FPC與PCB之間的焊接工藝

隨著電子產(chǎn)品的發(fā)展，使用FPC軟板連接到PCB的技術(shù)需求也越來越高，本文試著介紹目前業(yè)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(yīng)用在多樣的電子產(chǎn)品，尤其是穿戴裝置及輕薄短小的手持裝置上，雖然現(xiàn)在PCBA制程已經(jīng)發(fā)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(zhì)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也不建議焊接于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：

軟板連接器(FPC Connector)

軟硬復(fù)合板(Rigid-Flex Board)

焊接(Soldering)。采用焊接最主要在節(jié)省「連接器」的費(fèi)用并降低高度。

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)

人工焊接軟板于電路板是所有軟板焊接工藝最便宜的制程，有些甚至完全不需要使用治具就可以作業(yè)，但其焊接品質(zhì)也是最不克靠的一種制程，因?yàn)槿斯ず附尤菀自斐煽蘸?、虛焊、假焊、架橋短路之類的品質(zhì)問題。這是因?yàn)槿斯ず附訒r(shí)軟板容易在烙鐵頭移開且焊錫還未固化時(shí)移動或翹起，等到焊錫固化后就形成了假焊、空焊等結(jié)果。

所以在人工焊接時(shí)最好使用重物壓在軟板上直到焊接完畢后移開，這樣可以大大提升焊接良率。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(rèn)焊接是否良好，也可以降低溢錫短路的風(fēng)險(xiǎn)。

一般來說如果在設(shè)計(jì)還沒有定下來(Lock-down)時(shí)，為了減少治具設(shè)計(jì)與制作的費(fèi)用，可以少量使用人工電烙鐵焊接軟板作業(yè)以給RD做功能驗(yàn)證用。大量生產(chǎn)時(shí)強(qiáng)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【脈沖電流(pulse)】流經(jīng)鉬、鈦等具有高電阻特性金屬材料時(shí)所產(chǎn)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(jīng)印刷的錫膏與FPC連結(jié)達(dá)到焊接的目的。

所以，HotBar作業(yè)時(shí)必須要有HotBar機(jī)臺，還要有載具(carrier)來固定FPC于PCB上，只要FPC及PCB設(shè)計(jì)得好，基本上都可以達(dá)到量產(chǎn)與一定的良率的目標(biāo)。

HotBar焊接品質(zhì)的好壞基本上絕大部分取決于設(shè)計(jì)的良秀，詳細(xì)的設(shè)計(jì)要求可以參考深圳宏力捷之前關(guān)于HotBar設(shè)計(jì)的文章。

HotBar FPCB附近零件的限制

HotBar FPCB軟板設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)—PTHs

HotBar熱壓FPCB與PCB焊墊相對位置的建議

HotBar FPCB軟板設(shè)計(jì)—避免應(yīng)力集中，線路折斷

再來是FPC金手指的間距大小，間距越大越容易生產(chǎn)，良率也越高，但設(shè)計(jì)上要求卻是越來越小，這也造成HotBar越來越難做，良率直直掉的窘?jīng)r。

最后才是制程管控問題。比如說錫膏量的控制，HotBar時(shí)助焊劑的涂抹是否到位，HotBar的溫度、壓力、時(shí)間設(shè)定，HotBar機(jī)臺的能力（熱壓頭的壓力是否可程式化）。

另外，有些HotBar軟板的設(shè)計(jì)無法達(dá)到有效導(dǎo)熱的效果，這時(shí)候可能需要考慮是否采用錫鉍(SnBi)低溫錫膏，但低溫錫膏較脆，所以建議加強(qiáng)輔助結(jié)構(gòu)。

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低溫錫膏制作HotBar焊接的可行性評估

三、回流焊接(Reflow soldering)

深圳宏力捷以前沒有試過軟板貼附回流焊制程，不過理論上應(yīng)該可行，而且網(wǎng)絡(luò)上也可以看到一些討論區(qū)有人執(zhí)行回流焊制程。它的作法基本上就是現(xiàn)在PCB上印刷錫膏，然后在回焊爐前擺放FPC，并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(shí)FPC焊點(diǎn)不會翹起。

這種FPC回焊制程有幾點(diǎn)注意事項(xiàng)需要要留意：

FPC材料是否可以承受無鉛回焊高溫。如果FPC材質(zhì)高溫受限，可能需要考慮低溫錫膏的可行性。

FPC的擺放一般都是人工作業(yè)，這時(shí)候錫膏還是膏狀，如何避免人工作業(yè)去碰觸到錫膏或是其他零件是一大課題。所以，這種制程不適合有零件放置在FPC下方。

深圳宏力捷個(gè)人以為，這種制程適合PCB上沒有太多零件且FPC上面也沒有零件的產(chǎn)品，否則碰觸到其他零件或錫膏所產(chǎn)生的不良率應(yīng)該蠻高的，細(xì)間距的FPC應(yīng)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(fā)轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮芤赃_(dá)到焊接的目的，所以其焊接通常運(yùn)用在可以將雷射打在焊料的位置直接加熱。

其實(shí)深圳宏力捷覺得雷射激光焊接不是非常適合用在FPC焊接于PCB的作業(yè)上，或許是深圳宏力捷的經(jīng)驗(yàn)不足吧！總認(rèn)為雷射激光比較適合應(yīng)用在連接器的焊接上，因?yàn)楝F(xiàn)在有很多的FPC設(shè)計(jì)是沒有導(dǎo)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(shè)備通常是專用機(jī)非泛用機(jī)，它的能量一般不適合拿來執(zhí)行其他的作業(yè)，所以設(shè)備費(fèi)用也不便宜，除非產(chǎn)量大的產(chǎn)品，否則不建議，自己計(jì)算一下ROI看看吧！

五、ACF(異方性導(dǎo)電黏膠)

在無法使用焊錫來焊接FPC與PCB時(shí)，或許可以考慮采用「ACF(異方性導(dǎo)電黏膠, Anisotropic Conductive Film)」來導(dǎo)通FPC與PCB的電子訊號，ACF的加工溫度比HotBar來得低，不用擔(dān)心FPC燙壞的問題，ACF的作業(yè)方式其實(shí)與HotBar相似，但是ACF更簡單，它其實(shí)有點(diǎn)像黏膠，放置在PCB與FPC的金手指間，然后加熱加壓就可以完成連接，有些設(shè)備機(jī)臺甚至可以設(shè)定不同溫度與壓力就可以同時(shí)給HotBar及ACF制程使用。

不過ACF有個(gè)最大的缺點(diǎn)就是使用一段時(shí)間后其黏膠容易失效剝落，所以必須增加額外的機(jī)構(gòu)來確保FPC不會自PCB松脫。

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