工艺简单，价格便宜，3M胶属于半凝固类型，容易在过程中吸收空气中的水分导致受潮，然后过炉受热膨胀，气泡加大，导致锡膏焊盘不共面，形成虚焊，如不提前预防，炉后会有较多虚焊，假焊等不良；FPC的板子硬度不够，较柔软，弹性，大部分FPC的补强基本都是使用3M补强；如果不使用专用载具，就无法完成定位，传输，印刷，贴片，回流焊，AOI测试，分板等基本工序；热固胶工艺复杂，成本高，无气泡产生，但是脆性较强，只有一些要求极高，且金属补强产品用到。

下面我们就从生产前的预处理，印刷，贴片，回流焊，AOI测试，分板等分别讲述FPCB的生产各自要点：

#1 FPC预处理

FPC板子较柔软，一般都有补强（3M胶或者热固胶），和FPC厚度不一致，出厂时不会真空包装；在运输和储存过程中都会吸收空气中的水分，进而导致受潮；故SMT在投产前需要进行烘烤处理，将水分慢慢强行蒸发去除。否则，在回流焊的高温冲击下，FPC吸收的水分，特别是补强下面的3M胶（3M胶本身就有水分），快速膨胀，导致FPC分层，气泡，最终贴片元件接触融化的锡膏不共面，最后形成虚焊，假焊等不良。

烘烤条件一般循环烤箱温度设置95℃±5℃，烘烤时间10--12h；除特殊情况下，尽量不能超过100℃（温度高了，FPC会萎缩，焊盘的保护层也会受到破坏：OSP）。如果板子尺寸较小，可以相应的温度提高一些，但是最高温度不要超过125℃，时间不超4h;烘烤前，尽量做小批量验证，以确定FPC的最佳烘烤温度与时间（最大极限承受温度），也可向FPC供应商咨询合适的烘烤温度及时间。烘烤时，板子堆叠不能太厚，防止水分不能及时的挥发及排除，25PNL比较合适（一包量）。烘烤时FPC不能直接接触烤箱壁，防止FPC烫伤。一般FPC每层之间都有一层隔纸，烘烤前确认纸张的可烘烤温度，防止不耐高温引起火灾，如不能确定，就把纸张抽出后再烘烤。烘烤后的FPC 不能有变色，变形等不良，需IPQC抽检合格后再上线生产。

 

#2 专用治具的制作

根据线路板的CAD文件，读取FPC的定位孔数据，来制造高精度的FPC定位模板和过炉治具，使定位模板的定位柱直径与过炉载具上的定位孔，以及FPC上面的定位孔经相匹配。很多FPC因为要保护线路或是设计的要求，一张FPC上面的厚度不一致，更多的是为了加强硬度或者组装固定等作用，还需要增加FR4及铝补强甚至钢片补强，要求更为特殊的，有可能几种补强都同时存在，甚至每种补强厚度都不一样。所以过炉载具要按实际情况进行打磨挖槽的，主要是为了印刷及贴片时保证FPC在同一个平面上。过炉载具尽量轻，薄，强度高，吸热少，散热快，且经过多次热冲击而变形小，扭曲度低；常用的载具材质有：合成石板材，铝板材，合金板材，硅胶板材等；

1合成石板材载具（常用）

设计方便，打样快捷，寿命大概4000--7000次，操作方便，稳定性较好，不易吸热，不烫手，价格便宜；缺点：载具与FPC吸热不同步（差异不是太大）；常用

2铝板材载具（不推荐）

吸热快，内外温差小，与FPC同步吸热，变形可简单修复，价格便宜，寿命长；缺点：烫手，需要隔热手套或者双层劳保手套接取，容易变形

QFN封装目前涵盖了非常广泛的芯片制造工艺，采用28nm工艺制造的芯片也有成功的量产经验。凭借以上两方面的优势，整个市场对QFN在中档、中高端芯片上的更广泛应用充满信心。

3合金材质治具（推荐）

合金材质治具：最近几年新型过炉治具，得到广大业界认可，吸热快，内外温差小，与FPC同步吸热，不易变形，价格便宜（与合成石价格相当），寿命长可达15000次以上（特殊情况除外）；缺点：烫手，需要隔热手套或者双层劳保手套接取。

