PCB Blog - FPCのPCBA組立溶接プロセス

FPCのPCBA組立溶接プロセスは硬性回路基板の組立とは大きく異なり、FPC基板の硬度が足りず、柔らかいため、専用キャリアを使用しなければ、固定と転送ができず、印刷、パッチ、炉通過などの基本的なSMT工程を完了することができない。

一、FPCの前処理

FPC板は比較的に柔らかく、出荷時は一般的に真空包装ではなく、輸送と貯蔵過程で空気中の水分を吸収しやすく、SMT投入前にプリベーク処理を行い、水分をゆっくりと強制的に排出する必要がある。そうでなければ、リフロー溶接の高温衝撃の下で、FPCが吸収した水分は急速に気化して水蒸気突出FPCになり、FPCの層状化、発泡などの不良をもたらしやすい。

プリベーク条件は一般的に温度80〜100℃の時間4〜8時間であり、特殊な場合、温度を125℃以上に上げることができるが、それに応じてベーク時間を短縮する必要がある。ベーキングする前に、FPCが設定されたベーキング温度に耐えられるかどうかを確認するために、必ずサンプル試験をしなければなりません。ベーキングの場合、FPCスタックは多すぎず、10-20 PNLが適切です。ベーキング後のFPCには明らかな変色、変形、反りなどの不良はないはずで、IPQC抜取検査に合格してから糸を投入する必要がある。

二、専用キャリアプレートの製作

回路基板のCADファイルに基づいて、FPCの穴位置決めデータを読み取り、高精度FPC位置決めテンプレートと専用キャリアプレートを製造し、位置決めテンプレート上の位置決めピンの直径とキャリア上の位置決め穴、FPC上の位置決め穴の穴径をマッチングさせる。多くのFPCは、一部の回線を保護したり設計上の理由で同じ厚さではなく、厚いところもあれば薄いところもあれば、補強金属板もあるので、キャリアとFPCの結合部には実際の状況に応じて加工・研磨・掘削を行う必要があり、印刷や貼付時にFPCが平らであることを保証する役割を果たしています。キャリアプレートの材質は軽薄、高強度、吸熱が少なく、放熱が速く、複数回の熱衝撃を受けた後の反り変形が小さいことが要求される。一般的に使用される基板データには、合成石、アルミニウム板、シリカゲル板、特殊耐高温磁化鋼板などがある。

FPCのPCBA組立

三、生産過程

ここでは一般的なキャリアプレートを例にFPCのSMTポイントを詳述し、シリカゲルプレートや磁気治具を使用する場合、FPCの固定は非常に便利であり、テープを使用する必要はなく、印刷、パッチ、溶接などの工程の技術ポイントは同じである。

3.1 FPCの固定

SMTを行う前に、まずFPCをキャリアボードに正確に固定する必要があります。特に注意が必要なのは、FPCがキャリアプレートに固定されてから、印刷、貼付、溶接までの保管時間が短いほど良いことです。キャリアプレートには、位置決めピン付きと位置決めピンなしの2種類があります。位置決めピンを持たないキャリアプレートは、位置決めピンを持つ位置決めテンプレートとセットで使用する必要があり、まずキャリアプレートをテンプレートの位置決めピンにセットし、位置決めピンをキャリアプレート上の位置決め穴を通して露出させ、FPCを露出した位置決めピンに1枚ずつセットし、テープで固定し、その後キャリアプレートとFPC位置決めテンプレートを分離させ、印刷、パッチ、溶接を行う。位置決めピン付きキャリアプレートには、長さ約1.5 mmのばね位置決めピンがいくつか固定されており、FPCをキャリアプレートのばね位置決めピンに1枚ずつ直接かぶせ、テープで固定することができる。印刷工程では、ばね位置決めピンは鋼網によってキャリアプレート内に完全に押し込まれ、印刷効果に影響を与えない。

方法1（片面テープ固定）薄型耐高温片面テープを用いてFPCの四辺を載板に固定し、FPCにずれや反りがないようにし、テープの粘度は適度であるべきで、リフロー溶接後は容易にはがれ、かつFPCに残留接着剤がないようにしなければならない。自動テープ機を使えば、長短一致のテープを素早く切ることができ、効率を著しく高め、コストを節約し、無駄を避けることができる。

方法2（両面テープ固定）まず耐高温両面テープを載板に貼り、効果はシリカゲル板と同じで、FPCを載板に貼り付ける。テープの粘度が高すぎないように注意しなければ、リフロー溶接後にはがすと、FPCが裂けやすい。複数回炉を通過すると、両面テープの粘度は徐々に低くなり、FPCを確実に固定できないほど粘度が低い場合はすぐに交換しなければならない。このステーションはFPCの汚れを防止するための重点ステーションであり、指サックを装着して作業する必要があります。キャリアプレートを繰り返し使用する前に、適切に整理する必要があり、不織布に洗浄剤をつけて拭き取ってもよいし、静電気防止粘塵ドラムを使用して、表面ほこり、スズビーズなどの異物を除去してもよい。FPCを出し入れする際には力を入れすぎてはならず、FPCは脆弱で、折り目や破断が生じやすい。

