介紹整理FPC(軟性印刷電路板)連接至硬式PCB(印刷電路板)工藝

FPC(軟性印刷電路板)連接硬式PCB(印刷電路板)的工藝整理介紹隨著電子產品的發展,使用FPC軟板連接到PCB的技術需求也越來越高,本文試著介紹目前業界常用的幾種FPC與PCB的連接及焊接方式。

FPC(Flexible Printed Circuit,「軟性印刷電路板」或稱「柔性線路板」)目前應用在多樣的電子產品,尤其是穿戴裝置及輕薄短小的手持裝置上,雖然現在製程已經發展出可以在FPC上面直接焊接電子零件,但是其可焊性及品質信賴度仍然不佳,比如哪些給終端使用者插拔的「I/O連接器」,如micro-USB、USBC充電與傳輸資料的連接器,大顆的BGA及QFN也不建議焊接於FPC。

一般FPC最終還是需要連接到硬式PCB上,而FPC連接到PCB的工藝則有使用:

本文就僅FPC與PCB之間的焊接工藝來加以介紹,而其軟板焊接的方式也是多種多樣,不過總的來說可以用下列幾種方式來焊接:

一、人工電烙鐵焊接(manual soldering)

人工焊接軟板於電路板是所有軟板焊接工藝最便宜的製程,有些甚至完全不需要使用治具就可以作業,但其焊接品質也是最不克靠的一種製程,因為人工焊接容易造成空焊、虛焊、假焊、架橋短路之類的品質問題。這是因為人工焊接時軟板容易在烙鐵頭移開且焊錫還未固化時移動或翹起,等到焊錫固化後就形成了假焊、空焊等結果。

所以在人工焊接時最好使用重物壓在軟板上直到焊接完畢後移開,這樣可以大大提昇焊接良率。另外,軟板焊接的金手指最好開有通孔(PTH),可以增加視覺來確認焊接是否良好,也可以降低溢錫短路的風險。

一般來說如果在設計還沒有定下來(Lock-down)時,為了減少治具設計與製作的費用,可以少量使用人工電烙鐵焊接軟板作業以給RD做功能驗證用。大量生產時強烈建議不可人工焊接。

二、HotBar(哈巴)焊接

HotBar(哈巴)焊接的原理基本上是利用所謂的【脈衝電流(pulse)】流經鉬、鈦等具有高電阻特性金屬材料時所產生的【焦耳熱】來加熱【熱壓頭(thermodes/heater-tip)】,再藉由熱壓頭加熱熔融PCB上已經印刷的錫膏與FPC連結達到焊接的目的。

所以,HotBar作業時必須要有HotBar機台,還要有載具(carrier)來固定FPC於PCB上,只要FPC及PCB設計得好,基本上都可以達到量產與一定的良率的目標。

另外,有些HotBar軟板的設計無法達到有效導熱的效果,這時候可能需要考慮是否採用錫鉍(SnBi)低溫錫膏,但低溫錫膏較脆,所以建議加強輔助結構。

建議相關文章閱讀:
低溫錫膏製作HotBar焊接的可行性評估

三、回流焊接(Reflow soldering)

工作熊以前沒有試過軟板貼附回流焊製程,不過理論上應該可行,而且網路上也可以看到一些討論區有人執行回流焊製程。它的作法基本上就是現在PCB上印刷錫膏,然後在回焊爐前擺放FPC,並使用上蓋下座回焊載具(reflow carrier)過回焊爐,上下載具使用磁扣來確保FPC位置不會移動,且在回焊時FPC焊點不會翹起。

這種FPC回焊製程有幾點注意事項需要要留意:

工作熊個人以為,這種製程適合PCB上沒有太多零件且FPC上面也沒有零件的產品,否則碰觸到其他零件或錫膏所產生的不良率應該蠻高的,細間距的FPC應該也不適合。

四、雷射激光焊接(Laser soldering)

雷射激光雷射焊接(Laser soldering)就是靠雷射能量激發轉變為熱能以達到焊接的目的,所以其焊接通常運用在可以將雷射打在焊料的位置直接加熱。

其實工作熊覺得雷射激光焊接不是非常適合用在FPC焊接於PCB的作業上,或許是工作熊的經驗不足吧!總認為雷射激光比較適合應用在連接器的焊接上,因為現在有很多的FPC設計是沒有導通孔的,這就造成鐳射光無法直接打在焊料上,無法讓鐳射光起到充分加熱的作用。

此外,這種雷射焊接設備通常是專用機非泛用機,它的能量一般不適合拿來執行其他的作業,所以設備費用也不便宜,除非產量大的產品,否則不建議,自己計算一下ROI看看吧!

五、ACF(異方性導電黏膠)

在無法使用焊錫來焊接FPC與PCB時,或許可以考慮採用「ACF(異方性導電黏膠, Anisotropic Conductive Film)」來導通FPC與PCB的電子訊號,ACF的加工溫度比HotBar來得低,不用擔心FPC燙壞的問題,ACF的作業方式其實與HotBar相似,但是ACF更簡單,它其實有點像黏膠,放置在PCB與FPC的金手指間,然後加熱加壓就可以完成連接,有些設備機台甚至可以設定不同溫度與壓力就可以同時給HotBar及ACF製程使用。

不過ACF有個最大的缺點就是使用一段時間後其黏膠容易失效剝落,所以必須增加額外的機構來確保FPC不會自PCB鬆脫。

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訪客留言內容(Comments)

也许是我们厂做FPC比较少的原因吧,我们都是进行手工焊接的,LCD屏,也比较简单,不过大部分的FPC板都是通过连接器连接的,也许是制造工艺不够的原因吧。


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