PCBA电子处理、制作、生产全过程的详细解析

传感器技术 2018-02-08 24195

描述

FPC又称柔性电路板，FPC的PCBA组装焊接流程与硬性电路板的组装有很大的不同，因为FPC板子的硬度不够，较柔软，如果不使用专用载板，就无法完成固定和传输，也就无法完成印刷、贴片、过炉等基本SMT工序。

一．FPC的预处理

FPC板子较柔软，出厂时一般不是真空包装，在运输和存储过程中易吸收空气中的水分，需在SMT投线前作预烘烤处理，将水分缓慢强行排出。否则，在回流焊接的高温冲击下，FPC吸收的水分快速气化变成水蒸气突出FPC，易造成FPC分层、起泡等不良。

预烘烤条件一般为温度80-100℃时间4-8小时，特殊情况下，可以将温度调高至125℃以上，但需相应缩短烘烤时间。烘烤前，一定要先作小样试验，以确定FPC是否可以承受设定的烘烤温度，也可以向FPC制造商咨询合适的烘烤条件。烘烤时，FPC堆叠不能太多，10-20PNL比较合适，有些FPC制造商会在每PNL之间放一张纸片进行隔离，需确认这张隔离用的纸片是否能承受设定的烘烤温度，如果不能需将隔离纸片抽掉以后，再进行烘烤。烘烤后的FPC应该没有明显的变色、变形、起翘等不良，需由IPQC抽检合格后才能投线。

二．专用载板的制作

根据电路板的CAD文件，读取FPC的孔定位数据，来制造高精度FPC定位模板和专用载板，使定位模板上定位销的直径和载板上的定位孔、FPC上定位孔的孔径相匹配。很多FPC因为要保护部分线路或是设计上的原因并不是同一个厚度的，有的地方厚而有的地方要薄点，有的还有加强金属板，所以载板和FPC的结合处需要按实际情况进行加工打磨挖槽的，作用是在印刷和贴装时保证FPC是平整的。载板的材质要求轻薄、高强度、吸热少、散热快，且经过多次热冲击后翘曲变形小。常用的载板材料有合成石、铝板、硅胶板、特种耐高温磁化钢板等。

三．生产过程.

我们在这里以普通载板为例详述FPC的SMT要点，使用硅胶板或磁性治具时，FPC的固定要方便很多，不需要使用胶带，而印刷、贴片、焊接等工序的工艺要点是一样的。

1. FPC的固定：

在进行SMT之前，首先需要将FPC精确固定在载板上。特别需要注意的是，从FPC固定在载板上以后，到进行印刷、贴装和焊接之间的存放时间越短越好。载板有带定位销和不带定位销两种。不带定位销的载板，需与带定位销的定位模板配套使用，先将载板套在模板的定位销上，使定位销通过载板上的定位孔露出来，将FPC一片一片套在露出的定位销上，再用胶带固定，然后让载板与FPC定位模板分离，进行印刷、贴片和焊接。带定位销的载板上已经固定有长约1.5mm的弹簧定位销若干个，可以将FPC一片一片直接套在载板的弹簧定位销上，再用胶带固定。在印刷工序，弹簧定位销可以完全被钢网压入载板内，不会影响印刷效果。

方法一（单面胶带固定）：用薄型耐高温单面胶带将 FPC 四边固定在载板上，不让 FPC 有偏移和起翘，胶带粘度应适中,回流焊后必须易剥离,且在FPC上无残留胶剂。如果使用自动胶带机，能快速切好长短一致的胶带，可以显著提高效率，节约成本，避免浪费。

方法二（双面胶带固定）：先用耐高温双面胶带贴在载板上，效果与硅胶板一样，再将 FPC 粘贴到载板，要特别注意胶带粘度不能太高,否则回流焊后剥离时,很容易造成FPC撕裂。在反复多次过炉以后，双面胶带的粘度会逐步变低，粘度低到无法可靠固定FPC时必须立即更换。此工位是防止FPC脏污的重点工位，需要戴手指套作业。载板重复使用前，需作适当清理，可以用无纺布蘸清洗剂擦洗，也可以使用防静电粘尘滚筒，以除去表面灰尘、锡珠等异物。取放FPC时切忌太用力，FPC较脆弱，容易产生折痕和断裂。

