ПЕЧАТНАЯ PCB - Описание процесса пайки и сборки FPC и PCBA

FPC (гибкая печатная плата) отличается от жестких плат своими физическими свойствами: она обладает низкой жесткостью и высокой гибкостью. Из-за этого процесс сборки и пайки (монтажа компонентов) на FPC требует использования специальных технологических подложек (носителей); без них невозможно обеспечить надежную фиксацию и перемещение платы, а также выполнить такие базовые операции SMT-монтажа, как нанесение паяльной пасты и прохождение через печь оплавления.

1. Предварительная обработка FPC

Гибкие печатные платы (FPC) отличаются мягкостью, и при их производстве обычно не применяется вакуумная упаковка. В процессе транспортировки и хранения они легко впитывают влагу из воздуха, поэтому перед монтажом (SMT) требуется процедура предварительного прогрева (выпечки) для постепенного удаления влаги. В противном случае под воздействием высоких температур при оплавлении припоя (reflow soldering) поглощенная платой влага быстро превращается в пар, вызывая вздутие и расслоение материала FPC, а также другие дефекты.

Стандартные условия предварительной термообработки (сушки): температура 80–100 °C, время 4–8 часов. В особых случаях температуру можно повысить до 125 °C и выше, но при этом необходимо соответственно сократить время обработки. Перед началом процесса следует провести пробное испытание на небольшом образце, чтобы убедиться, что FPC (гибкая печатная плата) выдерживает заданную температуру. При загрузке в печь не следует укладывать FPC слишком плотными стопками; оптимальный вариант — 10–20 панелей (PNL). После термообработки на FPC не должно быть заметного изменения цвета, деформации, коробления или иных дефектов; перед подачей на производственную линию партия должна пройти выборочный контроль качества (IPQC).

2. Изготовление специальных несущих плат (паллет) для FPC

На основе CAD-файла печатной платы считываются данные о расположении монтажных отверстий FPC для создания высокоточных шаблонов позиционирования и специальных несущих плат. Диаметры установочных штифтов на шаблонах и отверстий на несущей плате должны соответствовать диаметрам монтажных отверстий FPC. Поскольку многие FPC имеют неравномерную толщину (из-за необходимости защиты определенных участков цепи, особенностей конструкции или наличия металлических усиливающих пластин), несущую плату необходимо доработать с учетом этих особенностей — например, выполнить шлифовку или фрезерование пазов, чтобы обеспечить идеальную плоскостность FPC при нанесении пасты и монтаже компонентов.

К материалам несущих плат предъявляются следующие требования: малый вес, высокая прочность, низкое теплопоглощение, эффективный теплоотвод, а также минимальное коробление и деформация после многократных циклов теплового воздействия. К числу часто используемых материалов относятся искусственный камень, алюминий, кремнийсодержащие материалы и специальные термостойкие пластины из магнитной стали.

FPC

3. Производственный процесс

В качестве примера для описания ключевых аспектов SMT-монтажа FPC (гибких печатных плат) мы рассмотрим использование несущей пластины (паллеты). Применение силиконовых пластин или магнитных приспособлений значительно упрощает фиксацию FPC, исключая необходимость использования клейкой ленты; остальные этапы — нанесение пасты, пайка и прочие операции — остаются неизменными.

3.1. Фиксация FPC

Перед началом SMT-монтажа необходимо точно зафиксировать FPC на несущей пластине. Особое внимание следует уделить временному интервалу между фиксацией FPC на пластине и нанесением пасты: чем меньше времени проходит между установкой и пайкой, тем лучше. Несущие пластины бывают двух типов: с установочными штифтами и без них. Пластины без штифтов используются совместно с установочным шаблоном, оснащенным штифтами. Сначала пластину помещают на штифты шаблона так, чтобы они проходили сквозь установочные отверстия в пластине; затем на выступающие штифты поочередно укладывают FPC и фиксируют их клейкой лентой. После этого пластину отделяют от шаблона для выполнения операций нанесения пасты и пайки.

На несущих пластинах с установочными штифтами уже закреплены подпружиненные штифты высотой около 1,5 мм. Это позволяет укладывать FPC непосредственно на штифты пластины и фиксировать их клейкой лентой. В процессе нанесения пасты трафарет полностью утапливает подпружиненные штифты в тело пластины, поэтому качество печати не страдает.