4硅胶板材载具（不推荐）

有自粘性，FPC可直接黏在上面，不用胶带，取下来也方便，无残胶，耐高温；缺点：随使用时间的延长而粘度下降，寿命短，大概1000--2000次，价格高。

#3 生产过程

在这里我们以常用过炉载具（合成石载具）为例讲述FPC的SMT生产要点（硅胶过炉载具和磁性载具不用胶带固定，其它一样）；

1FPC的固定

1：在SMT生产前首先需要提前将FPC从烤箱里取出来冷却，但是一次性不能取太多，大概2小时生产量，随用随取，防止FPC再受潮导致炉后不良；特别注意的是：过炉载具循环利用的时候，一定要等到载具完全冷却后再次使用，如载具很热的情况下，会印刷脱膜不良，导致锡膏模糊，少锡，虚焊等；

2：SMT生产前再将FPC精准固定载具上（定板治具，过炉载具，FPC三位一体），定板后印刷，贴片，过炉焊接的时间越短越好（否则有很多不可控因素，如受潮，位移，人为触碰，锡膏活性降低等）；

3：a)过炉载具有带定位销与不带定位销两种；不带定位销的过炉载具，需与带定位销的定板模板配套使用，先将过炉载具定位孔套在定位模板的定位柱上，定位柱漏出过炉载具的定位孔，再将FPC的定位孔套在定位柱上；然后用耐高温胶带将FPC四角固定在过炉载具上；然后手动把过炉载具与固定好的FPC从定板模板上取出进行印刷，贴片，过炉等（推荐使用）

b)带定位销的过炉载具上有1.5mm弹簧定位销若干个，可将FPC一张张直接套在带弹簧的定位销上，再用耐高温胶带固定四角。在印刷站，钢网能够将弹簧定位销压下去，不影响印刷效果；但是有弹簧定位销缩不回去的情况，这样的话，有可能把钢网顶破，导致报废。（不推荐使用）

软板固定在过炉载具上一般使用两种方法：

1：耐高温单面胶带四角固定，耐高温胶带粘性适中，粘性高了，炉后不易撕取；粘性低了，过回流焊的热风对流有可能会把FPC吹飞起来；需要胶带自动切割机，定好长度，提高效率，节约成本。

2：铁氟龙耐高温双面胶在过炉载具中间固定，首先铁氟龙耐高温双面胶黏在过炉载具需固定FPC位置，避开通孔；再将FPC通过定位柱准确固定在载具上，方便，快捷；需要注意的是：铁氟龙双面胶粘度适中，太黏的话，炉后容易将FPC撕裂；粘度太低，粘性低了，过回流焊的热风对流有可能会把FPC吹飞起来；另外在生产过程中，耐高温双面胶需要根据粘度高低更换（粘度随时间和使用次数增加而降低）。

此工位需要注意;带手指套，防止污染焊盘；过炉载具要定期清理，防止上面灰尘及锡珠；四角固定时耐高温胶带不能盖住MARK点，防止机器识别不过。

B:FPC的锡膏印刷：

FPC印刷对锡膏的成分要求不是很高，现在基本都在用无铅高银（3银）锡膏，但是FPC对印刷机性能要求较高，根据不同的印刷机品牌，调整合适的刮刀压力，速度，脱膜，擦拭频率，模式，FPC印刷因有补强，高温胶带或者铁氟龙双面胶，不可能像PCB那样平整，尽量不要使用弹性较小的金属刮刀，应该选用塑胶性刮刀。印刷机的各项参数要合理设置对印刷效果影响最大。钢网厚度0.08--0.12之间较为合适，根据元器件类型和规格，选择3#或者4#粉。如有金手指的产品，注意金手指污染（可以把金手指用耐高温胶带保护起来，炉后再撕掉）。

C:FPC的贴片：

FPC一般元件不是太多（个别除外），一般的品牌的高中速贴片机都可以进行贴装生产，由于每片上都有mark基准点，与正常PCB一样没什么明显的区别；需要注意的是：FPC由于有载具，载具有避位镂空，还有胶带，不会像PCB一样平整，FPC与载具之间会有一定的间隙，所以吸嘴的下压，真空吹气，移动速度等参数需要精准设定；