2. FPC的锡膏印刷：

FPC对焊锡膏的成分没有很特别的要求，锡球颗粒的大小和金属含量等以FPC上有没有细间距IC为准，但 FPC对焊锡膏的印刷性能要求较高，焊锡膏应具有优良的触变性，焊锡膏应该能够很容易印刷脱模并且能牢固地附着在FPC表面，不会出现脱模不良阻塞钢网漏孔或印刷后产生塌陷等不良。

因为载板上装载FPC，FPC上有定位用的耐高温胶带，使其平面不一致,所以FPC的印刷面不可能象PCB那样平整和厚度硬度一致，所以不宜采用金属刮刀，而应采用硬度在80-90度的聚胺酯型刮刀。锡膏印刷机最好带有光学定位系统，否则对印刷质量会有较大影响，FPC虽然固定在载板上,但是FPC与载板之间总会产生一些微小的间隙，这是与PCB硬板最大的区别，因此设备参数的设定对印刷效果也会产生较大影响。

印刷工位也是防止FPC脏污的重点工位，需要戴手指套作业，同时要保持工位的清洁，勤擦钢网，防止焊锡膏污染FPC的金手指和镀金按键。

3. FPC的贴片：

根据产品的特性、元件数量和贴片效率，采用中、高速贴片机进行贴装均可。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，虽然FPC被固定在载板上，但是其表面也不可能像PCB硬板一样平整，FPC与载板之间肯定会存在局部空隙，所以，吸嘴下降高度、吹气压力等需精确设定，吸嘴移动速度需降低。同时，FPC 以联板居多，FPC 的成品率又相对偏低，所以整PNL中含部分不良PCS是很正常的，这就需要贴片机具备BAD MARK识别功能，否则，在生产这类非整 PNL都是好板的情况下，生产效率就要大打折扣了。

4. FPC的回流焊：

应采用强制性热风对流红外回流焊炉，这样FPC上的温度能较均匀地变化，减少焊接不良的产生。如果是使用单面胶带的，因为只能固定FPC的四边，中间部分因在热风状态下变形，焊盘容易形成倾斜，熔锡（高温下的液态锡）会流动而产生空焊、连焊、锡珠，使制程不良率较高。

1）温度曲线测试方法：

由于载板的吸热性不同，FPC上元件种类的不同，它们在回流焊过程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炉的温度曲线，对焊接质量大有影响。比较稳妥的方法是，根据实际生产时的载板间隔，在测试板前后各放两块装有FPC的载板，同时在测试载板的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，同时用耐高温胶带将探头导线固定在载板上。注意，耐高温胶带不能将测试点覆盖住。测试点应选在靠近载板各边的焊点和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：

在炉温调试中，因为FPC的均温性不好，所以最好采用升温/保温/回流的温度曲线方式，这样各温区的参数易于控制一些，另外FPC和元件受热冲击的影响都要小一些。根据经验，最好将炉温调到焊锡膏技术要求值的下限，回焊炉的风速一般都采用炉子所能采用的最低风速，回焊炉链条稳定性要好,不能有抖动。

5. FPC的检验、测试和分板：

由于载板在炉中吸热，特别是铝质载板，出炉时温度较高，所以最好是在出炉口增加强制冷却风扇，帮助快速降温。同时，作业员需带隔热手套，以免被高温载板烫伤。从载板上拿取完成焊接的FPC时，用力要均匀，不能使用蛮力，以免FPC被撕裂或产生折痕。

取下的FPC放在5倍以上放大镜下目视检验，重点检查表面残胶、变色、金手指沾锡、锡珠、IC引脚空焊、连焊等问题。由于FPC表面不可能很平整，使AOI的误判率很高，所以FPC一般不适合作AOI检查，但通过借助专用的测试治具，FPC可以完成ICT、FCT的测试。