Метод 1 (фиксация односторонней лентой): края FPC фиксируются на несущей пластине с помощью тонкой термостойкой односторонней ленты. Важно предотвратить смещение или коробление FPC. Лента должна обладать умеренной адгезией: она должна легко удаляться после оплавления припоя, не оставляя следов клея на FPC. Использование автоматического диспенсера ленты позволяет быстро нарезать ленту нужной длины, что значительно повышает эффективность, снижает затраты и сокращает количество отходов. Способ 2 (фиксация на двустороннюю ленту): сначала на несущую пластину (палету) наносится термостойкая двусторонняя лента (эффект аналогичен использованию силиконовой подложки), а затем к ней приклеивается FPC. Особое внимание следует уделить адгезии ленты: она не должна быть чрезмерно высокой, иначе при снятии после оплавления припоя FPC может порваться. Липкость ленты постепенно снижается после многократных проходов через печь; ее необходимо немедленно заменить, как только адгезия станет недостаточной для надежной фиксации FPC.

Этот этап критически важен для предотвращения загрязнения FPC; при работе обязательно использование напальчников. Перед повторным использованием несущую пластину необходимо тщательно очистить: либо безворсовой салфеткой, смоченной в чистящем средстве, либо антистатическим валиком для удаления пыли, шариков припоя и других посторонних частиц. При укладке FPC не следует применять чрезмерное усилие, так как изделие хрупкое и на нем легко могут образоваться заломы или трещины.

3.2. Нанесение паяльной пасты на FPC

К составу паяльной пасты для FPC не предъявляется особых требований (размер частиц припоя и содержание металла подбираются в зависимости от наличия компонентов с малым шагом выводов), однако требования к качеству нанесения пасты выше. Паста должна обладать отличной тиксотропностью, легко отделяться от трафарета и надежно сцепляться с поверхностью FPC. Не допускаются такие дефекты, как плохое отделение от трафарета, засорение апертур (отверстий) трафарета или растекание (оседание) пасты после печати.

Поскольку FPC закрепляется на несущей пластине с помощью термостойкой ленты для позиционирования, поверхность изделия не является идеально ровной и однородной по толщине (в отличие от жестких печатных плат). В связи с этим использование металлического ракеля нецелесообразно; рекомендуется применять полиуретановый ракель твердостью 80–90 единиц по Шору А. Для работы с гибкими печатными платами (FPC) лучше всего использовать установку для нанесения паяльной пасты, оснащенную системой оптического позиционирования. Это критически важно для качества печати: хотя FPC и фиксируется на несущей подложке, между ними неизбежно возникают небольшие зазоры (что отличает их от жестких печатных плат), а настройки параметров процесса существенно влияют на результат нанесения пасты.

Участок печати — это также зона, где необходимо предотвращать загрязнение FPC. Работать следует в напальчниках, поддерживать чистоту на рабочем месте и тщательно протирать трафарет, чтобы не допустить попадания паяльной пасты на золоченые контакты (ламели) и позолоченные контактные площадки кнопок FPC.

3.3. Ламинирование FPC

В зависимости от характеристик продукта. Количество компонентов и эффективность пасты зависят от используемой среды. Может быть установлена высокоскоростная монтажная машина. Поскольку на каждом гибком плате имеется оптическая метка для позиционирования, разница между SMD-монтажом на гибком плате и монтажом на печатной плате невелика. Следует отметить, что, хотя гибкая печатная плата закреплена на несущей плате, ее поверхность может быть не такой плоской, как у печатной платы из оргалита, между гибкой печатной платой и несущей платой будут локальные зазоры, поэтому необходимо точно установить высоту опускания сопла, давление обдува и т.д. Давление обдува и т.д. требуется точная настройка и снижение скорости перемещения всасывающего сопла.

3.4. Пайка FPC оплавлением

Следует использовать инфракрасную печь для пайки оплавлением с принудительной конвекцией горячего воздуха, чтобы температура на гибком печатном плате могла изменяться более равномерно, уменьшая образование плохой пайки. При использовании одностороннего скотча, поскольку им можно закрепить только четыре стороны гибкого печатного платы, средняя часть может деформироваться из-за горячего воздуха, на прокладке легко образуется наклон, расплавленное олово (жидкое олово при высоких температурах) будет вытекать и производить пустую пайку. Непрерывная пайка. Наличие шариков пайки приводит к высокой частоте брака в процессе пайки.