D：FPC的回流焊：

采用强制性热风对流红外回流焊，这样FPC上的温度能均匀的受热变化，减少焊接不良的产生。如果是使用耐高温单面胶带粘四角的，中间部分因在热风对流状态下变形（风吹动），焊盘容易倾斜（锡融化状态下会流动），出现虚焊，空焊短路等不良，建议有条件的加氮气，增加回流焊接的浸润性，减少不良的产生。另外双面胶铁氟龙粘结的会避免这种现象，注意胶带贴在避开元件贴装位置，减少连锡短路状况（高低不平，锡膏厚度会有所差异）。FPC产品几乎都是OSP焊盘，尽量减少洗板和重复过炉的现象（破坏OSP的保护层），避免因此导致的不良率提高。

部分镀金焊盘，做好防护（超高温，油污等），严防污染导致测试不良。

1：FPC的炉温测试方法：

由于不同材质过炉载具吸热的不同，FPC上元件的种类，大小不同，他们在回流焊过程中吸热后温度上升的速度也会不同，因此需要仔细的设置回流焊的合适温度曲线，对焊接的质量影响非常大；

比较稳妥的方式是：

根据实际生产时的间隔，在测试板前后各放两块带有FPC的过炉载具，同时FPC上按照正常贴有所有元件，用高温锡丝焊接，将测试温线探头焊接在焊盘上，用高温胶带把测试线固定在过炉载具上，测试探头后1--2cm一般用红胶固定（防止脱焊）。

注意的是：耐高温胶带不能把测试点盖住，测试点应该在板子的边缘焊点和QFP等引脚处，这样测出来的炉温才接近最真实。不同的炉温测试仪，根据通道数量不同，选择不同的测试点数量，测试通道越多，测试越精准，最少需要五点（四角+中间，选择不同类型的元件），稳定的炉温曲线应该是几根线几乎是重叠的，平滑的曲线，不能太分散，或者忽高忽低的波折（可能存在链条抖动，温区加热不稳定，或者测试点不牢等）。

炉温曲线的设置：

在炉温测试中，因为FPC均温性不好，最好采用升温/保温/回流的温度曲线方式，这样各温区的温度比较容易控制，FPC和零件受到的热冲击影响相应会少一些；根据经验，最好将温度设置锡膏厂商建议炉温的下限，回流焊的风速采用设备的最低风速，回流焊链条的稳定性要好，不能有抖动现象（如有抖动，在高温区，元器件会位移或者掉件）。当然根据不同产品和效率，品质等要求，经多次验证选择最合理的炉温。

E：FPC的检验，测试，分板：

由于过炉载具在回流焊中吸热，特别是铝过炉载具与合金过炉载具，出炉时温度较高，所以在出风口最好按装强力冷却风扇，达到快速降温目的。同时接板人员需带隔热手套或者双层劳保手套，防止接触金属过炉载具的烫伤。从载具上取下FPC时带防静电手环，不要用蛮力，防止板子撕裂（因四角有高温胶带或者中间底部有铁氟龙双面胶固定）；四角固定的需用镊子或指甲朝外逐一揭掉耐高温胶带（带防静电手环）；铁氟龙底部固定的需用手均匀用力的撕取。检验过的FPCA产品，要放在专用吸塑盒内，每盒只放一张FPC，禁止叠加。

FPC生产有过炉载具依托，表面不可能十分的平整，故AOI检测容易出现误判，属正常现象；过炉载具按照要求摆放进行及时的吹风冷却，提高利用周转率；

因AOI误判较多，故AOI检测后，需要人工用5倍放大镜进行检验，对AOI报出的可疑点逐个确认实物焊点状况，还有部分连接器或者其他大型等元件AOI的盲区进行逐一外观确认；

由于FPC一般拼板数较多，在组装前需要分板，传统的手工刀片分板，剪刀分板，手撕分板也可进行作业，但是效率低，报废率高；对量大机种，需要高效的FPC分板，高效分板还是需要设备治具辅助，且断点美观，应力小，不会对焊点有锡裂隐患，常用的有刀模分板机，冲压分板机。

#4 总结

在FPC上进行MSD元件的SMT生产，最主要的是FPC的精准定位与烘烤条件，其次是印刷参数，贴片参数，回流焊等参数的有效验证范围的设定。由此可以看出，FPC不同于PCB的工艺要求，所以FPC生产对设备的各参数精准设定有较高要求，同时严格的生产制程管理同样重要，要求员工严格按照SOP作业，班组长及随线工程师，巡检，发现异常，第一时间处理，反馈；批量不良或者连续性不良才能及时得到遏制，及时找到原因并实施有效的短期或者长期对策，降低整体不良率，对后续FPC的生产，提供有效的改善依据以及作业标准制定。

审核编辑：汤梓红