由于 FPC 以联板居多，可能在作 ICT、FCT 的测试以前，需要先做分板，虽然使用刀片、剪刀等工具也可以完成分板作业，但是作业效率和作业质量低下，报废率高。如果是异形FPC的大批量生产，建议制作专门的FPC冲压分板模，进行冲压分割，可以大幅提高作业效率，同时冲裁出的FPC边缘整齐美观，冲压切板时产生的内应力很低，可以有效避免焊点锡裂。

在PCBA柔性电子的组装焊接过程， FPC的精确定位和固定是重点，固定好坏的关键是制作合适的载板。其次是FPC的预烘烤、印刷、贴片和回流焊。显然FPC的SMT工艺难度要比PCB硬板高很多，所以精确设定工艺参数是必要的，同时，严密的生产制程管理也同样重要，必须保证作业员严格执行SOP上的每一条规定，跟线工程师和IPQC应加强巡检，及时发现产线的异常情况，分析原因并采取必要的措施，才能将FPC SMT产线的不良率控制在几十个PPM之内。

在PCBA生产过程中，需要依靠很多的机器设备才能将一块板子组装完成，往往一个工厂的机器设备的质量水平直接决定着制造的能力。

PCBA生产所需要的基本设备有锡膏印刷机、贴片机、回流焊、AOI检测仪、元器件剪脚机、波峰焊、锡炉、洗板机、ICT测试治具、FCT测试治具、老化测试架等，不同规模的PCBA加工厂，所配备的设备会有所不同。

四.PCBA生产设备

1、锡膏印刷机

现代锡膏印刷机一般由装版、加锡膏、压印、输电路板等机构组成。它的工作原理是：先将要印刷的电路板固定在印刷定位台上，然后由印刷机的左右刮刀把锡膏或红胶通过钢网漏印于对应焊盘，对漏印均匀的PCB,通过传输台输入至贴片机进行自动贴片。

2、贴片机

贴片机：又称“贴装机”、“表面贴装系统”（Surface Mount System），在生产线中，它配置在锡膏印刷机之后，是通过移动贴装头把表面贴装元器件准确地放置PCB焊盘上的一种设备。分为手动和全自动两种。

3、回流焊

回流焊内部有一个加热电路，将空气或氮气加热到足够高的温度后吹向已经贴好元件的线路板，让元件两侧的焊料融化后与主板粘结。这种工艺的优势是温度易于控制，焊接过程中还能避免氧化，制造成本也更容易控制。

4、AOI检测仪

AOI（Automatic Optic Inspection）的全称是自动光学检测，是基于光学原理来对焊接生产中遇到的常见缺陷进行检测的设备。AOI是新兴起的一种新型测试技术，但发展迅速，很多厂家都推出了AOI测试设备。当自动检测时，机器通过摄像头自动扫描PCB，采集图像，测试的焊点与数据库中的合格的参数进行比较，经过图像处理，检查出PCB上缺陷，并通过显示器或自动标志把缺陷显示/标示出来，供维修人员修整。

5、元器件剪脚机

用于对插脚元器件进行剪脚和变形。

6、波峰焊

波峰焊是让插件板的焊接面直接与高温液态锡接触达到焊接目的，其高温液态锡保持一个斜面，并由特殊装置使液态锡形成一道道类似波浪的现象，所以叫"波峰焊"，其主要材料是焊锡条。

7、锡炉

一般情况下，锡炉是指电子接焊接中使用的一种焊接工具。对于分立元件线路板焊接一致性好，操作方便、快捷、工作效率高，是您生产加工的好帮手。

8、洗板机

用于对PCBA板进行清洗，可清除焊后板子的残留物。

9、ICT测试治具

ICT Test 主要是*测试探针接触PCB layout出来的测试点来检测PCBA的线路开路、短路、所有零件的焊接情况

10、FCT测试治具

FCT（功能测试）它指的是对测试目标板(UUT：Unit Under Test)提供模拟的运行环境（激励和负载），使其工作于各种设计状态，从而获取到各个状态的参数来验证UUT的功能好坏的测试方法。简单地说，就是对UUT加载合适的激励，测量输出端响应是否合乎要求。