3.4.1 Методы определения температурной кривой

Из-за различного теплопоглощения несущей платы, различных типов компонентов на гибком печатном плате, они нагреваются в процессе оплавления, скорость повышения температуры различна, количество поглощаемого тепла также различно, поэтому тщательно настраивайте температурную кривую печи для оплавления, качество получаемого материала зависит от пайка оказывает огромное влияние. Более надежный метод заключается в том, чтобы основываться на фактическом изготовлении интервала между монтажными платами: перед каждой тестовой платой и за ней помещают по две части монтажной платы с гибким печатным платом, в то время как тестовая плата с гибким печатным платом обклеивается компонентами, а к тестируемому датчику температуры припаивается высокотемпературная паяльная проволока для проверки температуры. направьте и одновременно закрепите вывод датчика на несущей плате термостойкой клейкой лентой. 

Обратите внимание, что термостойкая лента не должна закрывать контрольную точку. Контрольную точку следует выбирать рядом с паяными соединениями и контактами QFP на каждой стороне платы-носителя, чтобы результат теста лучше отражал реальную ситуацию.

3.4.2 Настройка температурной кривой

При отладке температуры печи, поскольку температура FPC не очень хорошая, лучше всего использовать температурную кривую прогрева трубопровода / подогрева / обратного потока, чтобы было легче контролировать параметры температурной зоны, в дополнение к FPC и компонентам, подверженным тепловому удару от воздействия поменьше. Согласно опыту, лучше всего регулировать температуру печи в соответствии с нижним пределом значений технологических требований к паяльной пасте, скорость ветра в печи для оплавления, как правило, является самой низкой скоростью ветра, которую можно использовать в печи, стабильность цепи печи для оплавления должна быть хорошей, не должно быть дрожания.

3.5.Проверка гибких печатной платы. Тестирование и монтаж

Поскольку опорная плита в печи поглощает тепло, особенно алюминиевая опорная плита, температура вне печи выше, поэтому лучше всего установить новый мощный охлаждающий вентилятор на выходе из печи, чтобы ускорить охлаждение. В то же время рабочие должны носить теплоизоляционные перчатки, чтобы не обжечься о высокотемпературную несущую пластину. При снятии готового гибкого пластика с несущей пластины усилие должно быть равномерным, а не грубым, чтобы избежать разрыва или смятия гибкого пластика.

Более 5 раз рассмотрите снятый FPC под увеличительным стеклом для визуального осмотра, уделяя особое внимание остаткам клея на поверхности. Обесцвечивание. Пятна от золотых пальцев. Пайка контактов IC. Пайка контактов IC. Поскольку поверхность FPC не может быть очень плоской, вероятность ошибочной оценки AOI очень высока, поэтому FPC, как правило, не подходит для проверки AOI, но с помощью специальных тестовых приспособлений FPC может быть протестирован ICT.FCT.

Поскольку FPC в основном используется для изготовления соединительных плат, перед тестированием ICT.FCT может потребоваться выполнить разделение плат, хотя для завершения разделения плат также можно использовать лезвия, ножницы и другие инструменты. Хотя использование таких инструментов, как лезвия, ножницы и т.д., также может завершить работу, но эффективность и качество работы остаются низкими. Если при массовом производстве фасонного гибкого пластика можно изготовить специальную форму для штамповки печатных плат из гибкого пластика, подразделение штамповки может значительно повысить эффективность работы, при этом штамповка краев из гибкого пластика аккуратная и красивая, штамповка и резка платы, вызванная внутренним напряжением, очень низкая, вы можете эффективно избежать паяных соединений жестянка трескается.

В процессе сварки гибкой электронной сборки PCBA ключевым моментом является точное позиционирование и фиксация гибкой печатной платы, а ключом к исправлению недостатков является изготовление правильной несущей платы. Далее следует предварительная обработка гибкой печатной платы. Печатание. Вставьте и переплавьте. Очевидно, что процесс FPC SMT намного сложнее, чем для печатных плат, поэтому необходима точная настройка параметров процесса, в то же время не менее важно строгое управление производственным процессом, которое должно гарантировать, что персонал, отвечающий за строгое выполнение SOPS по каждому из положений, разработанных инженерами-консультантами и IPQC, должен усилить контроль и своевременно выявлять неисправности в производственной линии, анализировать причины и принимать необходимые меры для проведения FPCSMT, чтобы контролировать уровень брака на производственной линии FPC SMT в пределах десятков частей на миллион.