3.2 FPCの錫ペースト印刷

FPCははんだペーストの成分に対して特に要求はなく、はんだボール粒子の大きさや金属含有量などはFPC上に細ピッチICがあるかどうかに準じているが、FPCははんだペーストの印刷性能に対する要求が高く、はんだペーストは優れた触変性を持つべきであり、はんだペーストは離型を印刷しやすく、FPC表面に強固に付着することができ、離型不良ブロッキング鋼網の穴や印刷後の陥没などの不良が発生することはないはずである。

キャリアプレートにFPCを搭載しているため、FPCには位置決め用の耐高温テープがあり、その平面が一致しないため、FPCの印刷面がPCBのように平坦で厚さ硬度が一致することはあり得ないので、金属スクレーパを採用するのではなく、硬度が80 ~ 90度のポリアミドエステル型スクレーパを採用するべきである。錫膏印刷機は光学位置決めシステムを持っているほうがよく、そうしないと印刷品質に大きな影響を与える。FPCはキャリアプレートに固定されているが、FPCとキャリアプレートの間には小さな隙間が生じる。これはPCBハードボードとの最大の違いであるため、デバイスパラメータの設定は印刷効果にも大きな影響を与える。

印刷ステーションもFPCの汚れを防止する重点ステーションであり、指カバーを装着して作業する必要があり、同時にステーションの清潔を維持し、鋼網をこまめに拭き、半田ペーストがFPCの金指と金メッキボタンを汚染するのを防止しなければならない。

3.3 FPCのパッチ

製品の特性、部品数と貼付効率に応じて、中、高速貼付機を用いて貼付することができる。各FPCには位置決め用の光学MARKマークが付いているため、FPC上でSMD貼り付けを行うのはPCB上で貼り付けを行うのとあまり変わらない。注意する必要があるのは、FPCはキャリアプレートに固定されているが、その表面もPCB硬板のように平らになることは不可能であり、FPCとキャリアプレートの間には必ず局所的な隙間が存在するので、ノズル降下高さ、ブロー圧力などは正確に設定し、ノズル移動速度を低下させる必要がある。

3.4 FPCのリフロー溶接

FPC上の温度が比較的均一に変化し、溶接不良の発生を減らすことができるように、強制的な熱風対流赤外還流溶接炉を採用すべきである。片面テープを使用している場合は、FPCの四辺しか固定できないため、中間部分が熱風状態で変形するため、パッドが傾きやすくなり、溶融スズ（高温下の液状スズ）が流れて空溶接、連溶接、スズビーズが発生し、製造工程不良率が高くなる。

3.4.1温度曲線試験方法

キャリアプレートの吸熱性が異なるため、FPC上の素子の種類が異なり、これらはリフロー溶接中に熱を受けた後の温度上昇の速度が異なり、吸収された熱も異なるため、リフロー炉の温度曲線を注意深く設定し、溶接品質に大きな影響を与える。比較的妥当な方法は、実際の生産時のキャリア間隔に基づいて、テストボードの前後にFPCを搭載したキャリアボードを2枚ずつ置くとともに、テストボードのFPCに素子を貼り付け、高温半田ワイヤでテスト温度プローブをテストポイントに半田付けするとともに、耐高温テープでプローブワイヤをキャリアボードに固定することである。高温に強いテープではテストポイントをカバーできないことに注意してください。試験点はキャリアプレートの各辺に近い溶接点やQFPピンなどに選択しなければならず、このような試験結果はより真実を反映することができる。

3.4.2温度曲線の設定

炉温調整では、FPCの均一性がよくないため、昇温/保温/還流の温度曲線配管を採用することが好ましく、各温度領域のパラメータが制御しやすく、またFPCと素子が熱衝撃を受ける影響は小さい。経験に基づいて、炉温を半田ペーストの科学技術要求値の下限に調整したほうがよく、半田戻し炉の風速は一般的に炉で採用できる最低風速を採用し、半田戻し炉チェーンの安定性はよく、振れがない。

3.5 FPCの検査、テスト及び分板

キャリアプレートは炉の中で吸熱し、特にアルミニウム質キャリアプレートは、出炉時の温度が高いため、出炉口に強制冷却ファンを追加し、急速な冷却を支援することが望ましい。同時に、作業員は高温キャリアプレートにやけどをしないように断熱手袋を持っていなければならない。キャリアプレートから溶接が完了したFPCを取り出すときは、FPCが引き裂かれたり、折り目がつかないように力を均一にしてください。

取り外したFPCは5倍以上の拡大鏡の下で目視検査を行い、重点的に表面の残留ゴム、変色、金指の錫付着、錫ビーズ、ICピンの空溶接、連溶接などの問題を検査した。FPC表面が平らでAOIの誤審率が高いことはあり得ないため、FPCは一般的にAOI検査には適していないが、専用の試験治具を利用することで、FPCはICT、FCTの試験を完了することができる。