11、老化测试架

老化测试架可批量对PCBA板进行测试，通过长时间等模拟用户使用的操作，测试出有问题的PCBA板。

PCBA外协加工是指PCBA加工厂家将PCBA订单外发给其他有实力的PCBA加工厂家。那么，PCBA外协加工一般有什么要求呢？

一、物料清单

应严格按照物料清单、PCB丝印及外协加工要求进行插装或贴装元件，当发生物料与清单、 PCB丝印不符，或与工艺要求相矛盾，或要求模糊不清而不能作业时，应及时与我公司联系，确认物料及工艺要求的正确性。

二、防静电要求

1、所有元器件均作为静电敏感器件对待。

2、凡与元器件及产品接触人员均穿防静电衣、佩戴防静电手环、穿防静电鞋。

3、原料进厂与仓存阶段，静电敏感器件均采用防静电包装。

4、作业过程中，使用防静电工作台面，元器件及半成品使用防静电容器盛放。

5、焊接设备可靠接地，电烙铁采用防静电型。使用前均需经过检测。

6、PCB板半成品存放及运输，均采用防静电箱，隔离材料使用防静电珍珠棉。

7、无外壳整机使用防静电包装袋。

三、元器件外观标识插装方向的规定

1、极性元器件按极性插装。

2、丝印在侧面的元器件（如高压陶瓷电容）竖向插装时，丝印朝右；横向插装时，丝印朝下。丝印在顶部的元器件（不包括贴片电阻）横向插装时，字体方向同PCB板丝印方向；竖向插装时，字体上方朝右。

3、电阻卧式横向插装时，误差色环朝右；卧式竖向插装时，误差色环朝下；电阻立式插装时，误差色环朝向板面。

四、焊接要求

1、插装元件在焊接面引脚高度1.5～2.0mm。贴片元件应平贴板面，焊点光滑无毛刺、略呈弧状，焊锡应超过焊端高度的2/3，但不应超过焊端高度。少锡、焊点呈球状或焊锡覆盖贴片均为不良；

2、焊点高度：焊锡爬附引脚高度单面板不小于1mm，双面板不小于0.5mm且需透锡。

3、焊点形状：呈圆锥状且布满整个焊盘。

4、焊点表面：光滑、明亮，无黑斑、助焊剂等杂物，无尖刺、凹坑、气孔、露铜等缺陷。

5、焊点强度：与焊盘及引脚充分润湿，无虚焊、假焊。

6、焊点截面：元件剪脚尽可能不剪到焊锡部分，在引脚与焊锡的接触面上无裂锡现象。在截面处无尖刺、倒钩。

7、针座焊接：针座要求底部贴板插装，且位置端正，方向正确，针座焊接后，底部浮高不

超过0.5mm，座体歪斜不超出丝印框。成排的针座还应保持整齐，不允许前后错位或高低不平

五、运输

为防止PCBA损坏，在运输时应使用如下包装：

1、盛放容器：防静电周转箱。

2、隔离材料：防静电珍珠棉。

3、放置间距：PCB板与板之间、PCB板与箱体之间有大于10mm的距离。

4、放置高度：距周转箱顶面有大于50mm的空间，保证周转箱叠放时不要压到电源，特别是有线材的电源。

六、洗板要求

板面应洁净，无锡珠、元件引脚、污渍。特别是插件面的焊点处，应看不到任何焊接留下的污物。洗板时应对以下器件加以防护：线材、连接端子、继电器、开关、聚脂电容等易腐蚀器件，且继电器严禁用超声波清洗。

七、所有元器件安装完成后不允超出PCB板边缘。

八、PCBA过炉时，由于插件元件的引脚受到锡流的冲刷，部分插件元件过炉焊接后会存在倾斜，导致元件本体超出丝印框，因此要求锡炉后的补焊人员对其进行适当修正。

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