HotBar FPCB軟板設計注意事項—PTHs

HotBar(熱壓熔錫焊接),其最主要要功能就是利用熱壓頭(thermodes)重新熔融已經印刷於印刷電路板(PCB)上的錫膏,藉以連接兩個各自獨立的電子零件,最常見到的是將軟排線(FPB)焊接於電子印刷電路(PCB)上。

由於HotBar機台的熱壓頭是唯一熱源,當熱壓頭下壓在軟排線(FPC)時,必須把熱向下傳導至印刷電路板(PCB),才能熔化已印刷於電路板上的錫膏,但是中間卻隔著一片軟排線,所以軟排線最好也必須有熱傳導的功能設計,這樣才能達到最佳的熱傳導效果及焊錫的最佳品質。


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HotBar熱壓FPCB與PCB焊墊相對位置的建議

給HotBar熱壓時FPCB與PCB焊墊相對位置的建議

FPCB軟板放置於PCB時建議將FPCB的焊墊稍微靠後,露出一點點PCB的焊墊,這樣可以讓前面多出來的PCB焊墊用來跑錫(容納多餘的錫膏),因為熱壓頭(thermodes)下壓時會擠壓出一些多餘焊錫,這些焊錫如果沒有地方可以宣洩,就會滿溢到鄰近焊墊造成短路。

另外,裸露出來的PCB焊墊也可以讓作業員查看焊錫是否有在HotBar加熱過程中重新熔融錫膏的證據,這對一些沒有設計導通孔的FPCB非常有用。


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HotBar的溫度曲線(temperature profile)

HotBar temperature profile (溫度曲線)

下圖是 AVIO 所提供的 HotBar temperature profile (加熱溫度曲線),其理論和 SMT 的 Reflow 加熱溫度曲線大同小異,有預熱區、迴焊區及冷卻區。通常熱壓機都會附帶增加安裝一冷卻用的壓縮空氣吹管,以期達到快速冷卻的效果(※注意:壓縮空氣必須吹在待壓物的焊錫上面,而不是吹在熱壓頭上)。

另外,還要留意熱壓頭必須等到焊錫溫度冷卻到凝固點後才可以離開待壓物,因為在焊錫還未完全固化前,FPC是會移動的,這時候壓縮空氣可是強到可以把FPC吹離原來焊錫的位置造成焊錫不良。


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HotBar錫膏的鋼板開孔與HotBar品質驗證判斷

HotBar錫膏鋼板開孔(Stencil Aperture)

HotBar的錫膏鋼板開孔(Stencil Aperture) 應該開在熱壓頭(thermodes)壓下來的地方,特別要注意錫膏量的計算,還要注意留出足夠的焊墊空間,讓熱壓頭下壓時因壓力所擠壓出來的多餘熔錫有地方可以宣洩,不致於溢出焊墊而與旁邊的焊墊形成「短路(solder short)」。

下面工作熊提供一些自己以前做過的一些關於HotBar鋼板開孔面積的參考標準(※僅供參考),由於RoHS的關係,現在一般的FPC及PCB的表面鍍層都是鍍金,所以下列只列出鍍金的鋼板開孔率供參考。鋼板的厚度為0.12mm。

另外,鋼板開孔的面積一定要依照自己產品的特性做調整,前人的工藝只能提供參考而已,關鍵是要了解為何要這樣開孔。


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HotBar Thermodes (熱壓頭)的選擇

Thermodes (熱壓頭)的選擇

HotBar_thermodeHotBar熱壓頭(Thermodes)的選擇對HotBar製程管控非常重要,大小尺寸要適合焊墊的排腳(land pattern)寬度,太短的話最旁邊的焊腳會焊不到,雖然可以透過兩次熱壓來解決,但總是浪費工時;太長的話又怕會壓傷鄰近的電子零件或燒焦電路板,所以HotBar焊墊的左右兩側最好要多留些空間給熱壓頭(thermal wedge)。

另外,HotBar熱壓頭(Thermodes)的材質也非常重要。當選用的材料無法迅速傳送補給熱能時,將會造成HotBar的品質不穩定,進而影響到產品含錫的品質。


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HotBar(熱壓熔錫焊接)介紹─HotBar原理及製程控制

HotBar(熱壓熔錫焊接)介紹─HotBar原理及製程控制HotBar的原理

HotBar(熱壓熔錫焊接)又稱「脈沖熱壓焊接」,但業界大部分人則直譯叫它為「哈巴(HotBar)」,HotBar的原理是先把錫膏印刷於電路板(PCB)的焊墊上,經回焊爐後將錫膏融化並預先焊於電路板上,隨後將待焊物(一般為FPC)放置於已經印有錫膏的電路板上,然後再利用熱壓頭的熱將焊錫融化並連接導通兩個需要連接的電子零組件。

因為使用長條形的熱壓頭將扁平的待焊物(一般為FPC)焊接於電路板上,因此稱之為HotBar。個人覺得其命名是為了區別同樣也是用熱壓頭黏貼ACF於LCD或電路板的HeatSeal製程。

HotBar通常是將軟板(FPC)焊接於PCB上(如上圖),如此可以達到輕、薄、短、小目的。另外還可以有效的降低成本,因為可以少用1~2個軟板連接器(FPC connector)。


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