FPCは連板が多いため、ICT、FCTのテストを行う前に、先に分板をする必要があるかもしれません。ブレード、はさみなどのツールを使っても分板作業を完了することができますが、作業効率と作業品質は低いです。異形FPCの大量生産であれば、専門的なFPCプレス分板型を作成し、プレス分割を行うことができ、作業効率を大幅に高めることができ、同時にプレスしたFPCエッジは整然として美しく、切断板をプレスする際に発生する内応力は低く、半田点錫割れを効果的に回避することができる。

PCBAフレキシブル電子の組立溶接過程では、FPCの正確な位置決めと固定が重点であり、固定の良し悪しの鍵は適切なキャリアプレートを作ることである。次にFPCのプリベーク、印刷、パッチ、リフロー溶接です。明らかにFPCのSMTプロセスの難易度はPCBハードボードよりずっと高いので、プロセスパラメータを正確に設定することが必要であると同時に、厳密な生産プロセス管理も同様に重要であり、作業員がSOP上のすべての規定を厳格に実行することを保証しなければならない。ラインエンジニアとIPQCは巡回検査を強化し、生産ラインの異常状況をタイムリーに発見し、原因を分析し、必要な措置を取ってこそ、FPCSMT生産ラインの不良率を数十PPM以内に制御することができる。

PCBA未組立前のFPC

四、PCBA生産設備

PCBA生産に必要な基本設備は、錫ペースト印刷機、パッチ貼付機、リフロー溶接、AOI測定器、部品足切り機、ピーク溶接、錫炉、プレート洗浄機、ICT試験治具、FCT試験治具、老化試験ラックなどである。

4.1錫ペースト印刷機

現代の錫膏印刷機は一般的に装版、錫膏、圧印、回路基板などの機構から構成されている。その動作原理は、まず印刷する回路基板を印刷位置決め台に固定し、それから印刷機の左右のドクターによって錫膏または赤膠を鋼網を通じて対応するパッドに漏れ印刷し、漏れ印刷が均一なPCBに対して、転送台を通じてパッチ機に入力して自動パッチを行うことである。

4.2ラミネータ

パッチ貼付機は「貼付機」、「表面貼付システム」（SurfaceMountSystem）とも呼ばれ、生産ラインでは、錫膏印刷機の後に配置され、貼付ヘッドを移動させることで表面貼付部品をPCBパッド上に正確に配置する装置であり、手動と全自動の2種類に分けられる。

4.3リフロー溶接

リフロー溶接の内部には加熱回路があり、空気や窒素ガスを十分な高温に加熱した後、部品が貼り付けられた配線板に吹き付け、部品の両側の半田を溶融させてマザーボードに接着する。このプロセスの利点は温度制御が容易であり、溶接中に酸化を回避することができ、製造コストも制御しやすいことである。

4.4 AOI検出器

AOI（AutomaticOpticInspection）の総称は自動光学検出であり、溶接生産で遭遇する一般的な欠陥を光学原理に基づいて検出する装置である。機械はカメラを通じてPCBを自動的にスキャンし、画像を収集し、テストした溶接点とデータベース中の合格したパラメータを比較し、画像処理を経て、PCB上の欠陥を検査し、そしてディスプレイまたは自動標識を通じて欠陥の表示/表示を行い、修理員の修理に供する。

4.5部品足切り機

ピン部品の足切りと変形に使用する。

4.6ピーク溶接

ピーク溶接はプラグインプレートの溶接面を高温液体スズに直接接触させて溶接目的を達成させ、その高温液体スズは斜面を保持し、特殊な装置によって液体スズを波のような現象を形成させるため、「ピーク溶接」と呼ばれ、その主なデータははんだ棒である。

4.7錫炉

一般的に、錫炉とは電子接合溶接に使用される溶接工具のことを指す。ディスクリート素子配線板の溶接整合性が良く、操作が便利で、迅速で、作業効率が高い。

4.8プレート洗浄機

PCBA板の洗浄に使用し、溶接後の板の残留物を除去することができる。

4.9 ICT試験治具

ICTTestは主にPCBlayoutから出てきた試験点にプローブを接触させてPCBAの線路開放、短絡、すべての部品の溶接状況を検出する。

4.10、FCT試験治具

FCT（機能テスト）とは、テストターゲットボード（UUTUnitUnderTest）に対してシミュレーションされた実行環境（インセンティブと負荷）を提供し、さまざまな設計状態で動作させることで、各状態のパラメータを取得してUUTの機能の良否を検証するテスト方法を指す。簡単に言えば、出力側応答が要求に合っているかどうかを測定するために、UUTに適切なインセンティブをロードすることだ。

4.11、老化試験ラック

エージング試験ラックは大量にPCBAボードを試験し、長時間などユーザーが使用する操作をシミュレーションすることで、問題のあるPCBAボードを試験することができる。

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