FPC

4. Оборудование для производства PCBA (печатных узлов)

К основному оборудованию для производства PCBA относятся: установка для нанесения паяльной пасты (трафаретный принтер), система автоматического оптического контроля (AOI), устройство для обрезки выводов компонентов, установка пайки волной припоя, ванна для пайки, оснастка для внутрисхемного (ICT) и функционального (FCT) тестирования, стенд для испытаний на старение (термотренировки) и т. д.

4.1. Установка для нанесения паяльной пасты (трафаретный принтер)

Современный трафаретный принтер обычно состоит из монтажной платформы, узла подачи пасты, механизма совмещения, конвейера и других механических узлов. Принцип работы заключается в следующем: печатная плата (PCB) фиксируется на рабочем столе, затем ракели (левый и правый) продавливают паяльную пасту или красный клей через трафарет на контактные площадки платы; после этого плата с нанесенным материалом перемещается по конвейеру к следующему этапу (например, к установщику компонентов).

4.2. Установщик компонентов (SMD-монтажник)

Установщик компонентов (также называемый системой поверхностного монтажа) располагается в производственной линии сразу после принтера для нанесения паяльной пасты. Он использует подвижную монтажную головку для точного размещения компонентов поверхностного монтажа (SMD) на контактных площадках печатной платы. Существуют как ручные, так и полностью автоматические модели.

4.3. Печь оплавления припоя (Reflow soldering)

В процессе пайки оплавлением нагретый воздух или азот подается на печатную плату с установленными компонентами, расплавляя припой и обеспечивая соединение компонентов с платой. Преимущества этого метода: простота контроля температуры, предотвращение окисления в процессе пайки и удобство управления производственными затратами.

4.4. Система автоматического оптического контроля (AOI)

AOI (Automatic Optical Inspection) — это система, использующая оптические принципы для выявления типичных дефектов пайки, возникающих в процессе производства. Установка автоматически сканирует печатную плату, получает изображение, сравнивает параметры паяных соединений с эталонными данными из базы, выявляет дефекты с помощью обработки изображений и отображает/маркирует их (на экране или с помощью автоматической индикации) для последующего устранения ремонтным персоналом.

4.5. Устройство для обрезки выводов компонентов

Используется для обрезки и формовки выводов компонентов. 4.6. Пайка волной припоя

Пайка волной припоя — это процесс, при котором поверхность печатной платы с установленными компонентами непосредственно контактирует с расплавленным припоем, нагретым до высокой температуры. Расплавленный припой удерживается на наклонной поверхности, а специальное устройство создает из него волну (отсюда и название метода); основным расходным материалом при этом служат припойные бруски.

4.7. Установка для пайки

Как правило, под установкой для пайки понимается оборудование, используемое в процессах пайки электронных изделий. Она обеспечивает стабильное качество пайки дискретных компонентов на печатных платах, отличается простотой в эксплуатации, быстродействием и высокой эффективностью.

4.8. Установка для промывки плат

Предназначена для очистки печатных узлов (PCBA); позволяет удалять остатки загрязнений с поверхности платы после пайки.

4.9.Приспособление для тестирования ИКТ

ICTTest - это, в основном, схема расположения печатной платы с контактным датчиком вне тестовой точки для обнаружения обрыва линии PCBA. Короткое замыкание. Все части сварочного процесса

4.10.Устройство для испытания FCT

FCT (функциональный тест), который относится к целевой плате для тестирования (UUTUnitUnderTest), предназначенной для обеспечения аналогичной рабочей среды (возбуждения и нагрузки), чтобы она работала в различных проектных состояниях, чтобы получить параметры различных состояний для проверки работоспособности хорошего или плохого метода тестирования UUT. Проще говоря, UUT загружается соответствующим образом, чтобы измерить, соответствует ли выходная характеристика требованиям.

4.11. Стойка для тестирования на старение

Стойка для тестирования на старение может использоваться для серийного тестирования печатных плат PCBA в течение длительного времени и других операций, аналогичных тем, которые выполняет пользователь для тестирования проблемных печатных плат PCBA.

Компания iPCB Circuit располагает собственным заводом SMT и заводом печатных плат, FPC, предоставляющим комплексное обслуживание OEM-производителей печатных плат и FPC. Наша продукция относится к автомобильной электронике, медицинскому оборудованию, промышленному управлению, аэрокосмической промышленности, коммуникационному оборудованию и другим областям.