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PCBA大讲堂:FPC与PCB的连接及焊接方式介绍

发布时间 :2018-12-28 09:50 阅读 : 来源 :技术文章责任编辑 :深圳恒运娱乐捷PCBA加工部
PCBA大讲堂:FPC与PCB的连接及焊接方式介绍
随着电子产品的发展,使用FPC软板连接到PCB的技术需求也越来越高,本文试着介绍目前业界常用的几种FPC与PCB的连接及焊接方式。
 
FPC(Flexible Printed Circuit,「软性印刷电路板」或称「柔性线路板」)目前应用在多样的电子产品,尤其是穿戴装置及轻薄短小的手持装置上,虽然现在PCBA制程已经发展出可以在FPC上面直接焊接电子零件,但是其可焊性及品质信赖度仍然不佳,比如哪些给终端使用者插拔的「I/O连接器」,如micro-USB、USBC充电与传输资料的连接器,大颗的BGA及QFN也不建议焊接于FPC。
 
一般FPC最终还是需要连接到硬式PCB上,而FPC连接到PCB的工艺则有使用:
? 软板连接器(FPC Connector)
? 软硬复合板(Rigid-Flex Board)
? 焊接(Soldering)。采用焊接最主要在节省「连接器」的费用并降低高度。
 
本文就仅FPC与PCB之间的焊接工艺来加以介绍,而其软板焊接的方式也是多种多样,不过总的来说可以用下列几种方式来焊接:
一、人工电烙铁焊接(manual soldering)
人工焊接软板于电路板是所有软板焊接工艺最便宜的制程,有些甚至完全不需要使用治具就可以作业,但其焊接品质也是最不克靠的一种制程,因为人工焊接容易造成空焊、虚焊、假焊、架桥短路之类的品质问题。这是因为人工焊接时软板容易在烙铁头移开且焊锡还未固化时移动或翘起,等到焊锡固化后就形成了假焊、空焊等结果。
 
所以在人工焊接时最好使用重物压在软板上直到焊接完毕后移开,这样可以大大提升焊接良率。另外,软板焊接的金手指最好开有通孔(PTH),可以增加视觉来确认焊接是否良好,也可以降低溢锡短路的风险。
 
一般来说如果在设计还没有定下来(Lock-down)时,为了减少治具设计与制作的费用,可以少量使用人工电烙铁焊接软板作业以给RD做功能验证用。大量生产时强烈建议不可人工焊接。
 
二、HotBar(哈巴)焊接
HotBar(哈巴)焊接
HotBar(哈巴)焊接的原理基本上是利用所谓的【脉冲电流(pulse)】流经钼、钛等具有高电阻特性金属材料时所产生的【焦耳热】来加热【热压头(thermodes/heater-tip)】,再藉由热压头加热熔融PCB上已经印刷的锡膏与FPC连结达到焊接的目的。
 
所以,HotBar作业时必须要有HotBar机台,还要有载具(carrier)来固定FPC于PCB上,只要FPC及PCB设计得好,基本上都可以达到量产与一定的良率的目标。
 
? HotBar焊接品质的好坏基本上绝大部分取决于设计的良秀,详细的设计要求可以参考深圳恒运娱乐捷之前关于HotBar设计的文章。 
HotBar FPCB附近零件的限制 
HotBar FPCB软板设计注意事项—PTHs 
HotBar热压FPCB与PCB焊垫相对位置的建议 
HotBar FPCB软板设计—避免应力集中,线路折断
 
? 再来是FPC金手指的间距大小,间距越大越容易生产,良率也越高,但设计上要求却是越来越小,这也造成HotBar越来越难做,良率直直掉的窘况。
 
? 最后才是制程管控问题。比如说锡膏量的控制,HotBar时助焊剂的涂抹是否到位,HotBar的温度、压力、时间设定,HotBar机台的能力(热压头的压力是否可程式化)。 
 
另外,有些HotBar软板的设计无法达到有效导热的效果,这时候可能需要考虑是否采用锡铋(SnBi)低温锡膏,但低温锡膏较脆,所以建议加强辅助结构。
建议相关文章阅读: 
低温锡膏制作HotBar焊接的可行性评估
 
三、回流焊接(Reflow soldering)
深圳恒运娱乐捷以前没有试过软板贴附回流焊制程,不过理论上应该可行,而且网络上也可以看到一些讨论区有人执行回流焊制程。它的作法基本上就是现在PCB上印刷锡膏,然后在回焊炉前摆放FPC,并使用上盖下座回焊载具(reflow carrier)过回焊炉,上下载具使用磁扣来确保FPC位置不会移动,且在回焊时FPC焊点不会翘起。
 
这种FPC回焊制程有几点注意事项需要要留意:
? FPC材料是否可以承受无铅回焊高温。如果FPC材质高温受限,可能需要考虑低温锡膏的可行性。
? FPC的摆放一般都是人工作业,这时候锡膏还是膏状,如何避免人工作业去碰触到锡膏或是其他零件是一大课题。所以,这种制程不适合有零件放置在FPC下方。
 
深圳恒运娱乐捷个人以为,这种制程适合PCB上没有太多零件且FPC上面也没有零件的产品,否则碰触到其他零件或锡膏所产生的不良率应该蛮高的,细间距的FPC应该也不适合。
 
四、雷射激光焊接(Laser soldering)
雷射激光雷射焊接(Laser soldering)就是靠雷射能量激发转变为热能以达到焊接的目的,所以其焊接通常运用在可以将雷射打在焊料的位置直接加热。
 
其实深圳恒运娱乐捷觉得雷射激光焊接不是非常适合用在FPC焊接于PCB的作业上,或许是深圳恒运娱乐捷的经验不足吧!总认为雷射激光比较适合应用在连接器的焊接上,因为现在有很多的FPC设计是没有导通孔的,这就造成镭射光无法直接打在焊料上,无法让镭射光起到充分加热的作用。
 
此外,这种雷射焊接设备通常是专用机非泛用机,它的能量一般不适合拿来执行其他的作业,所以设备费用也不便宜,除非产量大的产品,否则不建议,自己计算一下ROI看看吧!
 
五、ACF(异方性导电黏胶)
在无法使用焊锡来焊接FPC与PCB时,或许可以考虑采用「ACF(异方性导电黏胶, Anisotropic Conductive Film)」来导通FPC与PCB的电子讯号,ACF的加工温度比HotBar来得低,不用担心FPC烫坏的问题,ACF的作业方式其实与HotBar相似,但是ACF更简单,它其实有点像黏胶,放置在PCB与FPC的金手指间,然后加热加压就可以完成连接,有些设备机台甚至可以设定不同温度与压力就可以同时给HotBar及ACF制程使用。
 
不过ACF有个最大的缺点就是使用一段时间后其黏胶容易失效剥落,所以必须增加额外的机构来确保FPC不会自PCB松脱。


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